《數(shù)據(jù)的查找與排序算法》教學(xué)設(shè)計(jì)-2025-2026學(xué)年青島版（2024）小學(xué)信息技術(shù)六年級(jí)上冊(cè)學(xué)情分析本課面向青島版（2024）小學(xué)信息技術(shù)六年級(jí)上冊(cè)學(xué)生，從知識(shí)基礎(chǔ)來(lái)看，學(xué)生已掌握Python基本語(yǔ)法（變量、循環(huán)、分支語(yǔ)句）及列表、字典等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能編寫簡(jiǎn)單信息查詢程序，為理解“數(shù)據(jù)查找與排序”的代碼實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)；但對(duì)“算法”的概念及“邏輯設(shè)計(jì)”的認(rèn)知仍處于空白，易將“代碼編寫”與“算法邏輯”混淆，需通過(guò)具象案例建立算法思維。從認(rèn)知特點(diǎn)來(lái)看，六年級(jí)學(xué)生具象思維向抽象思維過(guò)渡，但對(duì)“循環(huán)嵌套”“條件判斷疊加”等復(fù)雜邏輯理解存在困難，尤其在冒泡排序的“相鄰元素比較交換”環(huán)節(jié)易出現(xiàn)思維斷層；同時(shí)，學(xué)生具備一定的生活經(jīng)驗(yàn)（如整理書本、查找物品），可通過(guò)生活場(chǎng)景與算法邏輯的關(guān)聯(lián)降低理解難度。從學(xué)習(xí)需求來(lái)看，學(xué)生對(duì)“編程解決實(shí)際問(wèn)題”有較高興趣，但在“優(yōu)化代碼效率”方面缺乏意識(shí)，需通過(guò)“不同算法解決同一問(wèn)題”的對(duì)比，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注算法效率，培養(yǎng)優(yōu)化思維。核心素養(yǎng)目標(biāo)計(jì)算思維：通過(guò)分析“成績(jī)查找”“名單排序”等需求，理解順序查找、冒泡排序的核心邏輯，能梳理算法步驟并轉(zhuǎn)化為流程圖，形成“問(wèn)題拆解—算法設(shè)計(jì)—代碼實(shí)現(xiàn)—效率對(duì)比”的思維路徑。編程實(shí)踐能力：掌握Python中順序查找（遍歷列表判斷）、冒泡排序（嵌套循環(huán)比較交換）的代碼編寫方法，能獨(dú)立完成教材例題調(diào)試，可對(duì)算法代碼進(jìn)行簡(jiǎn)單優(yōu)化（如查找成功后終止循環(huán)）。信息應(yīng)用意識(shí)：認(rèn)識(shí)查找與排序算法在生活中的實(shí)用價(jià)值（如通訊錄查找、成績(jī)排名），能主動(dòng)運(yùn)用算法解決“班級(jí)名單整理”“興趣小組成員積分排序”等實(shí)際問(wèn)題。協(xié)作創(chuàng)新素養(yǎng)：通過(guò)小組合作完成“學(xué)生成績(jī)管理系統(tǒng)”綜合任務(wù)，培養(yǎng)算法邏輯交流、代碼協(xié)作調(diào)試能力，能嘗試設(shè)計(jì)個(gè)性化功能（如查找結(jié)果高亮顯示、排序結(jié)果逆序輸出）。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)理解順序查找算法：通過(guò)遍歷列表逐一比較目標(biāo)值與元素，找到則返回位置，未找到則提示“不存在”，掌握教材中“查找指定成績(jī)對(duì)應(yīng)的學(xué)生姓名”例題的邏輯。理解冒泡排序算法：通過(guò)嵌套循環(huán)，外層控制排序輪次，內(nèi)層控制相鄰元素比較交換，將最大值（或最小值）逐步“冒泡”到列表末端，掌握教材中“學(xué)生成績(jī)升序排序”例題的邏輯。能編寫兩種算法的基礎(chǔ)代碼：順序查找實(shí)現(xiàn)“遍歷+條件判斷”，冒泡排序?qū)崿F(xiàn)“雙層for循環(huán)+if交換”，獨(dú)立完成教材“練習(xí)與實(shí)踐”基礎(chǔ)題。教學(xué)難點(diǎn)冒泡排序的嵌套循環(huán)邏輯：理解外層循環(huán)“輪次”與內(nèi)層循環(huán)“比較次數(shù)”的關(guān)系（如n個(gè)元素需n-1輪，第i輪需n-i次比較），避免出現(xiàn)“循環(huán)次數(shù)錯(cuò)誤導(dǎo)致排序不完整”的問(wèn)題。算法效率的初步理解：區(qū)分順序查找“逐個(gè)比較”與冒泡排序“多次交換”的效率差異，理解“數(shù)據(jù)量越大，算法選擇對(duì)效率影響越顯著”，突破“僅關(guān)注代碼實(shí)現(xiàn)，忽視效率”的思維局限。算法代碼的優(yōu)化：如順序查找中“找到目標(biāo)后終止循環(huán)”“記錄所有匹配元素位置”，冒泡排序中“判斷某輪無(wú)交換則提前終止”，解決“冗余循環(huán)導(dǎo)致效率低下”的問(wèn)題。教學(xué)過(guò)程情境導(dǎo)入：關(guān)聯(lián)生活需求，引出算法概念師生互動(dòng)：教師展示教材開篇情境圖（班主任整理學(xué)生成績(jī)表，需查找“李華”成績(jī)并按分?jǐn)?shù)排名），提問(wèn)：“如果成績(jī)表是紙質(zhì)的，你會(huì)怎么找‘李華’的成績(jī)？又會(huì)怎么給成績(jī)從低到高排序？如果成績(jī)表存在電腦里（用Python列表存儲(chǔ)），計(jì)算機(jī)該按什么步驟完成這兩個(gè)任務(wù)？”學(xué)生自由發(fā)言后，教師引導(dǎo)：“計(jì)算機(jī)完成這些任務(wù)的固定步驟就是‘算法’，今天我們學(xué)習(xí)兩種基礎(chǔ)算法——數(shù)據(jù)的查找與排序算法。”設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)“紙質(zhì)表與電子表操作對(duì)比”，將抽象的“算法”與學(xué)生熟悉的“查找、排序”生活經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)，暴露“人工操作與計(jì)算機(jī)操作的差異”，凸顯算法的必要性，契合教材“生活問(wèn)題轉(zhuǎn)化為算法問(wèn)題”的編排理念，激發(fā)探索興趣。新課講授一：順序查找算法——“逐個(gè)排查找目標(biāo)”教材核心內(nèi)容講解：順序查找的邏輯與步驟概念解析：結(jié)合教材定義講解：“順序查找是最基礎(chǔ)的查找算法，適用于數(shù)據(jù)量較小的場(chǎng)景，核心是‘從頭到尾遍歷列表，將每個(gè)元素與目標(biāo)值比較’，就像我們翻書找某一頁(yè)，從第一頁(yè)開始逐頁(yè)查看?！苯滩睦}拆解：展示教材“查找指定成績(jī)對(duì)應(yīng)的學(xué)生姓名”例題：需求：列表scores=[('張三',95),('李四',88),('王五',92),('趙六',79)]，查找成績(jī)?yōu)?2的學(xué)生姓名，找到則輸出“王五，成績(jī)92”，未找到則輸出“未查詢到該成績(jī)”。算法步驟（結(jié)合教材流程圖）：①初始化“查找標(biāo)記”為False；②遍歷列表中每個(gè)元素（姓名，成績(jī)）；③比較當(dāng)前元素的成績(jī)與目標(biāo)值（92）；④若相等，輸出姓名和成績(jī)，標(biāo)記為True，結(jié)束遍歷；⑤遍歷結(jié)束后，若標(biāo)記仍為False，輸出“未查詢到”。教材代碼演示：展示教材參考代碼：#學(xué)生成績(jī)列表（姓名，成績(jī)）scores=[('張三',95),('李四',88),('王五',92),('趙六',79)]target_score=92#目標(biāo)成績(jī)found=False#查找標(biāo)記#順序查找：遍歷列表forname,scoreinscores:ifscore==target_score:print(f"找到：{name}，成績(jī){score}")found=Truebreak#找到后終止循環(huán)，優(yōu)化效率ifnotfound:print("未查詢到該成績(jī)")教師逐行解析：第1行定義存儲(chǔ)成績(jī)的列表（元組元素）；第2-3行定義目標(biāo)值與查找標(biāo)記；第6-10行通過(guò)for循環(huán)遍歷列表，比較成績(jī)與目標(biāo)值，找到則輸出并終止循環(huán)；第12-13行判斷未找到時(shí)提示，強(qiáng)調(diào)“break終止循環(huán)”是教材外的基礎(chǔ)優(yōu)化，可減少冗余操作。師生互動(dòng)：實(shí)踐理解順序查找邏輯操作任務(wù)：學(xué)生打開PythonIDLE，按教材例題步驟編寫代碼：①將目標(biāo)成績(jī)改為85，運(yùn)行觀察結(jié)果；②修改列表為[('小明',82),('小紅',90),('小剛',88),('小麗',90)]，查找成績(jī)?yōu)?0的學(xué)生，要求輸出所有匹配姓名。完成后教師提問(wèn)：“為什么第②題不能用break？如何修改代碼才能輸出所有90分的學(xué)生？”（引導(dǎo)學(xué)生理解“break會(huì)終止循環(huán)，需移除break并持續(xù)遍歷”）錯(cuò)誤辨析：教師展示易錯(cuò)代碼：foriinrange(len(scores)):ifscores[i]==target_score:...（未拆解元組元素）、ifscore=target_score:（賦值符號(hào)誤用），讓學(xué)生結(jié)合教材語(yǔ)法提示找出錯(cuò)誤并修正。設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)“修改目標(biāo)值—多匹配查找”的階梯任務(wù)，讓學(xué)生在實(shí)踐中驗(yàn)證順序查找的邏輯，理解“break的作用與適用場(chǎng)景”；錯(cuò)誤案例針對(duì)學(xué)生易犯的“元組訪問(wèn)錯(cuò)誤”“語(yǔ)法符號(hào)混淆”問(wèn)題，強(qiáng)化對(duì)算法代碼細(xì)節(jié)的理解，落實(shí)教學(xué)重點(diǎn)。教材拓展：順序查找的生活應(yīng)用師生互動(dòng)：教師布置教材“實(shí)踐園”任務(wù)：“創(chuàng)建‘班級(jí)通訊錄’列表contacts=[('張三','138xxxx1234'),('李四','139xxxx5678')]，編寫程序?qū)崿F(xiàn)‘輸入姓名查找電話’的順序查找功能。”學(xué)生獨(dú)立完成后，邀請(qǐng)1名學(xué)生展示代碼，教師點(diǎn)評(píng)：“這位同學(xué)正確遍歷列表中的（姓名，電話）元組，通過(guò)姓名匹配查找電話，完全符合順序查找的核心邏輯，且在找到后終止循環(huán)，優(yōu)化了效率。”設(shè)計(jì)意圖：將順序查找與“通訊錄查詢”生活場(chǎng)景結(jié)合，讓學(xué)生體會(huì)算法的實(shí)用價(jià)值，同時(shí)鞏固“元組元素訪問(wèn)”“條件判斷”等知識(shí)點(diǎn)，為后續(xù)綜合應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。新課講授二：冒泡排序算法——“相鄰比較排順序”教材核心內(nèi)容講解：冒泡排序的邏輯與步驟概念解析：結(jié)合教材生活案例講解：“冒泡排序就像水里的氣泡往上冒，通過(guò)相鄰元素比較，把大的元素逐步‘冒’到列表末尾。比如整理書架，從左到右依次比較兩本書厚度，厚的放右邊，重復(fù)操作直到所有書按薄厚排序。”教材例題拆解：展示教材“學(xué)生成績(jī)升序排序”例題：需求：列表math_scores=[95,88,92,79,98]，將成績(jī)按從低到高排序，最終輸出[79,88,92,95,98]。算法步驟（結(jié)合教材動(dòng)畫演示）：①第1輪：比較第1與2個(gè)元素（95>88，交換）→列表[88,95,92,79,98]；比較第2與3個(gè)（95>92，交換）→[88,92,95,79,98]；比較第3與4個(gè)（95>79，交換）→[88,92,79,95,98]；比較第4與5個(gè)（95<98，不交換）→第1輪結(jié)束，最大值98“冒泡”到末尾；②第2輪：重復(fù)操作，次大值95“冒泡”到倒數(shù)第2位；③共需4輪（5個(gè)元素需5-1輪），每輪比較次數(shù)遞減1次。3.教材代碼演示：展示教材參考代碼：#學(xué)生數(shù)學(xué)成績(jī)列表math_scores=[95,88,92,79,98]n=len(math_scores)#列表長(zhǎng)度#冒泡排序：外層控制輪次（n-1輪），內(nèi)層控制比較交換foriinrange(n-1):#第i輪（從0開始），需比較n-1-i次forjinrange(n-1-i):#相鄰元素比較，若前大后小則交換（升序）ifmath_scores[j]>math_scores[j+1]:#交換元素math_scores[j],math_scores[j+1]=math_scores[j+1],math_scores[j]print("排序后的成績(jī)：",math_scores)教師逐行解析：第1-2行定義成績(jī)列表并獲取長(zhǎng)度；第5行外層循環(huán)控制輪次（5個(gè)元素需4輪，range(n-1)生成0-3）；第7行內(nèi)層循環(huán)控制比較次數(shù)（第0輪4次，第1輪3次，即range(n-1-i)）；第9-10行判斷相鄰元素大小，滿足條件則交換；第12行輸出排序結(jié)果，強(qiáng)調(diào)“內(nèi)層循環(huán)j的范圍”是冒泡排序的核心。師生互動(dòng)：突破冒泡排序難點(diǎn)實(shí)物演示與代碼同步：教師用5張寫有成績(jī)的卡片模擬列表元素，邀請(qǐng)學(xué)生上臺(tái)按冒泡排序步驟（每輪比較交換）整理卡片，同時(shí)在屏幕上同步運(yùn)行對(duì)應(yīng)輪次的代碼，讓學(xué)生直觀看到“卡片交換”與“代碼執(zhí)行后列表變化”的對(duì)應(yīng)關(guān)系，提問(wèn)：“第1輪結(jié)束后，哪張卡片到了正確位置？第2輪需要比較幾次？”幫助學(xué)生理解“輪次與比較次數(shù)”的關(guān)系。操作任務(wù)：學(xué)生按教材要求完成：①將代碼中“math_scores[j]>math_scores[j+1]”改為“<”，運(yùn)行觀察排序結(jié)果（降序）；②在代碼中添加“print(f"第{i+1}輪后：",math_scores)”，查看每輪排序過(guò)程。完成后小組討論：“n個(gè)元素的冒泡排序，為什么只需n-1輪？如果某一輪沒(méi)有發(fā)生交換，說(shuō)明什么？”（引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)“無(wú)交換則列表已有序，可提前終止循環(huán)”）錯(cuò)誤辨析：教師展示易錯(cuò)代碼：foriinrange(n):（外層循環(huán)次數(shù)多1輪）、forjinrange(n-1):（內(nèi)層循環(huán)次數(shù)未遞減，導(dǎo)致重復(fù)比較），讓學(xué)生運(yùn)行代碼觀察錯(cuò)誤結(jié)果（如排序后末尾元素重復(fù)比較），結(jié)合教材流程圖分析原因并修正。設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)“實(shí)物演示+代碼同步”降低嵌套循環(huán)的抽象難度，幫助學(xué)生突破“輪次與比較次數(shù)”的難點(diǎn)；“降序修改+輪次打印”任務(wù)讓學(xué)生主動(dòng)探索算法變體與執(zhí)行過(guò)程；錯(cuò)誤案例針對(duì)冒泡排序核心易錯(cuò)點(diǎn)，強(qiáng)化對(duì)算法邏輯的理解，落實(shí)教學(xué)重點(diǎn)。教材綜合應(yīng)用：排序與查找結(jié)合1.師生互動(dòng)：教師展示教材“學(xué)生成績(jī)管理”綜合案例，需求：①將成績(jī)列表[('張三',95),('李四',88),('王五',92),('趙六',79)]按成績(jī)升序排序；②查找排序后成績(jī)≥90的學(xué)生并輸出。引導(dǎo)學(xué)生分析步驟：“先排序還是先查找？?jī)煞N順序?qū)Y(jié)果有影響嗎？”學(xué)生回答后，教師展示教材參考代碼片段：#1.冒泡排序（按成績(jī)升序）scores=[('張三',95),('李四',88),('王五',92),('趙六',79)]n=len(scores)foriinrange(n-1):forjinrange(n-1-i):ifscores[j][1]>scores[j+1][1]:scores[j],scores[j+1]=scores[j+1],scores[j]print("排序后：",scores)#2.順序查找成績(jī)≥90的學(xué)生print("成績(jī)≥90的學(xué)生：")forname,scoreinscores:ifscore>=90:print(name,score)教師解析：該案例先通過(guò)冒泡排序（比較元組第2個(gè)元素“成績(jī)”）整理列表，再通過(guò)順序查找篩選目標(biāo)學(xué)生，體現(xiàn)“排序?yàn)椴檎姨峁┍憷钡倪壿?。學(xué)生分組運(yùn)行代碼，討論：“如果先查找再排序，結(jié)果會(huì)不同嗎？哪種順序更高效？”（引導(dǎo)學(xué)生理解“數(shù)據(jù)有序后，查找可優(yōu)化為二分查找，效率更高”，為后續(xù)知識(shí)鋪墊）2.設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)教材綜合案例，將冒泡排序與順序查找結(jié)合，展示算法的協(xié)同應(yīng)用，讓學(xué)生體會(huì)“算法組合解決復(fù)雜問(wèn)題”的思路；小組討論“順序?qū)π实挠绊憽保醪浇⑺惴ㄐ室庾R(shí)，突破“忽視算法效率”的難點(diǎn)。鞏固練習(xí)：分層任務(wù)，強(qiáng)化算法應(yīng)用基礎(chǔ)任務(wù)：教材例題復(fù)現(xiàn)與變式任務(wù)內(nèi)容：完成教材“練習(xí)與實(shí)踐”第1題：①用順序查找實(shí)現(xiàn)“輸入學(xué)生姓名，查找對(duì)應(yīng)的成績(jī)”（列表scores=[('張三',95),('李四',88)]）；②用冒泡排序?qū)崿F(xiàn)“將列表[85,92,78,98,88]按降序排序”。師生互動(dòng)：學(xué)生獨(dú)立完成后，教師隨機(jī)抽取2份代碼投影展示，組織學(xué)生互評(píng)：“順序查找代碼是否在找到姓名后終止循環(huán)？冒泡排序的嵌套循環(huán)次數(shù)是否正確？降序排序的條件判斷是否修改？”針對(duì)“查找時(shí)姓名大小寫不匹配”“排序循環(huán)次數(shù)錯(cuò)誤”等問(wèn)題，引導(dǎo)全班共同修正（如添加name==input_name.strip()處理空格，確認(rèn)range(n-1)外層循環(huán)）。設(shè)計(jì)意圖：基礎(chǔ)任務(wù)直接對(duì)應(yīng)教材例題，旨在鞏固兩種算法的核心代碼與邏輯，通過(guò)互評(píng)強(qiáng)化代碼規(guī)范性與算法正確性，落實(shí)教學(xué)重點(diǎn)。提升任務(wù)：生活場(chǎng)景算法應(yīng)用任務(wù)內(nèi)容：參考教材綜合案例，設(shè)計(jì)“興趣小組積分管理”程序：①用列表存儲(chǔ)[('小明',85),('小紅',92),('小剛',78)]；②用冒泡排序按積分降序排序并輸出“積分排名”；③用順序查找“輸入姓名，輸出積分及排名”（提示：排序后通過(guò)索引獲取排名）。師生互動(dòng)：學(xué)生以小組為單位完成，教師巡視時(shí)提供提示：“排序后列表的索引+1就是排名（如索引0為第1名）”“查找時(shí)需遍歷排序后的列表，關(guān)聯(lián)姓名、積分與索引”。完成后，每組派代表演示程序，教師結(jié)合教材知識(shí)點(diǎn)點(diǎn)評(píng)：“這組同學(xué)正確實(shí)現(xiàn)了‘排序+查找+排名關(guān)聯(lián)’，通過(guò)索引獲取排名的思路很巧妙，符合算法‘分步解決問(wèn)題’的邏輯?！痹O(shè)計(jì)意圖：提升任務(wù)將算法與“積分排名”生活場(chǎng)景結(jié)合，考查“排序后索引的應(yīng)用”“查找與排名關(guān)聯(lián)”等進(jìn)階能力，培養(yǎng)學(xué)生算法組合應(yīng)用意識(shí)，契合核心素養(yǎng)中“信息應(yīng)用意識(shí)”的目標(biāo)。綜合任務(wù)：學(xué)生成績(jī)管理系統(tǒng)任務(wù)內(nèi)容：小組合作完成“學(xué)生成績(jī)管理系統(tǒng)”，功能包括：①錄入5名學(xué)生的“姓名+語(yǔ)文成績(jī)+數(shù)學(xué)成績(jī)”存儲(chǔ)為列表（元素為元組）；②用冒泡排序按“數(shù)學(xué)成績(jī)升序”排列列表；③提供“查找功能”：輸入科目（語(yǔ)文/數(shù)學(xué)）和目標(biāo)成績(jī)，輸出所有該科目成績(jī)≥目標(biāo)值的學(xué)生姓名及兩科成績(jī)；④添加“算法效率提示”：統(tǒng)計(jì)查找與排序的循環(huán)次數(shù)