小学信息技术浙教版（2023）六年级上册算法的评价方法优秀教学设计及反思

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课程基本信息
学科
信息科技
年级
六年级
学期
秋季
课题
第9课 算法的评价方法
教科书
书 名：义务教育教科书信息科技六年级上
出版社：浙江教育出版社 出版日期：2023年7月
教学内容与学习对象分析
本课内容主要包括“算法的评价方法”和“多种算法的效率比较”。围绕“猜数字”主题，本课内容与六上第一单元“第6课 猜数字算法设计”、“第7课 猜数字算法验证”及第二单元“第8课 算法的多样性”这三课的内容紧密相连。本课承接前面所学内容，提出算法效率概念，确定算法度量标准的基础上，学习算法评价方法，对猜数字游戏问题的顺序查找和二分查找算法的效率做对比，为后面解决“韩信点兵”问题的多种算法设计提供依据。此外，本课与此后学习的第三单元“算法的影响”相关联，衍生出算法价值与局限（包括算法对知识产权保护的作用等）、算法对生活的指导意义等内容。
经过五年级上册第一单元“算法与算法表示”、第二单元“算法的控制结构”、第三单元“用算法解决问题”、五年级下册第三单元“控制系统中的计算”和六年级上册第一单元“算法的实现”的学习，学生已经初步具备了信息处理的能力，知道运用算法解决简单问题的一般步骤。同时，六年级学生的求知欲强，专注力也在信息科技的学习中得到了一定锻炼和提升，他们能够深入地研究并解决问题，知道解决同一个问题可以有不同算法。但他们不十分清晰算法评价方法，对影响算法要素的提炼能力尚显薄弱。所以，教师可设计实验，从运行时间等维度展开直观的算法有效性探究。
教学目标分析（含核心素养导向）
1.通过“数”算法中循环的执行次数与给算法加计数变量、时间变量等操作，初步掌握算法效率评价的方法，树立算法效率的意识。
2.通过实验探究“同一算法不同输入数据”和“不同算法相同输入数据”两种情形，深入理解算法的时间复杂度，认识算法的价值和局限性。
教学重点：
理解执行指令需要消耗时间与循环执行次数之间的关系，初步掌握算法效率评价的方法。
教学难点：
通过多种算法的效率比较，形成效率意识。
教学过程
（一）生成支架，揭示课题
1.运行程序，体验算法的多样性
（1）同桌互助，运行“猜数字”游戏的顺序查找与二分查找的算法模型，比一比：谁猜的次数更少？
（2）思考：如何评价哪种算法更“好”？
（3）小结交流结果，形成问题支架：
①如何评价顺序查找与二分查找算法的“好”与“差”？
②“好”的算法有哪些评价标准？
③哪些因素会影响算法运行效率？
④估算算法运行时间的度量标准是什么？
2.揭示课题
（二）梳理概念，提出猜想
1.组内讨论上述4个问题
2.交流并小结：算法评价的标准
预设：好的算法，要符合正确性、有效性，还需要有较高的算法运行效率，即算法运行所消耗的时间较短。
3.梳理：算法效率的影响因素
预设：理解执行指令需要消耗时间与循环执行次数之间的关系
4.生成实验猜想：影响猜数字游戏算法效率的因素
预设：猜数字的范围、查找的目标数、猜测的方式等
5.形成度量标准。
预设：计算循环执行次数来估算算法的运行时间。
（三）实验探究，评价算法
1.实验一：计算循环语句的执行次数
（1）按要求填写学习任务单中的表1。
表1:计算循环语句的执行次数
目标数
循环执行次数
顺序查找
二分查找
估算结果
程序验证结果
估算结果
程序验证结果
37
要求：
①顺序查找在1~100内查找数37，估算循环语句的执行次数。
②在顺序查找程序中增加变量ci来统计while语句的执行次数，运行算法，记录结果。
③重复上述2个步骤，独立完成二分查找算法。
（2）反馈结果，交流：估算循环语句执行次数的方法与增加变量利用计算机统计程序执行次数的方法。
2.实验二：同一算法在不同输入数据下的效率影响
（1）两人小组合作，运行相应程序，完成算法运行所消耗时间的对比实验。在学习任务单中的表2和表3中记录结果，并填写实验结论。
表2：同一算法在不同数据规模下的效率影响
数据规模
目标数
算法运行消耗时间（秒）
我的发现
生1：顺序查找
生2：二分查找
1~1000
37
1~10000
1~100000
表3：同一算法在不同数据值下的效率影响
数据规模
目标数
算法运行消耗时间（秒）
我的发现
生1：顺序查找
生2：二分查找
1~100000
137
1370
13700
结论：从上面两个实验发现，一个算法的 和 影响着算法的效率。算法效率会随着要素的改变而改变，数据规模越大，可能会使算法中的循环语句执行次数越多，算法效率越 。（填写“高”或 “低”）
（2）梳理：实验程序的修改与实验方法
以算法运行时间展示运行效率，指出time模块、时间变量的起始位置、运行时间计算模型、减少实验数据误差措施（取平均值、多次运行、注释干扰语句）等，明确不变量，调整应变量。
（3）实验后组代表汇报
汇报角度的参考：
①算法运行所需的时间与哪些因素有关？
②这些因素怎样影响算法的效率？
（4）小结：同一算法中数据规模和数据的值影响着算法效率。在这些因素的影响下，不同算法之间效率如何探究？
预设：对比算法效率，变量——算法，不变量——数据规模和目标数相同。
3.实验三：不同算法在相同输入数据下的效率对比
（1）自主探究：运行程序，对比不同算法在相同输入数据下的效率。在学习任务单中表4中记录结果（其中，数据规模：1~100000）；分析结果后填写结论。
表4：不同算法在相同输入数据下的效率对比
对比轮次
目标数
算法
循环执行次数
算法运行消耗时间（秒）
效率评估
（高或低）
第一次对比
1
顺序
二分
第二次对比
50000
顺序
二分
第三次对比
100000
顺序
二分
结论：解决同一个问题的不同算法在相同的输入数据（数据规模和数据的值）情形下，循环执行次数可能相差很 ，那么算法执行时间相差就很 。 （填写“大”或 “小”）
（2）交流实验结论，分析：实验变量与不变量对实验效率的影响。
预设：实验变量——算法；不变量——数据规模与目标数；影响——相同数据规模和目标数下，不同算法的循环执行次数
（四）拓展实验，综评算法
拓展实验：同规模数据不同算法的综合效率对比
（1）演示实验：在相同有序数据规模内，分别采用顺序查找和二分查找算法，遍历数据规模中的所有目标数，取平均值对算法进行综合评价。思考：哪个猜数字游戏算法更具价值？
数据规模
目标数
算法运行平均时间（秒）
效率评估
（高或低）
顺序查找
二分查找
1~100
1-100
1~500
1-500
1~1000
1-1000
结论： 算法效率更高，在猜数字游戏场景应用中更具价值。
（2）教师引导：一个算法具有价值，也存在着一定的局限性。在实际应用中，一个好的算法更具有生活指导意义，应该考虑其执行效率和存储需求。设计算法时应尽量提高执行效率并降低存储需求（高效率与低存储），以“性价比”较高的方式解决问题。
（五）自我评价，巩固提升
1.小结：通过网络问卷，学生自评，了解学生的学业水平及过程表现。
问卷内容如下：
（1）下列关于算法运行效率陈述正确的是（ ）。
A.算法运行效率是指算法程序的长度。
B.算法运行效率是指执行算法运行所消耗的时间。
C.算法运行效率是指算法在运行过程中临时占用的存储空间大小。
（2）二分查找算法使用的策略是（ ）。
A.按顺序依次查找B.取中间数查找C.求平均数查找
（3）下面哪个因素不会影响算法的效率（ ）。
A.编程语言B.数据规模C.数据的值
（4）在1~100范围内查找目标数68，二分查找算法中循环语句执行第4次后，中间值为（ ）。
A.51B.63C.74
（5）对于两个算法，当输入数据规模从100增加到1000时，如果算法A的执行时间从1秒增加到10秒，而算法B的执行时间从1秒增加到100秒，则我们可以推断：
A.算法A的执行效率低于算法B。
B.算法B的执行效率低于算法A。
C.算法A和算法B的执行效率相同。
2.反馈学生的答卷情况，明确提升方向。