第3章数据结构基本类型3.2操作受限的线性表——栈 教案(表格式)-高中教学同步《信息技术-数据与数据结构》(人教-中图版2019)

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名称 第3章数据结构基本类型3.2操作受限的线性表——栈 教案(表格式)-高中教学同步《信息技术-数据与数据结构》(人教-中图版2019)
格式 docx
文件大小 30.5KB
资源类型 教案
版本资源 人教中图版(2019)
科目 信息技术(信息科技)
更新时间 2024-07-20 21:40:05

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文档简介

《信息技术-数据与数据结构》教案
课 题 第3章数据结构基本类型3.2操作受限的线性表——栈 课 型 班课 课 时 1
授课班级 高一1班
学习目标 知识与技能目标 理解栈的概念和特性,包括栈顶、栈底、入栈(push)、出栈(pop)等基本操作,以及“后进先出”(LIFO)的原则。 掌握栈的顺序存储实现方式,包括顺序栈的初始化、获取栈顶元素、入栈和出栈等操作的实现方法。 了解栈的链式存储实现方式,包括链栈的初始化、获取栈顶元素、入栈和出栈等操作的实现原理。 能用代码实现顺序栈和链栈的基本操作,并能够进行简单的错误处理,如栈空或栈满的情况。 了解栈在实际应用中的重要作用,如文档编辑软件的撤销操作、数制转换等。 过程与方法目标 通过实际案例(如变脸表演、放碗取碗、数制转换等)引入栈的概念,培养学生的观察力和联想能力。 通过课堂讲授和示例演示,使学生了解栈的特性和基本操作。 指导学生动手实践,通过编写代码实现栈的顺序存储和链式存储,提高学生的编程能力。 通过小组讨论和案例分析,引导学生思考栈在实际应用中的价值和作用,培养学生的分析能力和解决问题的能力。 情感态度与价值观目标 激发学生对数据结构和算法学习的兴趣,培养学生的探索精神和创新精神。 通过合作学习和互动交流,增强学生的团队合作能力和沟通协作能力。 培养学生的逻辑思维能力和严谨的科学态度,提高学生解决实际问题的能力。 帮助学生理解数据结构和算法在计算机科学领域的重要地位,为今后的学习和工作奠定坚实基础。
学习重难点 教学重点 栈的概念: 栈的定义:栈是一种操作受限的线性表,只能在一端(称为栈顶)进行插入(入栈)和删除(出栈)操作。 栈的特点:“后进先出”(LIFO,Last In First Out)或“先进后出”(FILO,First In Last Out)。 栈的基本操作:入栈(push)、出栈(pop)、获取栈顶元素(getTop)和判断栈是否为空(isEmpty)。 栈的顺序存储实现: 顺序栈的定义:使用连续的内存空间存储栈元素,并使用一个变量(如top)来标识栈顶的位置。 顺序栈的基本操作实现:包括初始化、入栈、出栈、获取栈顶元素等。 栈的链式存储实现: 链栈的定义:使用链表作为栈的存储结构,其中链表的头部(头节点之后的位置)作为栈顶。 链栈的基本操作实现:包括初始化、入栈、出栈、获取栈顶元素等。 栈的应用: 栈在计算机科学中的应用实例,如文档编辑软件的撤销操作、网页浏览器的后退操作、数制转换等。 教学难点 栈的抽象概念理解: 学生可能难以从直观上理解栈的“后进先出”特性以及它在实际问题中的应用。 顺序栈和链栈的实现细节: 顺序栈在实现时需要注意数组边界的处理,以及当栈满时如何进行扩容的问题。 链栈在实现时需要注意链表的创建、节点的连接以及节点内存的管理(如何时释放节点内存)。 栈的应用案例分析: 学生可能难以将栈的抽象概念与其在具体应用中的实现方式相联系,需要通过实际案例来分析栈在解决问题中的作用。 错误处理和异常机制: 在实现栈的基本操作时,需要考虑对错误情况(如栈空时执行出栈操作)的处理,以及如何在代码中实现异常机制。 算法复杂度分析: 分析栈的基本操作的算法复杂度,特别是顺序栈在栈满时扩容的复杂度,以及链栈在动态分配内存时的复杂度。
教学方法 类比教学法: 通过变脸表演和放碗、取碗的生活实例来类比栈的“后进先出”特点,帮助学生形象理解栈的基本操作和工作原理。 直观演示法: 使用图示(如图3.2.4、图3.2.5等)来直观展示栈的结构、入栈和出栈的过程,帮助学生构建空间想象能力,更好地理解栈的工作原理。 示例讲解法: 通过顺序栈和链栈的具体实现过程(包括初始化、取栈顶元素、入栈、出栈等操作)的详细讲解,结合具体的Python代码示例,使学生能够清晰理解栈的实现细节和编程方法。 应用拓展法: 通过介绍栈在文档编辑软件和网页浏览器中的应用,以及数制转换过程中的应用,使学生认识到栈的实用价值和应用广泛性,培养学生的应用意识和能力。 问题引导法: 在教学过程中,通过提出“栈是什么?”,“栈有哪些基本操作?”,“如何实现栈的顺序存储和链式存储?”等问题,引导学生主动思考和探索,培养学生的问题解决能力。 互动讨论法: 鼓励学生提出疑问、分享观点,通过师生互动、生生互动的方式,促进学生深入思考、交流合作,营造积极的课堂氛围。 代码实践法: 要求学生根据所学知识和提供的代码示例,自己编写顺序栈和链栈的实现代码,并进行测试和验证,通过实践来巩固和加深对栈的理解和掌握。
课前准备 一、教案编写 梳理教学内容:确定第3章数据结构基本类型3.2节“操作受限的线性表——栈”的教学内容,包括栈的概念、顺序栈和链栈的实现,以及栈的应用。 设定教学目标:明确本节课的教学目标,包括理解栈的概念和特性(后进先出),掌握顺序栈和链栈的实现方法,以及理解栈在实际应用中的作用。 制定教学重点和教学难点:突出“栈的后进先出特性”和“顺序栈与链栈的实现”作为教学重点,同时明确“顺序栈和链栈操作的实现细节”为教学难点。 安排教学过程:规划教学过程,包括导入(变脸表演等生活实例)、新课讲解(栈的概念、顺序栈和链栈的实现)、课堂练习(编写简单的栈操作代码)、总结(回顾栈的特性和应用)和作业布置。 二、教学材料准备 教材:确保学生手中有第3章的教材或相关讲义,便于学生在课堂上跟随教师讲解。 教学课件:制作或搜集有关栈的PPT课件,包含概念图、示意图、代码示例等,以便在课堂上展示。 编程环境:确保教室内的计算机已安装Python等编程语言环境,并准备好相应的代码编辑器,供学生在课堂上编写和调试代码。 练习材料:准备适量的练习题和案例,供学生在课堂上进行练习和讨论。
教学媒体 板书或幻灯片(PPT): 用来展示栈的概念、定义、特点、图示(如变脸表演、放碗取碗、栈的结构示意图、人栈和出栈的示意等)。 展示顺序栈和链栈的实现原理、操作流程、核心代码段等。 演示栈在生活中的应用实例,如文档编辑软件的后退操作、数制转换等。 计算机或教室多媒体设备: 用于播放幻灯片或教学视频,展示动态演示(如栈的入栈和出栈过程)。 提供编程环境,演示栈的实际操作代码(如Python代码)和运行结果。 代码编辑器: 用于现场编写栈的实现代码,并展示代码运行过程及结果。 交互式软件或在线平台: 如果条件允许,可以使用交互式编程平台或软件,允许学生直接在平台上编写和运行代码,增强学习的实践性和互动性。 教学案例或实例: 准备实际应用案例(如文档编辑器的撤销功能、网页浏览器的后退功能等),结合理论知识进行讲解,使学生更好地理解栈的应用。 学习资料或参考资料: 提供相关书籍、论文、网络资源等,供学生进一步学习和探索。 练习题目: 准备适量的练习题目,包括选择题、填空题、编程题等,帮助学生巩固所学知识,提高实践能力。
教学过程
教学环节 教师活动设计 学生活动设计 设计意图
活动一: 创设情境 生成问题 展示变脸表演和放碗、取碗的示例图片,引导学生观察并思考这些过程的特点。 提问:“你们发现这些活动有什么共同的特点吗?” 引导学生发现“后进先出”的规律。 引出栈的概念,并解释栈在数据结构中的特殊性质:后进先出(LIFO)。 提问:“你们能举出生活中其他符合‘后进先出’原则的例子吗?” 鼓励学生联想实际应用场景。 观察图片,思考变脸表演和放碗、取碗的过程。 回答问题,提出这些过程都遵循“后进先出”的原则。 联想生活中的类似例子,如文档的撤销操作、浏览器的后退按钮等。 通过观察和思考生活中的例子,激发学生的兴趣,帮助他们理解栈的基本概念,并建立起与现实世界的联系。
活动二: 调动思维 探究新知 详细介绍栈的基本操作:入栈(push)和出栈(pop)。 展示顺序栈和链栈的结构和代码实现,解释两者的区别和优缺点。 提问:“你们能解释为什么顺序栈需要设置一个‘top’变量吗?” 引导学生理解栈顶指针的作用。 引导学生编写简单的栈操作代码,如初始化栈、入栈、出栈和判断栈空等。 认真听讲,理解栈的基本操作和特性。 观察顺序栈和链栈的代码实现,对比两者的不同。 思考并回答问题,理解栈顶指针的必要性。 动手编写栈操作代码,加深理解。 通过详细的讲解和实例展示,帮助学生掌握栈的基本操作和实现原理。通过动手编写代码,提高学生的编程能力和对栈的理解。
活动三: 调动思维 探究新知 提供一系列栈操作的练习题,包括顺序栈和链栈的初始化、入栈、出栈和判断栈空等。 鼓励学生分组讨论,共同解决问题。 巡视指导,及时纠正学生的错误并解答疑问。 总结学生在练习过程中出现的典型问题和易错点。 独立完成练习题,加深对栈操作的理解。 分组讨论,共同解决遇到的问题。 认真听取教师的总结和点评,找出自己的不足并改正。 通过练习题的训练,巩固学生对栈操作的掌握程度。通过分组讨论和教师的指导,培养学生的团队合作精神和解决问题的能力。
活动四: 巩固练习 素质提升 介绍栈在计算机科学中的应用场景,如表达式求值、函数调用栈等。 引导学生思考如何利用栈的特性解决实际问题。 提供一个简单的应用场景(如文档编辑器的撤销功能),让学生尝试用栈来实现。 总结并强调栈在数据结构中的重要性。 认真听讲,了解栈在计算机科学中的应用。 思考如何应用栈的特性解决实际问题。 尝试用栈实现文档编辑器的撤销功能。 总结本次学习的收获和体会。 通过介绍栈的应用场景和引导学生思考实际问题,拓宽学生的视野和思维。通过动手实践,让学生更好地理解和掌握栈的应用。
课堂小结 作业布置 课堂小结 本节课我们学习了数据结构中一种重要的线性表——栈。栈是一种操作受限的线性表,只允许在一端(称为栈顶)进行插入和删除操作。栈的特性是“后进先出”(LIFO, Last In First Out)。我们通过日常生活中的例子(如变脸表演、放碗取碗)来形象地理解了栈的工作原理。 接着,我们深入探讨了栈的两种实现方式:顺序存储(顺序栈)和链式存储(链栈)。顺序栈利用连续的内存空间存储元素,通过维护一个栈顶指针来标识栈顶元素的位置;链栈则利用链表结构存储元素,通过操作链表的头节点来实现栈的插入和删除操作。 最后,我们讨论了栈的应用,包括在文档编辑软件和网页浏览器中的后退/撤销操作,以及在数制转换过程中暂存余数的场景。这些应用都充分利用了栈“后进先出”的特性。 作业布置 实现顺序栈: 编写一个Python类,实现顺序栈的基本操作,包括初始化、判断栈空、判断栈满、入栈、出栈和获取栈顶元素。你可以使用列表(list)作为底层数据结构来存储栈中的元素。 实现链栈: 编写一个Python类,实现链栈的基本操作,包括初始化、判断栈空、入栈、出栈和获取栈顶元素。你需要定义一个节点类(Node)来存储栈中的元素,以及一个链栈类(LinkStack)来管理这些节点。 数制转换实践: 编写一个Python程序,利用栈实现十进制数到任意进制数(如二进制、八进制、十六进制)的转换。你可以通过命令行参数接收待转换的十进制数和目标进制数,然后输出转换结果。注意要处理好除数和余数的逻辑。 扩展思考: 思考栈在现实生活或计算机系统中的其他应用场景,并尝试用栈的概念来解释这些场景的工作原理。例如,函数调用栈、浏览器历史记录、撤销/重做操作等。写下你的思考和理解。
板书设计 3.2 操作受限的线性表——栈 3.2.1 栈的概念 定义:栈是限定仅能在一端进行插入和删除操作的特殊线性表。 栈顶与栈底:插入/删除操作端称为栈顶,另一端为栈底。 后进先出(LIFO):后入栈的元素先出栈,先入栈的元素后出栈。 空栈:不含任何数据元素的栈称为空栈。 图3.2.1 栈的基本模型 +-----+ | a | <- 栈顶 +-----+ | ... | +-----+ | a | <- 栈底 +-----+ 3.2.2 栈的实现 顺序栈 初始化:分配连续存储空间,置栈空。 栈顶元素:返回当前栈顶元素值(不改变栈状态)。 入栈:判断栈满,未满则插入元素到栈顶,并更新栈顶指针。 出栈:判断栈空,非空则删除栈顶元素,并更新栈顶指针。 图3.2.8 顺序栈变化 展示数据元素“4”和“8”入栈、出栈的过程 链栈 初始化:定义栈顶指针,置空,并置数据元素个数为0。 栈顶元素:返回栈顶元素节点数据域的值。 入栈:在栈顶插入新元素,更新栈顶指针和元素个数。 出栈:删除栈顶元素,更新栈顶指针和元素个数。 图3.2.11 链栈结构 展示链栈节点和链栈的链接关系 3.2.3 栈的应用 文档编辑软件:利用栈记录用户操作顺序,提供撤销/后退功能。 数制转换:如“除R反向取余法”中的余数暂存。 表3.2.2 数制转换示例 展示(1348)转换为(2504)的计算过程和栈操作 作业布置 编写一个顺序栈的Python类,包含初始化、入栈、出栈、获取栈顶元素的方法,并进行简单测试。 编写一个链栈的Python类,同样包含初始化、入栈、出栈、获取栈顶元素的方法,并进行测试。 使用栈结构,编写一个将十进制数转换为二进制数的程序。 查找栈的相关应用场景(如函数调用栈、表达式求值等),并编写简要描述和可能的代码片段。
教学反思 本次教学主题为数据结构中的栈(Stack)基本类型,内容覆盖了栈的概念、特点、实现方式以及其在现实生活中的应用。通过对栈的深入讲解,旨在帮助学生理解栈的“后进先出”(LIFO)特性,并能够掌握栈的顺序存储和链式存储的实现方法。 一、教学内容反思 概念引入:我通过变脸表演和碗柜放碗取碗的实例,成功引起了学生对栈“后进先出”特性的兴趣,使得抽象的概念具体化,便于学生理解。 教学重点:在教学过程中,我重点讲解了栈的顺序存储和链式存储的实现方法,包括初始化、取栈顶元素、入栈和出栈操作等,并通过代码示例加深了学生对这些操作的理解。 教学难点:部分学生在理解顺序栈中“top”变量的作用时存在困难,特别是在区分“top”作为栈顶元素的位置和栈顶元素值之间的差异时。我通过多次举例和对比,帮助学生理解了这个难点。 教学互动:在教学过程中,我通过提问和讨论的方式,引导学生主动思考,积极参与课堂讨论,从而提高了学生的课堂参与度。 二、教学方法反思 理论联系实际:我通过将栈的概念与现实生活中的应用场景相结合,使得抽象的数据结构变得具体而生动,有助于学生更好地理解和掌握。 案例教学:我通过具体的代码示例和计算过程,展示了栈在实际问题中的应用,提高了学生的学习兴趣和实践能力。 师生互动:我注重与学生的互动,通过提问和讨论,鼓励学生表达自己的观点和想法,从而营造了一个积极的学习氛围。 三、教学效果反思 本次教学取得了较为满意的效果,大部分学生能够理解栈的概念和特性,并掌握了栈的顺序存储和链式存储的实现方法。但在课后作业和课堂测试中,我发现部分学生在实现链栈时存在困难,需要在下一次课中进一步加强链栈相关知识的讲解和练习。 四、改进建议 加强链栈的讲解:针对学生在链栈实现上存在的困难,我将在下一次课中增加链栈的讲解时间和练习量,确保学生能够熟练掌握链栈的实现方法。 引入更多应用案例:为了激发学生的学习兴趣和实践能力,我将引入更多与栈相关的应用案例,如函数调用栈、表达式求值等,让学生更加深入地理解栈的应用。 加强师生互动:我将更加注重与学生的互动,通过提问、讨论和小组合作等方式,鼓励学生积极思考和表达自己的观点,从而提高学生的课堂参与度和学习效果。