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-5.4-數(shù)據(jù)查找

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-5.4-數(shù)據(jù)查找課題：科目：班級：課時：計劃1課時教師：單位：一、課程基本信息1.課程名稱：數(shù)據(jù)查找

2.教學(xué)年級和班級：高一年級

3.授課時間：2023年11月15日星期三第2節(jié)課

4.教學(xué)時數(shù)：1課時二、核心素養(yǎng)目標(biāo)1.培養(yǎng)學(xué)生信息意識，使學(xué)生能夠認(rèn)識到數(shù)據(jù)查找在信息處理中的重要性。

2.增強學(xué)生的計算思維，通過算法設(shè)計與分析，提升學(xué)生解決實際問題的能力。

3.提高學(xué)生的算法理解與應(yīng)用能力，使學(xué)生能夠熟練運用查找算法解決數(shù)據(jù)排序和檢索問題。

4.培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和問題解決能力，通過案例分析和實踐操作，提升學(xué)生分析問題和設(shè)計算法的能力。三、教學(xué)難點與重點1.教學(xué)重點，

①理解并掌握順序查找和二分查找的算法原理，能夠分析這兩種查找算法的時間復(fù)雜度。

②能夠根據(jù)數(shù)據(jù)的特性和查找的需求選擇合適的查找算法，并設(shè)計簡單的查找程序。

③通過編程實踐，掌握在Python等編程語言中實現(xiàn)數(shù)據(jù)查找的方法。

2.教學(xué)難點，

①理解二分查找算法的適用場景和局限性，特別是在數(shù)據(jù)量較大時的效率問題。

②分析并解決查找算法中的邊界條件和異常情況，確保程序的魯棒性。

③在實際編程中，能夠根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法特點優(yōu)化查找程序，提高效率。

④將理論知識與實際編程相結(jié)合，能夠靈活運用查找算法解決實際問題。四、教學(xué)資源-軟硬件資源：計算機教室，配備至少一臺計算機，安裝有Python編程環(huán)境。

-課程平臺：學(xué)校內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，用于發(fā)布教學(xué)資料和在線作業(yè)。

-信息化資源：Python編程語言教程、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相關(guān)視頻教程、在線算法測試平臺。

-教學(xué)手段：多媒體教學(xué)設(shè)備（如投影儀、白板），用于展示算法步驟和編程示例。

-教學(xué)材料：課本《數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》（浙教版2019）、講義、練習(xí)冊。五、教學(xué)過程一、導(dǎo)入新課

1.老師提問：同學(xué)們，我們之前學(xué)習(xí)了數(shù)據(jù)的基本概念和表示方法，那么在實際應(yīng)用中，我們?nèi)绾慰焖俚卣业轿覀兯璧臄?shù)據(jù)呢？

2.學(xué)生回答：可以通過查找操作來實現(xiàn)。

3.老師總結(jié)：今天我們就來學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)查找的相關(guān)知識，重點掌握順序查找和二分查找算法。

二、新課講授

1.老師講解：首先，我們來了解一下順序查找算法。順序查找算法的基本思想是從數(shù)組的第一個元素開始，依次將元素與要查找的值進行比較，若找到則返回元素位置，否則返回-1。

2.學(xué)生練習(xí)：請同學(xué)們根據(jù)老師講解的順序查找算法，編寫一個簡單的查找程序，并嘗試查找數(shù)組中的特定元素。

3.老師點評：同學(xué)們，你們的程序運行得怎么樣？有沒有遇到什么問題？

4.學(xué)生反饋：有的同學(xué)表示在查找過程中，當(dāng)數(shù)組中不存在目標(biāo)元素時，程序會一直運行下去。

5.老師講解：確實，當(dāng)數(shù)組中不存在目標(biāo)元素時，我們需要設(shè)置一個退出條件，避免程序陷入無限循環(huán)。

6.學(xué)生練習(xí)：請同學(xué)們修改程序，添加退出條件，并再次嘗試查找。

7.老師講解：接下來，我們來學(xué)習(xí)二分查找算法。二分查找算法的基本思想是將數(shù)組分為兩部分，比較中間元素與要查找的值，如果相等則返回位置，如果小于則查找左半部分，如果大于則查找右半部分。

8.學(xué)生練習(xí)：請同學(xué)們根據(jù)老師講解的二分查找算法，編寫一個簡單的查找程序，并嘗試查找數(shù)組中的特定元素。

9.老師點評：同學(xué)們，你們的程序運行得怎么樣？有沒有遇到什么問題？

10.學(xué)生反饋：有的同學(xué)表示在編寫二分查找程序時，對數(shù)組的劃分不太清楚。

11.老師講解：確實，二分查找算法對數(shù)組的劃分有一定的要求，即數(shù)組必須是有序的。請同學(xué)們再次嘗試編寫程序，確保數(shù)組是有序的。

12.學(xué)生練習(xí)：請同學(xué)們修改程序，確保數(shù)組是有序的，并再次嘗試查找。

13.老師講解：在實際應(yīng)用中，我們可能會遇到各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如鏈表、樹等。那么，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如何進行查找呢？

14.學(xué)生討論：請同學(xué)們分組討論，探討不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的查找方法。

15.學(xué)生匯報：各小組分別匯報討論結(jié)果，老師點評并總結(jié)。

三、課堂練習(xí)

1.老師布置練習(xí)題：請同學(xué)們完成以下練習(xí)題，鞏固所學(xué)知識。

（1）編寫一個順序查找程序，查找數(shù)組中的特定元素。

（2）編寫一個二分查找程序，查找數(shù)組中的特定元素。

（3）分析以下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的查找方法：鏈表、樹。

2.學(xué)生完成練習(xí)題，老師巡視指導(dǎo)。

四、課堂小結(jié)

1.老師總結(jié)：今天我們學(xué)習(xí)了數(shù)據(jù)查找的相關(guān)知識，重點掌握了順序查找和二分查找算法。在實際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)數(shù)據(jù)的特點和需求選擇合適的查找方法。

2.學(xué)生提問：老師，我們?nèi)绾闻袛嘁粋€數(shù)組是否有序呢？

3.老師講解：判斷一個數(shù)組是否有序，可以通過比較相鄰元素的大小關(guān)系來實現(xiàn)。如果所有相鄰元素都滿足大小關(guān)系，則認(rèn)為數(shù)組是有序的。

4.學(xué)生提問：老師，二分查找算法的適用場景有哪些？

5.老師講解：二分查找算法適用于有序數(shù)組，特別是數(shù)據(jù)量較大的情況。在查找過程中，二分查找算法的時間復(fù)雜度較低，效率較高。

五、課后作業(yè)

1.老師布置作業(yè)：請同學(xué)們完成以下作業(yè)，鞏固所學(xué)知識。

（1）編寫一個順序查找程序，查找鏈表中的特定元素。

（2）編寫一個二分查找程序，查找樹中的特定元素。

（3）分析以下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的查找方法：散列表、圖。

2.學(xué)生完成作業(yè)，老師批改并講解。六、教學(xué)資源拓展1.拓展資源：

-數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可視化工具：介紹一些在線或離線的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可視化工具，如Graphviz、VisualParadigm等，這些工具可以幫助學(xué)生更直觀地理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法。

-數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法動畫資源：推薦一些提供數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法動畫演示的網(wǎng)站或平臺，如GeeksforGeeks、Educative.io等，通過動畫形式展示查找算法的執(zhí)行過程。

-數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用案例：收集一些現(xiàn)實生活中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用案例，如數(shù)據(jù)庫索引、搜索引擎的排名算法等，幫助學(xué)生理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在解決問題中的應(yīng)用。

2.拓展建議：

-閱讀相關(guān)書籍：推薦學(xué)生閱讀《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法分析》（C語言版）等經(jīng)典教材，深入了解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的理論基礎(chǔ)。

-實踐編程項目：鼓勵學(xué)生參與一些編程項目，如開發(fā)一個簡單的搜索引擎或數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，將所學(xué)知識應(yīng)用于實際項目中。

-參加在線課程：推薦學(xué)生參加Coursera、edX等平臺上的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法相關(guān)課程，拓寬知識面，學(xué)習(xí)更深入的內(nèi)容。

-加入學(xué)習(xí)小組：建議學(xué)生組建學(xué)習(xí)小組，共同討論和解決學(xué)習(xí)中遇到的問題，提高學(xué)習(xí)效果。

-參加競賽活動：鼓勵學(xué)生參加ACMICPC、GoogleCodeJam等編程競賽，鍛煉算法思維和編程能力。

-學(xué)習(xí)算法競賽網(wǎng)站：推薦學(xué)生訪問LeetCode、HackerRank等算法競賽網(wǎng)站，通過解決實際問題提升算法水平。

-關(guān)注數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最新研究：鼓勵學(xué)生關(guān)注數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法領(lǐng)域的最新研究動態(tài)，了解行業(yè)發(fā)展趨勢。七、反思改進措施反思改進措施（一）教學(xué)特色創(chuàng)新

1.引入實際問題情境：在教學(xué)中，我嘗試將抽象的數(shù)據(jù)查找概念與實際問題相結(jié)合，比如通過模擬圖書館圖書檢索的場景，讓學(xué)生更直觀地理解查找算法的實際應(yīng)用。

2.強化實踐教學(xué)：我發(fā)現(xiàn)通過編寫簡單的查找程序，學(xué)生能更好地理解算法原理。因此，我增加了實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在實際編碼中體驗查找算法的應(yīng)用。

反思改進措施（二）存在主要問題

1.學(xué)生理解深度不足：在講解查找算法時，我發(fā)現(xiàn)一些學(xué)生對算法的原理理解不夠深入，導(dǎo)致在遇到復(fù)雜問題時難以靈活運用。

2.課堂互動不夠：雖然我努力創(chuàng)造互動式教學(xué)環(huán)境，但學(xué)生參與度仍有待提高，一些學(xué)生可能在課堂上沒有充分表達自己的看法。

3.教學(xué)評價單一：目前的評價方式主要依賴于作業(yè)和測試，缺乏對學(xué)生實際操作能力和創(chuàng)新思維的評估。

反思改進措施（三）

1.深化理論學(xué)習(xí)：為了幫助學(xué)生更好地理解查找算法，我計劃在課后提供更詳細(xì)的資料，包括算法的理論證明和復(fù)雜度分析，以便學(xué)生能夠深入探究。

2.豐富課堂互動：我計劃在課堂上設(shè)置更多的小組討論環(huán)節(jié)，鼓勵學(xué)生提出問題，分享自己的想法，從而提高課堂互動性和學(xué)生的參與度。

3.多元化教學(xué)評價：我將嘗試引入更多的評估方式，如項目評估、口頭報告、同伴評價等，以全面評估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，特別是他們的實際操作能力和創(chuàng)新思維。

4.加強與學(xué)生的溝通：我會定期與學(xué)生交流，了解他們的學(xué)習(xí)進度和困難，及時調(diào)整教學(xué)策略，確保每位學(xué)生都能跟上教學(xué)進度。

5.利用信息化資源：我計劃更多地利用在線資源和教育平臺，如MOOCs（大規(guī)模開放在線課程），為學(xué)生提供額外的學(xué)習(xí)資源和實踐機會。八、內(nèi)容邏輯關(guān)系①本文重點知識點：

①數(shù)據(jù)查找的定義和重要性

②順序查找算法的基本原理和實現(xiàn)

③二分查找算法的基本原理和實現(xiàn)

④數(shù)據(jù)查找算法的時間復(fù)雜度分析

②重點詞匯：

①查找

②順序查找

③二分查找

④時間復(fù)雜度

③重點句子：

①“順序查找算法是一種基本的查找方法，適用于數(shù)據(jù)量較小的場景?！?/p>

②“二分查找算法是一種高效的查找方法，適用于有序數(shù)組?！?/p>

③“在二分查找過程中，每次比較后數(shù)組被劃分為兩部分，查找過程在較小的一部分中繼續(xù)進行?！?/p>

④“查找算法的時間復(fù)雜度是衡量算法效率的重要指標(biāo)。”典型例題講解1.例題：

數(shù)組arr=[1,3,5,7,9,11,13,15]是按照升序排列的，使用二分查找法查找元素7的位置。

解答：

-初始：left=0,right=len(arr)-1

-第一次比較：arr[mid]=11>7，因此查找左半部分

-left=mid+1=1

-第二次比較：arr[mid]=5<7，因此查找右半部分

-right=mid-1=3

-第三次比較：arr[mid]=9>7，因此查找左半部分

-left=mid+1=4

-第四次比較：arr[mid]=7==7，找到了目標(biāo)元素，返回mid=6

答案：元素7的位置是6。

2.例題：

使用順序查找法查找數(shù)組arr=[3,6,1,8,2,7]中的元素1。

解答：

-從數(shù)組的第一個元素開始比較

-第一個元素3不等于1

-第二個元素6不等于1

-第三個元素1等于1，找到了目標(biāo)元素

答案：元素1的位置是2。

3.例題：

假設(shè)有一個未排序的數(shù)組arr=[5,2,9,1,5,6]，請使用順序查找法查找元素9。

解答：

-從數(shù)組的第一個元素開始比較

-第一個元素5不等于9

-第二個元素2不等于9

-第三個元素9等于9，找到了目標(biāo)元素

答案：元素9的位置是2。

4.例題：

使用二分查找法查找數(shù)組arr=[3,5,7,8,9,11,13]中的元素11。

解答：

-初始：left=0,right=len(arr)-1

-第一次比較：arr[mid]=9>11，因此查找左半部分

-left=mid+1=2

-第二次比較：arr[mid]=7<11，因此查找右半部分

-right=mid-1=3

-第三次比較：arr[mid]=8<11，因此查找右半部分

-right=mid-1=2

-第四次比較：arr[mid]=5<11，因此查找右半部分

-right=mid-1=1

-第五次比較：arr[mid]=3<11，因此查找右半部分

-right=mid-1=0

-此時left>right，說明元