2023-2024學(xué)年高中信息技術(shù)選擇性必修1（浙教版2019）數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-教學(xué)設(shè)計(jì)-3.3-棧

2023-2024學(xué)年高中信息技術(shù)選擇性必修1（浙教版2019）數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-教學(xué)設(shè)計(jì)-3.3-棧授課內(nèi)容授課時(shí)數(shù)授課班級(jí)授課人數(shù)授課地點(diǎn)授課時(shí)間設(shè)計(jì)意圖本節(jié)課以“2023-2024學(xué)年高中信息技術(shù)選擇性必修1（浙教版2019）數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-3.3-?！睘橹黝}，旨在通過(guò)引入實(shí)際生活案例，幫助學(xué)生理解棧的概念、性質(zhì)以及在實(shí)際應(yīng)用中的價(jià)值。通過(guò)講解和練習(xí)，使學(xué)生能夠熟練掌握棧的基本操作，為后續(xù)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。核心素養(yǎng)目標(biāo)分析培養(yǎng)學(xué)生信息意識(shí)，通過(guò)學(xué)習(xí)棧的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在解決問(wèn)題中的重要性。提升計(jì)算思維，通過(guò)設(shè)計(jì)算法解決實(shí)際問(wèn)題，鍛煉學(xué)生的邏輯思維和抽象思維能力。強(qiáng)化問(wèn)題解決能力，讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)會(huì)運(yùn)用棧解決具體問(wèn)題，提高解決復(fù)雜問(wèn)題的能力。學(xué)情分析本節(jié)課面對(duì)的是高中一年級(jí)學(xué)生，他們剛剛接觸信息技術(shù)的學(xué)習(xí)，對(duì)編程語(yǔ)言和計(jì)算機(jī)科學(xué)有一定的興趣，但基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相對(duì)有限。在知識(shí)方面，學(xué)生對(duì)基本的計(jì)算機(jī)操作和簡(jiǎn)單的編程概念有所了解，但對(duì)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的概念較為陌生。在能力方面，學(xué)生的邏輯思維能力和抽象思維能力正在形成，但需要通過(guò)具體案例和實(shí)際操作來(lái)加強(qiáng)。在素質(zhì)方面，學(xué)生具備一定的自學(xué)能力和團(tuán)隊(duì)合作精神，但在時(shí)間管理和學(xué)習(xí)策略上還有待提高。

在行為習(xí)慣上，學(xué)生在課堂上的參與度較高，但部分學(xué)生可能對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)缺乏耐心，容易在遇到難題時(shí)產(chǎn)生挫敗感。對(duì)課程學(xué)習(xí)的影響主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1.學(xué)生對(duì)棧的概念理解可能存在困難，需要通過(guò)實(shí)際案例和實(shí)例來(lái)加深理解。

2.學(xué)生在編程實(shí)踐時(shí)，可能因?yàn)槿狈?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念而難以設(shè)計(jì)有效的算法。

3.學(xué)生在團(tuán)隊(duì)合作中，需要學(xué)會(huì)分工合作，共同解決復(fù)雜問(wèn)題，這有助于培養(yǎng)他們的溝通能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

4.學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，需要逐步培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，如定期復(fù)習(xí)、主動(dòng)提問(wèn)等，以提高學(xué)習(xí)效率。

綜合以上分析，教師在教學(xué)中應(yīng)注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，通過(guò)豐富的教學(xué)活動(dòng)和案例，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助他們克服學(xué)習(xí)中的困難，逐步提升他們的信息素養(yǎng)和問(wèn)題解決能力。教學(xué)資源-軟硬件資源：計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室、編程軟件（如VisualStudio、PyCharm）、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集

-課程平臺(tái)：學(xué)校內(nèi)部教學(xué)平臺(tái)、在線學(xué)習(xí)資源平臺(tái)

-信息化資源：棧的相關(guān)動(dòng)畫演示視頻、在線編程練習(xí)平臺(tái)、教學(xué)PPT

-教學(xué)手段：實(shí)物教具（如棧模型）、教學(xué)軟件（如編程環(huán)境模擬器）、黑板或電子白板教學(xué)過(guò)程1.導(dǎo)入（約5分鐘）

-激發(fā)興趣：展示一些實(shí)際應(yīng)用中棧的例子，如后進(jìn)先出（LIFO）的排隊(duì)系統(tǒng)、函數(shù)調(diào)用棧等，提問(wèn)學(xué)生這些應(yīng)用背后的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)原理。

-回顧舊知：簡(jiǎn)要回顧數(shù)組和鏈表的基本概念，強(qiáng)調(diào)它們?cè)跀?shù)據(jù)存儲(chǔ)和訪問(wèn)方面的特點(diǎn)。

2.新課呈現(xiàn)（約20分鐘）

-講解新知：詳細(xì)介紹棧的定義、性質(zhì)和基本操作，包括入棧（push）、出棧（pop）、棧頂元素訪問(wèn)（peek）和?？諚M判斷。

-舉例說(shuō)明：通過(guò)實(shí)際案例，如使用棧實(shí)現(xiàn)括號(hào)匹配驗(yàn)證、逆序輸出字符串等，展示棧的應(yīng)用。

-互動(dòng)探究：組織學(xué)生分組討論，探討如何使用棧解決實(shí)際問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生提出自己的設(shè)計(jì)方案。

3.練習(xí)與鞏固（約30分鐘）

-學(xué)生活動(dòng)：分配練習(xí)題，要求學(xué)生獨(dú)立完成，題目包括棧的基本操作和簡(jiǎn)單應(yīng)用題。

-教師指導(dǎo)：巡視課堂，觀察學(xué)生的解題過(guò)程，對(duì)有困難的學(xué)生提供個(gè)別指導(dǎo)。

-小組合作：組織學(xué)生以小組形式完成更復(fù)雜的棧應(yīng)用題，如模擬遞歸函數(shù)調(diào)用棧。

4.案例分析（約15分鐘）

-展示一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目案例，如網(wǎng)頁(yè)瀏覽器的后退功能，分析其中如何使用棧來(lái)存儲(chǔ)歷史頁(yè)面。

-引導(dǎo)學(xué)生分析案例中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，討論棧在此應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)。

5.編程實(shí)踐（約30分鐘）

-學(xué)生活動(dòng)：在編程環(huán)境中，讓學(xué)生編寫程序?qū)崿F(xiàn)棧的基本操作，并應(yīng)用棧解決實(shí)際問(wèn)題。

-教師指導(dǎo)：提供編程示例代碼，幫助學(xué)生理解編程邏輯，解答學(xué)生在編程過(guò)程中遇到的問(wèn)題。

6.總結(jié)與反思（約5分鐘）

-學(xué)生總結(jié)：讓學(xué)生回顧本節(jié)課學(xué)到的知識(shí)點(diǎn)，分享自己的學(xué)習(xí)心得。

-教師總結(jié)：強(qiáng)調(diào)棧在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的重要性，指出學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中需要掌握的關(guān)鍵點(diǎn)。

-反思討論：引導(dǎo)學(xué)生思考棧在實(shí)際應(yīng)用中的局限性，以及如何改進(jìn)和優(yōu)化棧的設(shè)計(jì)。

7.作業(yè)布置（約5分鐘）

-布置課后作業(yè)，包括完成未完成的練習(xí)題、閱讀相關(guān)資料和準(zhǔn)備下一節(jié)課的討論話題。

8.課堂小結(jié)（約5分鐘）

-教師總結(jié)本節(jié)課的重點(diǎn)和難點(diǎn)，提醒學(xué)生在課后復(fù)習(xí)和鞏固。

-學(xué)生反饋：收集學(xué)生對(duì)本節(jié)課的反饋，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和教學(xué)效果。教學(xué)資源拓展1.拓展資源：

-棧的應(yīng)用領(lǐng)域：探討棧在編譯原理、操作系統(tǒng)、圖形學(xué)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議解析等領(lǐng)域的應(yīng)用。

-棧的變種：介紹雙端棧、循環(huán)棧等棧的變種及其特點(diǎn)。

-棧的算法分析：分析棧的常見算法，如棧的查找、排序等操作的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。

-棧的歷史與發(fā)展：介紹棧的歷史背景，以及它在計(jì)算機(jī)科學(xué)中的發(fā)展歷程。

2.拓展建議：

-閱讀相關(guān)書籍：《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法分析》（C語(yǔ)言版）、《算法導(dǎo)論》等，深入了解棧的理論基礎(chǔ)。

-觀看在線課程：推薦觀看Coursera、edX等平臺(tái)上的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程，學(xué)習(xí)棧的更深入知識(shí)。

-實(shí)踐項(xiàng)目：鼓勵(lì)學(xué)生參與實(shí)際項(xiàng)目，如開發(fā)一個(gè)基于棧的簡(jiǎn)易計(jì)算器或網(wǎng)頁(yè)瀏覽器歷史記錄功能。

-編程競(jìng)賽：參加ACM、藍(lán)橋杯等編程競(jìng)賽，鍛煉在限定時(shí)間內(nèi)使用棧解決復(fù)雜問(wèn)題的能力。

-參考論文：閱讀相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)論文，了解棧在最新研究中的應(yīng)用和進(jìn)展。

-編寫算法筆記：將學(xué)習(xí)過(guò)程中的棧算法整理成筆記，方便復(fù)習(xí)和鞏固。

-組織小組討論：與同學(xué)組成學(xué)習(xí)小組，定期討論棧的相關(guān)問(wèn)題，互相學(xué)習(xí)，共同進(jìn)步。

-制作教學(xué)視頻：將棧的講解和操作制作成教學(xué)視頻，分享給其他同學(xué)，提高教學(xué)效果。

-開發(fā)教學(xué)工具：設(shè)計(jì)一些輔助教學(xué)的工具，如棧的動(dòng)畫演示軟件，幫助學(xué)生更好地理解棧的概念。重點(diǎn)題型整理1.題型一：棧的基本操作實(shí)現(xiàn)

-題目：請(qǐng)實(shí)現(xiàn)一個(gè)棧，包括入棧（push）、出棧（pop）、查看棧頂元素（peek）和判斷棧是否為空（isEmpty）的操作。

-答案示例：

```python

classStack:

def__init__(self):

self.items=[]

defpush(self,item):

self.items.append(item)

defpop(self):

ifnotself.isEmpty():

returnself.items.pop()

returnNone

defpeek(self):

ifnotself.isEmpty():

returnself.items[-1]

returnNone

defisEmpty(self):

returnlen(self.items)==0

```

2.題型二：棧的應(yīng)用——括號(hào)匹配

-題目：編寫一個(gè)函數(shù)，用于檢查一個(gè)字符串中的括號(hào)是否匹配。

-答案示例：

```python

defis_balanced(expression):

stack=Stack()

forcharinexpression:

ifcharin'([{':

stack.push(char)

elifcharin')]}':

ifstack.isEmpty()ornotis_matching_pair(stack.pop(),char):

returnFalse

returnstack.isEmpty()

defis_matching_pair(opening,closing):

return(opening=='('andclosing==')')or\

(opening=='['andclosing==']')or\

(opening=='{'andclosing=='}')

```

3.題型三：棧的應(yīng)用——逆序輸出字符串

-題目：使用棧實(shí)現(xiàn)一個(gè)函數(shù)，該函數(shù)接收一個(gè)字符串作為輸入，并返回其逆序字符串。

-答案示例：

```python

defreverse_string(s):

stack=Stack()

forcharins:

stack.push(char)

reversed_s=''

whilenotstack.isEmpty():

reversed_s+=stack.pop()

returnreversed_s

```

4.題型四：棧的應(yīng)用——計(jì)算器

-題目：實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的逆波蘭表達(dá)式（后綴表達(dá)式）計(jì)算器。

-答案示例：

```python

defcalculate(expression):

stack=Stack()

fortokeninexpression.split():

iftoken.isdigit():

stack.push(int(token))

else:

right_operand=stack.pop()

left_operand=stack.pop()

iftoken=='+':

stack.push(left_operand+right_operand)

eliftoken=='-':

stack.push(left_operand-right_operand)

eliftoken=='*':

stack.push(left_operand*right_operand)

eliftoken=='/':

stack.push(left_operand/right_operand)

returnstack.pop()

```

5.題型五：棧的應(yīng)用——函數(shù)調(diào)用棧

-題目：解釋函數(shù)調(diào)用棧的工作原理，并給出一個(gè)示例，說(shuō)明在函數(shù)調(diào)用過(guò)程中棧是如何變化的。

-答案示例：

```python

deffunction_a():

print("FunctionAcalled")

function_b()

deffunction_b():

print("FunctionBcalled")

function_c()

deffunction_c():

print("FunctionCcalled")

function_a()

```

在這個(gè)例子中，當(dāng)`function_a`被調(diào)用時(shí)，它的局部變量和返回地址被壓入棧中。然后`function_b`被調(diào)用，它的局部變量和返回地址也被壓入棧中。接著`function_c`被調(diào)用，同樣的過(guò)程發(fā)生。當(dāng)`function_c`執(zhí)行完畢并返回時(shí)，它的返回地址被彈出棧，然后是`function_b`的返回地址，最后是`function_a`的返回地址。這樣，程序控制權(quán)返回到`