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信息科技 第3课 认识数据结构 教学设计
课题 认识数据结构 单元 第三单元 学科 信息科技 年级 七年级
教材分析 教材介绍了抽象生活中的数据，数据的逻辑结构，数据结构表格设计。学习完本课，学生可以举例说明生活中抽象的数据，知道数据的逻辑结构，可以设计数据结构表格。教材给出了丰富的示例，学生学习起来比较容易。教材知识结构清晰，学生自主探究任务数量合适，符合初中生的认知特点。
学习 目标 认识抽象生活中的数据； 了解数据的逻辑结构； 学会设计数据结构表格。
重点 本课重点是让学生设计数据结构表格，在自己设计表格的过程中加深对数据结构的认识。
难点 难点是数据结构表格设计的思路。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 教师：你知道什么是数据结构吗 教师：数据结构是计算机存储、组织数据的方式，也可以将其看成有着特定关系的数据元素的集合。通常情况下，合理的数据结构可以带来更高的运行或者存储效率。 教师：人类主要依赖视觉和听觉获取数据。声、光信号是人的感官所能识别和接受的信号，但这种信号往往是模糊的、不精确的。计算机的特点是精准，高速，但计算机是采用二进制语言运行的机器，只会执行预定的指令。我们要做的就是把复杂的现实世界转换为抽象的数据，再将数据转换为计算机语言，从而充分利用计算机来为人类服务。 学生：积极思考数据结构是什么？并尝试回答。 学生：了解认识数据结构的意义。 通过提问，导入本课学习内容。
讲授新课 一、抽象问题中的数据 教师：随着计算机应用领域的扩大，非数值计算问题显得越来越重要。据统计，当今处理非数值计算问题占用了计算机90%以上的时间。这类数据无法用数学方法进行简单描述，因此，我们必须学会寻找实际问题的主要特征和属性，并将其进行数学抽象。 自主探索 教师：介绍如下案例。 某校每个年级有12个班，分为三个层次：创新班、特长班和普通班。日常学生管理项目主要有跑操管理、早读检查、眼保健操检查、课堂表现评价、升旗仪式检查、安全教育检查、日常卫生检查、班级节能检查和常规考勤等，每天都有大量的数据产生。收集、分析这些数据给学校管理工作带来了巨大的压力。 教师：针对这一案例，请同学们相互讨论一下，寻找问题的主要特征和属性，将其进行数学抽象，提出解决办法。 教师：在上述案例中，学校的日常管理项目多，记录的数据多，管理低效。通过分析，我们可以理清问题的主要特征和属性，如表3-3-1所示。 主要特征属性管理项目多、数据多、分析数据难度大班级管理、跑操管理、早读检查、眼保健操检查、课堂表现评价、升旗仪式检查、安全教育检查、日常卫生检查、班级节能检查、常规考勤管理等
表3-3-1案例中问题的主要特征及属性 表3-3-2抽象问题中的数据 解决的办法需抽取的数据成立学生自主管理委员会学生自主管理委员会人数、项目权重设计学生自主管理示范班评比办法，利用计算机进行数据处理跑操分、早读分、眼保健操分、课堂表现分、升旗仪式分、安全检查分、卫生检查分、节能检查分、考勤分等
教师：根据问题的主要特征和属性，通过抽象问题中的数据，我们可以提出如表3-3-2所示的解决办法：一是成立学生自主管理委员会；二是制定自主管理示范班评比办法：三是采用计算机进行数据处理。 二、分析数据关系 教师：在现实世界中，数据之间存在复杂的关系。最基本的关系有三种，即线性关系、层次关系和网状关系。 线性关系。 教师：线性关系比较简单，每个数据有一个直接前驱和一个直接后继(第一个数据仅有后继，最后一个数据仅有前驱）。例如每个年级12个班就是一个简单的线性问题，如图3-3-l所示。 层次关系。 教师：层次关系上的每个数据有且仅有一个前驱（根除外）。有任意多个后继。这些数据间具有的一对多的关系称为层次关系。具有层次关系的数据看起来像一棵倒立的树，因此我们在数据结构中将其称为树形结构。例如：学生自主管理委员会、三个年级、36个班级、自管小组和组员间就构成了层级关系，如图3-3-2所示。 网状关系。 教师：数据间的关系是多对多的，每个数据既有多个前驱，也有多个后继。例如：学生自主管理委员会管理年级部，年级部管理各班，各班管理小组，小组成员又兼任学生自主管理委员会委员，年级部干部也同时兼任班级干部等，彼此之间构成一张复杂的网状关系。 三、建立数据结构 教师：数据结构具体指相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。 教师：数据元素之间的关系包括： 1.逻辑关系，即数据的逻辑结构。主要指数据元素之间的前后关系。主要有以下四种基本结构，如图3-3-3所示。 （1）集合：数据结构中的元素之间除了“同属一个集合”的相互关系外，别无其他关系； （2）线性结构：数据结构中的元素存在一对一的相互关系； （3）树形结构：数据结构中的元素存在一对多的相互关系； （4）图形结构：数据结构中的元素存在多对多的相互关系。 扩展：线性结构与非线性结构的特点。 教师：线性结构特点如下。 线性表：典型的线性结构，如我们经常填写的个人信息表。 栈和队列：具有特殊限制的线性表，数据操作只能在表的一端或者两端进行。 字符串：数据元素仅由一个字符组成，也是特殊的线性表。 数组：是线性表的推广，它的数据元素就是一个线性表。 广义表：是线性表的推广，它的数据元素是一个线性表，但是不同构（即或者是单元素，或者是线性表）。 教师：非线性结构特点如下。 树：具有多个分支的层次结构。 二叉树：具有两个分支的层次结构。 有向图：是一种图结构，边是顶点的有序对。 无向图：是另一种图结构，边是顶点的无序对。 物理关系，即数据的存储结构。主要指数据元素及其关系在计算机存储器中的存储方式。在计算机中，数据元素都以二进制的形式进行存储。数据的存储方式主要分为顺序存储和链式存储两种。 拓展： 如果把数据对象存储到计算机中，一般的要求是： 存储各数据元素的数据。 存储数据元素之间的逻辑关系。 在计算机内，数据元素用一个结点表示。与逻辑结构相似，存储结构也有两种基本的存储结构，分别是：顺序存储结构和链式存储结构。 顺序存储结构：借助元素在存储其中的相对位置来表示数据元素之间的逻辑关系，通常借助程序设计语言的数组类型进行描述。 链式存储结构：顺序存储结构要求所有的元素依次存放在一片连续空间内，而链式存储结构无需占用一整块存储空间。 尽管如此，为了链接各个存储节点（即表示节点之间的关系），需要给每个节点附加指针字段，用于存放后续元素的存储地址（参考：链表）。所以，链式存储结构通常借助于程序设计语言的指针类型来描述。 教师：数据结构主要指数据的逻辑结构，是由客观事物本身的逻辑关系确定的，比较容易组织。在前面的案例分析中，我们主要用到集合、线性结构和树形结构来设计表格，确定数据之间的关系。图3-3-4为某校学生自主管理委员会设计的“中学生自主管理示范班评比表”。 自主探索 教师：以小组为单位，分析图3-3-4所示表格中的数据分别是哪些结构。在小组内交流和讨论。 学生：了解计算机应用领域非数值计算的重要性。 学生：细致分析案例情况。在同学之间讨论的基础上，寻找问题的主要特征和属性，将其进行数学抽象，提出解决办法。 学生：听取教师的案例分析和案例中问题的主要特征及属性。 学生：对比自己的解决办法和教师提出的解决办法，完善自己的解决方案。 学生：认知数据之间的基本关系类别。 学生：思考生活中有哪些线性关系。 学生：思考生活中有哪些层次关系。 学生：思考生活中有哪些网状关系。 学生：了解数据元素之间的逻辑关系。 学生：了解线性结构的特点。 学生：了解非线性结构的特点。 学生：了解数据元素之间的物理关系。 学生：了解物理存储中顺序存储和链式存储的含义。 学生：小组讨论图3-3-4所示表格中的数据。 通过示例让学生认识现实生活中抽象问题所蕴含的数据。 让学生通过简单的例子认识数据之间的基本关系。 通过建立数据结构，将具体问题数据化，便于后期使用计算机处理数据，实现数据的价值。 让学生从具体的数据结构了解各自的特点。 通过拓展，进一步认知数据的物理存储。 通过分析数据表格，让学生分析表格蕴含的数据结构。
作业布置 1.列举你身边遇到的有关数据应用方面的问题，提取问题的主要特征和属性，并做关系分析，在小组内分享你的分析心得。 2.上网搜索相关资料，与同学们讨论为什么数据结构要设计存储结构。设计的好处是什么 学生：按照题目要求完成生活中有关数据应用方面的问题，做关系分析。上网收集数据结构设计存储结构的原因。 通过作业，检测学生对本课学习内容数据结构的理解。
课堂小结 组织学生分小组总结本课学习内容，请每个小组代表说说自己小组总结的结果。教师做最后的补充。 在小组讨论基础上，推选代表总结本课学习内容。其他小组作补充总结。 学生自己总结学习内容是一种学习方法，每次课可以梳理出学习了哪些知识、技能方法和思维方式，在头脑中形成本课程的学科结构。
板书 学生从板书中形成本课的知识结构，内化学习成果。 体现本课的设计思路，让学生明白本课学习了哪些内容。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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