浙教版 (2019)选修1 数据与数据结构1.2 数据的组织教学设计及反思

这是一份浙教版 (2019)选修1 数据与数据结构1.2 数据的组织教学设计及反思，共5页。教案主要包含了教学设计等内容，欢迎下载使用。

课程标准
和
教学目标
数据的组织
教材内容： 1.2数据的组织
1.3结合生活实际，理解数据结构的概念，认识数据结构在解决问题过程中的重要作用。
教学目标：
●初步理解数据结构的概念及其作用。
●了解常见数据结构的特点及其操作特征。
●能针对简单的具体问题明确数据需求、确定问题模型，并抽象出合适的数据结构。
指向的核心素养：
●信息意识：落点在“能够根据解决问题的需要，自觉、主动地寻求恰当的方式获取与处理信息”。兴趣是最好的老师，本条例给学生提供了真实有趣的问题，唤起学生的兴趣，引导学生在熟悉的真实情境中理解数据结构的概念及其作用以及各种常见的数据结构特点，分析解决实际问题时,不同数据结构对算法效率的影响。引导学生由此及彼，去发现实生活中其它类似的问题。
●计算思维：落点在“针对给定的任务进行需求分析，明确需要解决的关键问题；能够采用计算机领域的学科方法界定问题、抽象特征、建立结构模型、合理组织数据；”。本条例通过列队、排队坐车、银行业务、事务管理等生活实例，分析各种数据类型和数据结构应用的必要性和契合性，通过“生活现象（具体事例）-->现象中的规律（抽象规律）-->思维迁移（将规律应用到程序设计中）”的结构展开教学，使学生在项目实施的过程中，在算法设计、优化的过程中，感受数据结构在数据加工中的作用，完成数据结构相关知识、技能的内化与计算思维的形成。
●数字化学习与创新：落点在“掌握数字化学习系统，学习资源与学习工具的操作技能，用于开展自主学习、协同工作、知识分享与创新创造。”。在用数据结构描述数据之间关系特征时，学生要使用文本编辑工具和画图工具画数据元素关系特征图；在展示各小组的学习成果时，学生要使用PPT等多媒体工具；在分析“电子屏上滚动显示最近的航班信息”和“银行叫号系统”等案例时，鼓励学生根据实际解决问题的需要，恰当选择信息工具，以达到提高效率的目的。
学习环境：多媒体教室，预装思维导图软件。
建议课时：2课时
教学活动设计
教学环节
教学过程
设计意图
情境导入
QWERTY键盘引出字频统计程序，然后通过观察程序代码，引发学生思考程序除了需要考虑算法外还需要思考什么？
围绕程序实例，交流探讨数据合理组织在程序处理中的意义。
经过必修课程的学习，学生已经能较熟练地编写Pythn程序，虽然期间也涉及数据结构的应用，但由于结构的单一性以及应用的内隐性，通过本实例自然引出计算机程序设计的本质是算法与数据结构设计，为下面展开数据结构的学习做好铺垫。
围绕一个生活中字频统计的真实案例， 让学生在交流探到中理解合理的数据组织，对于程序处理中的意义，明确数据结构学习的价值。
知识讲解1
围绕实例课本数据表格实例、及人作为对象讲解数据元素、数据项的概念。
通过整数类型实例讲解，理解数据类型的概念，通过对比辨析，理解基本数据类型与结构数据类型。
围绕实例讲述形象直观，在讲解这部分知识时不仅可以围绕教材给的“某天A股物联网部分股价表现一览”表进行讲解，还可以把个体“人”作为数据元素的例子展开讲解，人身上的器官，如胳臂、手、脚等就是数据项，形象地说明数据元素与数据项整体与部分的关系。同时，还可以用“姓名、性别、年龄”等特征作为数据项描述个体“人”，让学生意识到数据项的确定与具体的问题情境有关。
通过必修阶段的学习，学生对整数数据类型比较熟悉，通过对整数的分析来理解数据类型的概念，符合具体到一般的认知规律便于学生理解。通过对比分析的方式讲解两种数据类型，有利于学生对两种数据类型的联系与区别的理解，为后续数据结构的学习建立基础。
自主学习1
通过学生熟悉分子结构、机械结构来讲述什么是结构，并迁移到对数据结构概念的理解。引导学生交流讨论数据结构三方面内容在程序设计中的价值与意义，从而进一步加深学生对数据结构的理解。
分子结构、机械结构，学生在其他学科学习中已经熟悉，由学生熟悉的结构迁移到学生陌生的数据结构，是基于学生最近发展区，符合学生认知手段的教学方式。交流探讨的环境，有利于引发学生对数据结构的积极思考，同时培养学生交流与合作学习的能力，以及乐于与同伴分享知识的意识。
知识讲解2
通过生活中排队的实例，探讨这类数据之间存在前后关系的数据如何进行组织，并引出数组。
基于回顾循环结构，交流探讨如何依次输出排队中每个成员的信息，引出遍历的概念。
基于现实问题的数据结构模型建立，培养学生界定问题，建立数据模型，选择合适的数据结构处理问题的能力，有利于学生计算思维的培养。
温故Pythn知识，引导学生从数据结构的角度重新审视程序。培养学编程中的数据规划意识，与此同时，遍历思想的探究，为后续实现枚举算法打下伏笔。
游戏体验、自主学习2
1．开展“排排队”游戏，游戏规则见PPT课件
2.让学生自主学习教材中“链表”，并请同学描述链表的原理，并分组探讨生活中链表的应用。
游戏环节形象直观，有利于学生对“链表”内容自学的展开，通过学生对链表原理的表达，有利于学生对链表知识的理解与内化，最后探讨生活中链表的应用，是对链表知识的思维迁移与回归。有利于培养学生带着计算机科学的思维来思考现实问题。
情景导入2
谍战片中，地下党员一般都单线联系，有时因为上线的牺牲，下线永远就只能潜伏在敌人阵营中不得平反，对于下线党员无疑是痛苦的。链表结构单向遍历就符合这个特性，为了结束这个困局，就必须对单向链表结构进行改进。自然引出循环链表与双向链表。
通过故事丰满教学，在现实情境中既能激发学生对学习的兴趣，又能培养学生面对现实情境的创造与创新能力，以及知识迁移与实践能力。
问题与讨论1
车站或者机场为了方便旅客了解最新出乘信息，会在电子屏上滚动显示最近的班次信息。该系统内部程序控制滚动显示可以采用怎样的数据结构？主要算法又是怎样的？
思维迁移，将所学内容应用到程序设计中，既能促进学生的信息意识和计算思维，又能促进学生对学习数据结构的兴趣。
知识讲解3
通过乘客有序排队上车、出租车排队接客的例子引出队列的概念，并让学生思考生活中遇到基于队列的信息系统，如银行的排队叫号系统。然后教师讲解计算机内部CPU和主存储器（RAM）应用队列解决数据存取之间的差速问题，网络平台通过队列应付瞬间的并发服务请求等。
通过生活实例消毒桶中餐盘的取放、子弹匣的装弹和出弹，讲解“栈”的基本概念，然后让学生回顾计算机软件中关于栈的应用，如浏览器的“后退”功能，Wrd文字处理软件的撤销操作。
归纳总结“队列”和“栈”的线性特征，对比分析“生物学中的动物分类图”、“中国图书馆图书分类法”等层次结构，引出非线性的树形数据结构——“树”。然后研究计算机领域中树的应用如：文件系统。交流讨论，在生活中和信息系统中用树组织数据的例子，并用树结构描述数据之间的关系特征。
为了使学生立足最邻近发展区获得新的发展，这部分教学按照“生活现象（具体事例）-->现象中的规律（抽象规律）-->思维迁移（在生活中寻找相应的应用,并能解释数据之间的关系特征）”的结构来展开。通过回忆、体验的教学方式，既能促进学生的信息意识和计算思维，又能促进学生对学习数据结构的兴趣。
情景导入3
现实情景：某学校举行趣味运动会，高一开设了“滚铁圈”“打弹子”“拍纸板”“竹蜻蜓”“跳绳”和“踢毽子”6个项目的比赛。比赛结束后需要根据每位选手各个项目的得分来统计每位选手的总分以及各班级的总分，统计前，用什么样的形式来整理这些数据，直观，明了？
通过这个实例也可以让学生进一步意识到，每个实际问题中的数据之间都存在着一定的关系，处理数据前必须对数据进行有效的整理与组织，才能进入后面分析与统计，目的在与构建学生的数据规划与整理意识。
知识讲解4
对趣味运动会数据用数据结构采用一维数组组织数据进行程序实现与二维数组组织数据进行程序实现作对比，通过观察可以发现，相比于一维数组，二维数组在程序实现效率上要高于前者，随着数据项的增加，那么两者的差距更明显。
通过生产厂家汇总各地销售数据的案例，引导学生通过抽象与建模、设计与算法描述，经历一个完成的数据结构与算法设计过程。同时提出基于数组和基于链表的两套数据组织方案。在开展链表解决方案教学时，由于学生未曾有相关知识，讲授时配合动画演示向学生直观地演示数据处理中的链表操作特征。通过交流探讨计算分析，可以发现采用数组的数据结构，在数据合并的过程中会产生大量的数据移动，相比链表的指针操作，操作执行量要高一个数量级。
通过程序实例比较，让学生明白对于同一个问题的解决，基于不同的数据结构设计算法，程序的实现效率是不同的。因此，我们在设计程序前要充分挖掘数据间存在的逻辑关系，设计合理的数据结构。
根据情景抽象问题模型、设计数据结构与算法、描述算法的完整求解过程，这些思维能力贯穿了用计算机程序解决实际问题的整个过程。使学生进一步理解问题抽象与建模在解决问题中的作用、意义与方法。同时，通过对比分析，让学生认知数据结构与算法的关系，以及合理的数据结构在提升算法效率中的作用。
课堂小结
知识梳理：
学习评价（附件7：学习评价表）
概念学习需要先从生活实例出发，通过分析实例，培养学生对概念的感性认识，为深刻理解概念提供事实基础；有了事实基础和体验过程，还需要对知识进行归纳和总结，纳入原有知识结构，实现知识的升华。
布置作业
●基础作业（面向所有学生）：
1.选择题（详见课后练习）。
2. 请结合本课程的学习经历，举例说明其中所涉及的数据元素、数据项、数据类型、数据结构。
3. 银行营业部的叫号系统客户取号界面如图所示，该营业部共有6个办理窗口，其中1至4号只办理人民币业务，5号办理外币业务，6号办理理财业务。请运用队列知识，设计该系统取号、叫号处理过程的算法。
●提升作业（面向学有余力学生）：
智能停车场，会记录每辆汽车的车牌号，进入停车场时间，离开停车场时间，请运用数组或链表知识，设计该停车场的汽车入场、离场算法。
课后作业是课堂学习的延伸，是巩固和升华知识点的有效途径。根据学生的基础和能力设置不同难度的作业，以满足不同层次的学生需求。
针对
核心素养培养的
设计考虑
信息意识：落点在“能够根据解决问题的需要，自觉、主动地寻求恰当的方式获取与处理信息”。兴趣是最好的老师，本条例给学生提供了真实有趣的问题，唤起学生的兴趣，引导学生在熟悉的真实情境中理解数据结构的概念及其作用以及各种常见的数据结构特点，分析解决实际问题时,不同数据结构对算法效率的影响。引导学生由此及彼，去发现实生活中其它类似的问题。
计算思维：落点在“针对给定的任务进行需求分析，明确需要解决的关键问题；能够采用计算机领域的学科方法界定问题、抽象特征、建立结构模型、合理组织数据；”。本条例通过列队、排队坐车、银行业务、事务管理等生活实例，分析各种数据类型和数据结构应用的必要性和契合性，通过“生活现象（具体事例）-->现象中的规律（抽象规律）-->思维迁移（将规律应用到程序设计中）”的结构展开教学，使学生在项目实施的过程中，在算法设计、优化的过程中，感受数据结构在数据加工中的作用，完成数据结构相关知识、技能的内化与计算思维的形成。
数字化学习与创新：落点在“掌握数字化学习系统，学习资源与学习工具的操作技能，用于开展自主学习、协同工作、知识分享与创新创造。”。在用数据结构描述数据之间关系特征时，学生要使用文本编辑工具和画图工具画数据元素关系特征图；在展示各小组的学习成果时，学生要使用PPT等多媒体工具；在分析“电子屏上滚动显示最近的航班信息”和“银行叫号系统”等案例时，鼓励学生根据实际解决问题的需要，恰当选择信息工具，以达到提高效率的目的。