第2章初识数据结构2.2数组与链表 -高中教学同步《信息技术-数据与数据结构》教学设计（人教-中图版2019）

第2章初识数据结构2.2数组与链表-高中教学同步《信息技术-数据与数据结构》(教学设计）（人教-中图版2019）学校授课教师课时授课班级授课地点教具设计意图本节课旨在让学生通过实际操作，理解数组和链表这两种基本数据结构的特点和用途，培养学生的逻辑思维能力和编程实践能力。通过学习，学生能够掌握数组的基本操作，了解链表的基本概念，为后续学习更复杂的数据结构打下基础。核心素养目标1.培养学生的逻辑思维能力，通过分析数组与链表的特点，提高问题解决能力。

2.增强学生的编程实践能力，通过动手操作，掌握数组与链表的基本操作方法。

3.培养学生的信息意识，理解数据结构在信息技术中的重要性，为后续学习打下基础。教学难点与重点1.教学重点：

-理解数组与链表的定义和基本结构。

-掌握数组的创建、初始化、插入、删除和查找等基本操作。

-理解链表的概念，包括单链表和双向链表的结构特点。

-掌握单链表的创建、插入、删除和遍历等基本操作。

2.教学难点：

-数组与链表的区别，特别是在内存管理和访问效率上的差异。

-链表的插入和删除操作中，如何正确地修改指针，避免出现断链或循环引用。

-理解链表在动态数据管理中的优势，尤其是在数据量大且频繁增删操作时。

-通过实例分析，理解链表在解决特定问题时（如动态数据集合）的应用。

-针对复杂的数据结构操作，如链表反转、合并等，能够设计出高效且正确的算法。教学资源-软件资源：C++编译器、Python解释器

-课程平台：学校信息技术教学平台

-信息化资源：在线编程实验平台（如C、LeetCode）

-教学手段：多媒体教学课件、实物教具（如不同类型的链表模型）教学实施过程1.课前自主探索

教师活动：

发布预习任务：通过在线平台或班级微信群，发布预习资料（如PPT、视频、文档等），明确预习目标和要求。例如，要求学生预习数组与链表的基本概念和简单操作。

设计预习问题：围绕数组与链表，设计一系列具有启发性和探究性的问题，引导学生自主思考。如：“如何比较数组与链表的存储效率？”

监控预习进度：利用平台功能或学生反馈，监控学生的预习进度，确保预习效果。例如，通过在线测试或提问来检查学生的预习情况。

学生活动：

自主阅读预习资料：按照预习要求，自主阅读预习资料，理解数组与链表的基本概念和操作。

思考预习问题：针对预习问题，进行独立思考，记录自己的理解和疑问。

提交预习成果：将预习成果（如笔记、思维导图、问题等）提交至平台或老师处。例如，学生可以提交对数组与链表优缺点的分析。

教学方法/手段/资源：

自主学习法：引导学生自主思考，培养自主学习能力。

信息技术手段：利用在线平台、微信群等，实现预习资源的共享和监控。

2.课中强化技能

教师活动：

导入新课：通过故事、案例或视频等方式，引出数组与链表，激发学生的学习兴趣。例如，通过介绍计算机内存管理引入数组的概念。

讲解知识点：详细讲解数组与链表的定义、结构和基本操作，结合实例帮助学生理解。例如，通过演示数组元素的插入和删除过程。

组织课堂活动：设计小组讨论、角色扮演、实验等活动，让学生在实践中掌握数组与链表的操作。例如，分组进行链表的创建和遍历练习。

解答疑问：针对学生在学习中产生的疑问，进行及时解答和指导。例如，解释链表中指针的动态变化。

学生活动：

听讲并思考：认真听讲，积极思考老师提出的问题。

参与课堂活动：积极参与小组讨论、角色扮演、实验等活动，体验数组与链表知识的应用。

提问与讨论：针对不懂的问题或新的想法，勇敢提问并参与讨论。

教学方法/手段/资源：

讲授法：通过详细讲解，帮助学生理解数组与链表的知识点。

实践活动法：设计实践活动，让学生在实践中掌握数组与链表的操作。

合作学习法：通过小组讨论等活动，培养学生的团队合作意识和沟通能力。

3.课后拓展应用

教师活动：

布置作业：根据数组与链表，布置适量的课后作业，巩固学习效果。例如，要求学生编写一个简单的链表操作程序。

提供拓展资源：提供与数组与链表相关的拓展资源（如书籍、网站、视频等），供学生进一步学习。例如，推荐一些编程练习网站。

反馈作业情况：及时批改作业，给予学生反馈和指导。例如，指出代码中的错误并提供修改建议。

学生活动：

完成作业：认真完成老师布置的课后作业，巩固学习效果。

拓展学习：利用老师提供的拓展资源，进行进一步的学习和思考。

反思总结：对自己的学习过程和成果进行反思和总结，提出改进建议。例如，思考如何优化链表的操作算法。

教学方法/手段/资源：

自主学习法：引导学生自主完成作业和拓展学习。

反思总结法：引导学生对自己的学习过程和成果进行反思和总结。

作用与目的：

巩固学生在课堂上学到的数组与链表知识点和技能。

通过拓展学习，拓宽学生的知识视野和思维方式。

通过反思总结，帮助学生发现自己的不足并提出改进建议，促进自我提升。拓展与延伸1.提供与本节课内容相关的拓展阅读材料

-《数据结构与算法分析：C语言描述》作者：MarkAllenWeiss

本书籍详细介绍了数组、链表、栈、队列等基本数据结构，并配有大量的实例和练习题，适合学生深入学习和巩固理论知识。

-《算法导论》作者：ThomasH.Cormen,CharlesE.Leiserson,RonaldL.Rivest,CliffordStein

这本书是数据结构和算法领域的经典教材，其中包含了数组与链表的深入探讨，以及它们在算法中的应用实例。

-《Python编程：从入门到实践》作者：埃里克·马瑟斯

对于使用Python编程语言的学生，这本书提供了实用的编程练习，包括使用Python实现数组与链表的操作。

2.鼓励学生进行课后自主学习和探究

-数组与链表的性能比较：引导学生研究在插入、删除和查找操作中，数组与链表的性能差异，并尝试设计实验来验证自己的理解。

-动态数据结构：探讨动态数据结构（如跳表、红黑树）的概念，了解它们如何优化数组与链表的操作。

-数组与链表的实际应用：研究数组与链表在现实世界中的应用案例，如数据库索引、缓存系统等。

-自定义数据结构：鼓励学生设计并实现自定义的数据结构，如循环链表、双向链表等，以加深对链表概念的理解。

-编程实践：提供一些编程挑战，如实现一个简单的文本编辑器，使用数组来存储文本，使用链表来管理编辑器的撤销和重做功能。

-跨语言实现：尝试使用不同的编程语言实现数组与链表，比较不同语言的特性和实现方式。

-数据结构可视化：探索数据结构可视化的工具和技术，如使用图形化界面展示链表的操作过程。课堂小结，当堂检测课堂小结：

在本节课中，我们共同探讨了数组与链表这两种基本的数据结构。首先，我们学习了数组的定义、特点以及基本操作，包括数组的创建、初始化、插入、删除和查找等。通过实例分析，学生们理解了数组在内存中连续存储数据的特点，以及其在存储和访问数据时的效率。

在课堂讨论环节，我们探讨了数组与链表的区别，特别是在内存管理和访问效率上的差异。学生们通过分析不同场景下的应用，认识到链表在处理动态数据集合时的优势。

为了巩固所学知识，以下是对本节课内容的总结：

1.数组是一种连续存储数据的数据结构，具有访问速度快、存储空间连续的特点。

2.链表是一种非连续存储的数据结构，由节点组成，每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。

3.数组的插入和删除操作需要移动大量元素，而链表的插入和删除操作只需要修改指针。

4.数组在内存中占用连续空间，而链表占用空间不连续，可能造成内存碎片。

5.数组适合存储静态数据集合，而链表适合存储动态数据集合。

当堂检测：

1.简答题：

(1)描述数组和链表的主要区别。

(2)解释链表在内存管理上的优势。

2.编程题：

(1)编写一个函数，实现链表的创建和初始化。

(2)编写一个函数，实现链表的插入操作。

3.应用题：

(1)设计一个链表，用于存储一个班级学生的信息，包括姓名、学号和成绩。

(2)编写一个程序，实现上述链表的插入、删除和查找功能。反思改进措施反思改进措施（一）教学特色创新

1.实践导向教学：在课程中，我尝试将理论教学与实践操作相结合，让学生通过编写代码来理解数组与链表的操作，这种实践导向的教学方法能够让学生更直观地感受到数据结构的实际应用。

2.项目驱动学习：我引入了一些小型的编程项目，让学生在完成项目的过程中，运用所学的数组与链表知识，这不仅增强了学生的动手能力，也提高了他们的解决问题的能力。

反思改进措施（二）存在主要问题

1.学生理解深度不足：部分学生在理解数组与链表的抽象概念时存在困难，需要更多的实例和类比来帮助他们建立直观的认识。

2.教学方法单一：课堂上的讲解和演示虽然有助于学生理解基本概念，但缺乏多样化的教学手段可能无法满足所有学生的学习风格。

3.缺乏个性化辅导：由于班级规模较大，我难以对每个学生的个别问题进行深入辅导，这可能导致部分学生的学习效果不佳。

反思改进措施（三）改进措施

1.丰富教学案例：我将收集更多与实际应用相关的案例，通过实际问题的解决来帮助学生深入理解数组与链表的应用场景。

2.多样化教学手段：我会尝试使用更多的教学辅助工具，如视频、动画、交互式软件等，以适应不同学生的学习风格，提高教学效果。

3.实施分层教学：针对学生的不同学习水平，我会设计不同难度的练习和项目，并提供个性化的辅导，确保每个学生都能跟上教学进度。

4.建立学习小组：通过分组学习，让学生在小组内讨论和合作，不仅可以提高他们的沟通能力，还能通过互助学习来解决彼此的疑问。

5.定期反馈与评估：我将定期收集学生的反馈，并根据学生的表现调整教学计划，确保教学活动能够满足学生的实际需求。板书设计①数组

-定义：连续存储数据的数据结构

-特点：内存连续、访问速度快

-操作：创建、初始化、插入、删除、查找

②链表

-定义：非连续存储的数据结构，由节点组成

-类型：单链表、双向链表、循环链表

-节点结构：数据域、指针域

-操作：创建、插入、删除、遍历

③数组与链表比较

-存储方式：数组连续、链表非连续

-访问效率：数组快、链表慢

-动态性：数组静态、链表动态

-内存管理：数组固定、链表灵活典型例题讲解1.数组操作例题

-例题：有一个整数数组arr，其长度为n，请实现一个函数，将数组中的元素逆序存储。

-解答：

```cpp

voidreverseArray(intarr[],intn){

intstart=0,end=n-1;

while(start<end){

inttemp=arr[start];

arr[start]=arr[end];

arr[end]=temp;

start++;

end--;

}

}

```

2.链表操作例题

-例题：编写一个函数，用于在单链表的指定位置插入一个新的节点。

-解答：

```cpp

structListNode{

intval;

ListNode*next;

ListNode(intx):val(x),next(nullptr){}

};

voidinsertNode(ListNode**head,intposition,intvalue){

ListNode*newNode=newListNode(value);

if(position==0){

newNode->next=*head;

*head=newNode;

}else{

ListNode*current=*head;

for(inti=0;i<position-1&¤t!=nullptr;i++){

current=current->next;

}

if(current!=nullptr){

newNode->next=current->next;

current->next=newNode;

}

}

}

```

3.链表删除操作例题

-例题：编写一个函数，用于删除单链表中的第k个节点（k从1开始计数）。

-解答：

```cpp

voiddeleteNode(ListNode**head,intk){

if(*head==nullptr||k==0)return;

ListNode*temp=*head;

if(k==1){

*head=temp->next;

deletetemp;

return;

}

for(inti=1;temp!=nullptr&&i<k-1;i++){

temp=temp->next;

}

if(temp!=nullptr&&temp->next!=nullptr){

ListNode*toDelete=temp->next;

temp->next=toDelete->next;

deletetoDelete;

}

}

```

4.链表查找操作例题

-例题：编写一个函数，查找单链表中的第一个值为特定值的节点。

-解答：

```cpp

ListNode*searchNode(ListNode*head,intvalue){

while(head!=nullptr){

if(head->val==value){

returnhead;

}

head=head->next;

}

returnnul