32数据与结构新教材教科版高中信息技术必修一教案.docx

1、32数据与结构新教材教科版高中信息技术必修一教案教科版2019信息技术必修1数据与计算第3单元认识数据3. 2数据与结构教学设计【教材分析】本项目包含任务一探究网购订单处理”和“任务二探究快件配送过程”两个任务。任务一包含两个活动：“活动1了解订单数搦”，“活动2编制订单数据处理程序”。任务二包含三个活动：“活动1了解快件派送线路”，活动2了解物流网络”，“活 动3规划取快递最快路线”。任务一是让学生通过“活动1”，亲身体验数据的类型：字符串、数值（整数、浮点数）、 布尔型（逻辑值），理解各种不同类型的数据的基本处理方式；通过活动2”，以队列为 例（PythOn中以列表实现），认识和掌握数据结

2、构是对数据间关系的抽象和组织，引导学 生深刻领会应用数据结构解决学习和生活实际问题，并能举一反三触类旁通。两个活动相互 关联，前者主要是对数拯的简单类型建立感性认识，后者是对简单数据类型进行组织和结构 化（成为复合数据类型），以便与实际应用更好对接，建议任务一安排1课时。任务二有三个重要内容：一是通过“活动1”，了解快递派送线路，领会可将快递（货 物）运送的线路抽象为“树”结构，“透过现象看本质”（不再是一对一的线性关系，而是 一对多的非线性关系）。二是通过“活动2”，了解物流网络，领会将物流网络抽象为“图 结构”，认识多对多”的关系。三是通过“活动3”，了解图的遍历，善于将深度优先遍 历转化

3、为树形结构进行分析，并计算最短用时。建议任务二安排1课时。通过两个任务的学习，使学生能了解数据的简单类型，了解数据结构（列队、树、图）及英 应用和简单操作【教学建议】计算机是处理数据的工具，不同类型的数据所表达的意义不一样，编码方式不一样，因 此适用的运算也不一样，而且，更重要的是，许多零散的小规模的数据，往往还要用一泄的 结构形式组织起来（如集合、队列、栈、树、图），实现更复杂的结构，与实例应用对接。项目教学法主张先练后讲，先学后教，强调学生的自主学习，主动参与，从尝试入手, 从练习开始，调动学生学习的主动性、创造性、积极性等，学生唱“主角，而老师转为“配 角”，实现教师角色的换位，有利于加

4、强对学生自学能力、创新能力的培养。要善于引导学生从自己的学习和生活经历中，发现鲜活的实例。对于实践性强的项目或 活动，要让每个学生充分参与、全程参与、深度参与，在体验、经验的基础上领悟、归纳、 总结、运用。对于理论性较强的项目或活动，要充分铺垫、诱导、启发、示范、练习，课前 学生作好预习，带着问题预习，教师充分准备各种情境下的教学预案，以及教学支架性材料， 讲解时以例释理，避免直接灌输结论，更不要让学生机械背诵结论。【教学目标】1、 熟悉队列结构的概念和特点，能够使用PythOn语言对队列进行操作。2、 了解树、图结构的基本概念及特点。3、 能够比较不同数拯结构的特点，会选用合适的数据结构组织

5、数据解决简单问题。【教学重点、难点】队列结构的概念和特点，能够使用PythOn语言对队列进行操作。树、图结构的基本概念及 特点。比较不同数据结构的特点，会选用合适的数据结构组织数据解决简单问题。【教学过程】第一课时一、引入各种类型的数拯被编码表示成二二进制数据，存储到计算机中。在利用汁算机解决问题 的过程中，这些数据将是最基本的元素。但是，零散孤立的数据是很难被有效利用的。根据 所要解决的问题的不同，我们还需要依据数据关系建立合适的结构。采用这些结构将数据组 织起来，才能有利于操作和管理，进而更高效地解决实际问题。数据经过采集和数字化后存储在汁算机中，是为了便于应用和解决问题。本节我们将用 绕

6、“网络购物”项目展开学习，通过项目活动，认识相关数据的组织方法，了解数据之间的 关系，理解几种典型的数据结构，为利用数据、实现数据的价值做准备。本项目主要包含“探究网购订单处理”和“探究快递配送过程”两个任务。任务一探究网购订单处理活动1了解订单数据在网上购物时，在我们提交订单后，网页上就会显示订单数据。请你参照图3. 2.1所示的订单数据或者你自己的购物订单数据填写表3. 2. Io表3.2.1网购中的订单数据网站名称订单中的数据PythOn中对应的数据类型某电商网站商品名称字符串单价浮点型数虽：整型高中生学籍网姓名字符串岀生日期日期型是否团员布尔型(逻借型)利用计算机解决问题的过程，就是将

7、问题中的已知数据输人计算机进行计算，然后输岀 结果数据的过程。比如，当我们利用网络购买商品时，计算机解决问题的过程就是对订单数 据、商品数据等相关数据进行计算的过程。为了方便对数据进行处理，我们可以选择合适的 软件工具，根据问题的需要为数据抽象出合适的数据类型，然后对数据进行组织和计算。数据类型数据类型用来立义一系列值及应用于这些值的一系列操作。比如，在PythOn语言中， 有整数、浮点数、字符串、布尔等数据类型。整数类型的范I羽几乎仅受内存限制，能够进行 加、减、乘、除等多种计算操作。大多数程序设汁语言都立义了两类数据类型:简单数据类型和复合数据类型。简单数据 类型不能分解成更小的数据类型，

8、复合数据类型则由简单数据类型或者复合数据类型组成。 在Python语言中，整数、浮点数、字符串、布尔属于简单数据类型，列表、字典等属于复 合数据类型。认识Python简单数据类型在PythOn语言中，简单数据类型有整数(int)、浮点数(float)、字符串(Str)、 布尔(bool)等数据类型。【教师示范操作】 type(8) #type()函数返回数据的类型 #返回int类型 type (3. 14) type(, Thank you! *)#返回str类型#返回,boo类型 type (True)订单数据中的商品名称可以抽象为字符串类型的数据，是一个基本数据项，商品数量可 以抽象为整数

9、类型的数据，也是-一个基本数据项。每个订单数据包括商品名称、单价、数 量、金额、收货地址等基本数据项，所以订单数据需要抽象为复合数据类型。如图3. 2.1 （a）所示的订单数据用PythOn的列表存储，列表名称为OrderLiStoOrderLiSt-=,z2374761814130XXXz语文：生命的，文学的，美学的，34.66列表中前两个数据是字符串类型，最后-项是浮点数类型。我们还可以把很多订单数据 排列在一起，形成订单表，用更复杂的列表存储。活动2编制订单数据处理程序网店接受了大量的订单，如何安排发货呢?实际上，网店在处理订单时，一般采取“先 下单，先发货的原则。因此，所有的订单将按照

10、下单的时间顺序放进一个列表中，先放进 去的先发货，所有订单排列在一起，像是一群人在排队。下而的PythOn程序可以实现以下功能:提供“添加订单”“发货” “査看订单列 表” “退出”四个操作选项。当我们选择“1后输入订单数据，程序将订单数据添加到 订单数据表中;选择2”后，程序将当前订单列表中最早进入的数据删除（表示已安排发 货处理）；选择“3”可以显示当前订单列表中所有的订单数据;选择“4” 将结束运行。请你完善下列PythOn程序，模拟添加订单和发货的过程，了解订单列表的操作过程。Iistque=EJx=0WhiIe(X!=4):#怎义列表1 istque存储订单#当云二4时，执行循环Pr

11、int C 1.添加订单）Print C 2.发货）Print （, 3.査看订单列表）Print C 4.退岀）x=int （input （输入你的选择：）if x=l:#输人选择项y= input （输人订单编号：）#输入订单编号#在列表IiStqUe中添加订单号elif x=2:if Ien(Iistque)-O:Print (订单列表为空)else： #删除列表IiStqUe的首元素，表示发货el 辻 x=3:Print (IiStqUe) #查询列表IiStqUe中的订单号数据结构数据结构是存在特左关系的数据元索的集合。在解决有些问题时，一些相关联的数据将 集中在一-起，形成一个数据

12、的集合,这种集合能够单独或作为一一个整体被访问和处理。 线性数据结构线性数据结构又称为线性表。在线性数据结构中，除首元素没有前趋元素、尾元素没有 后继元素外，英他元素都只有一一个前趋元素和-个后继元素，如图3. 2.2所示。线性表中 数据元素之间是一对一的关系。首元素 尾元素000-0前趋元素 当前元亲 后继元素图3.2.2线性数据结构队列队列是一种有限制的线性结构，它的数据元素只能在-端依次添加(进队)，在另一端依 次删除(出队)。典型的例子如超市里排队付款的队伍。许多程序设讣语言泄义了复杂数据类 型，以实现对数据结构更高层级的抽象。复杂数据类型可以封装并隐藏数据结构中的操作细 节，让程序设

13、计者更多地关注数据结构能做什么，便于利用数据结构解决问题。PythOn中的列表数据类型，可以实现线性结构组织的数据元素的存法，可以用于实 现储和操作。列表的使用者只需要知道列表上有哪些可用的操作，而不需在中间插人元素、 要知道这些操作是如何进行的。比如在上述代码中，IiStqUe是列表类型的数据，存放了一-组字符串类度等功能。型 的数据，表示订单编号。我们可以通过对应的方法对列表进行操作：PoP(O)方法可以删除列表的首元素，append方法 可以在列表尾部添加-个数据元素。利用 列表，我们可以模拟队列中数据元索进队和出队的操第二课时 任务二探究快递配送过程活动1了解快递派送线路每个快递员只负

14、责固左的派送范用,他们从快件派送点领取快件后，分别送往各自负责 的快件领取点（比如小区门卫处、单位门卫处）或者具体用户。学校的快递由快递员送件上门 后，收发室老师将快件按工作人员部门、学生班级分类摆放，由各班级指左专人取件。现将派送点、学校收发室和收件人用点表示，派送的线路用线段表示，请你尝试在下而 框中画岀多个快件从派送点到不同收件人所经过的线路。P60页树结构树结构是一种具有层次关系的非线性结构。树是由n （n0）个节点组成的有限集合。若n二0,则称为空树。任何-个非空树均满足以下两个条件：（1）仅有一个称为根的节点；（2） 当n0时，英余节点可分为m （ m20）个互不相交的有限集合，英

15、中每个集合又是一棵树， 并称为根的子树。在图3. 2.3中，节点A为根节点，B、C、D为A的子树的根节点。同理， E、F、G是B的子树的根节点，B是E、F、G的父节点。在树结构中，数据元素之间是-对多 的关系。活动2了解物流网络由于需要综合考虑运营成本，商品在城市间运输的路线是需要讣算和规划的。请你查看图3. 2. 5中的物流过程，尝试用圓園表示城市，用线段表示城市之间的送达关系，将图3. 2. 6 补充完整，了解商品配送的路线特点。图结构图结构是由一组节点（称为顶点）和一组Yj点间的连线（称为边或弧）构成的一种数据结 构。图结构中的每个顶点都可以与其他顶点有边相连，图结构中数据元素之间是多对

16、多的关 系。图3. 2.6表示的是商品从供货点到收货点的派送过程的图结构。图3. 2. 7也是一个图结构,其中,标为4 T”的顶点与两条边相连,顶点“4与“2” 8” “9相连。在物流网络中，分拨中心、配送中心、货物需求点等可以抽象为图的顶点，城市逍路、 各级铁路等可以抽象为图的边，如城市以及城市之间的运输道路就是图结构。利用图结构, 我们还可以解决物流中的许多问题，如道路网络分析、车辆运营安排等。活动3规划取快递最快路线某同学网购的书已经到达家附近的快递门店，需要他自己去取。不巧的是，这次购买的 三本书是三个不同的物流公司派送的，他家与各快递门店的位置如图3. 2. 8所示。请你帮他规划最省

17、时的路线，然后设讣算法解决问题并在下框中描述你的算法。我们可以将该同学家和各个快递广店的位垃抽象成顶点，两个位置间的步行线路抽象 为边，边上的值表示步行时间，如图3. 2. 9所示。利用该图我们可以更淸晰地知道数据间 的关系，从而解决问题。家图3.2.9该同学家及附近快递门店之间步行所需时间数据（单位：分）从起点出发.把当前可以到达的下一个位置列举出来，再从列举出的新位置出发.继续 列举下一步可以到达的位置，以此类推,直到返回起点。我们把所有可能的做法用图形描述， 如图3. 2. 10所示， 图下方圆圈中的数值是该疋法的总用时。我们发现，分析过程的图形 是树结构，树中的节点表示当前所在的位宜，

18、边表示选择的线路。利用树结构，我们能够更 淸晰地实现不重复、不遗漏地列举所有做法，更利于通过比较得到最优解。四、小结树结构和图结构，是两种比较难的数据结构。五、练习人、狼、羊、菜过河问题：有一个人带着一只狼、一只羊和一捆白菜，来到一条河边， 河边只有一条小船，人每次过河最多只能带一样，如果人不在现场，狼就要吃羊，羊就要吃 菜。他应该怎样安排过河呢？请完成下而的“树”结构分析图，帮他找到可行的过河方案。提示：可约泄对象在左岸用0表示，任右岸用1表示。（初始状态）人狼羊0000人单独过冋人（酣河人羊过河【第一步1要求：能以纸笔方式画岀分析树得岀结论即可。（解答略）（详见配套资源“人狼羊菜过河游戏（

19、动画版）.exe”和“人狼羊菜过河游戏.py”）【拓展练习】数据结构之桟的应用活动：数据结构之栈的应用活动描述：模仿队列的应用“订单数据处理程序，编写栈的应用“单车道死胡同停车管理程序”。1.选题理由队列和栈，是线性数据结构中的典型代表。由于教材篇幅所限，讲了队列，没有讲栈， 栈也是计算机中非常重要的数据结构，本活动可作为教材的有益补充。2 操作建议栈.是先进后出（FlLO）表。它的数据元素只能在同一端（称为栈顶）进行操作，添加（进 栈），删除（出栈）。典型的例子如单车道死胡同停车，后进去的车先倒出来，先进去的车 就后才能倒出来。在Python中.列表既可用来表示队列，也可用来表示栈。列表的P

20、OPo方法可以删除列 表的尾元素（相当于栈的“出栈”操作）.append方法可以在列表尾部添加一个数据元素（相 当于栈的“入栈”操作）。栈的操作与队列相仿.可在学生掌握队列的基本操作的条件下，用类比的方式，引入栈 的操作，达到知识牵移.触类旁通的效果。3.注意问题要讲透“栈”的本质特征，必须充分列举生活实例，如：组装物品与拆解维修，软件操 作中普遇存在的撤销与恢复，表达式中圆括号的左右匹配，递归算法的实现等等。本活动借 助于学生容易理解的生活实例单车道死胡同停车与开出”，让学生加深对栈的理解，为后 续学习打下基础。（程序详见配套资源“3-2综合项目单车道死胡同停车管理程序py” ）【教学反思】