徐浩峰

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計算機存儲、組織數(shù)據(jù)的方式，它是相互之間存在的一種或多種特定關(guān)系的數(shù)據(jù)元素的集合，主要涉及數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)及運算三個方面。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是信息技術(shù)學(xué)科的核心內(nèi)容之一，對培養(yǎng)學(xué)生的信息意識與計算思維、深入理解并掌握信息技術(shù)學(xué)科知識與實踐方法、形成學(xué)科核心素養(yǎng)具有非常重要的作用。通過對本單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生能在掌握常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念、特點、操作、編程實現(xiàn)方法等內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對簡單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行分析，選擇恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并用一種程序設(shè)計語言編程實現(xiàn)，在問題解決過程中對數(shù)據(jù)抽象、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的思想與方法有初步的認(rèn)識。

高中學(xué)生經(jīng)過了必修模塊的學(xué)習(xí)，已具備一定的信息素養(yǎng)，但對數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等概念還是模糊的。面對這樣的學(xué)情，單純講理論，不符合學(xué)生的認(rèn)知特點。因此，要通過活動、任務(wù)驅(qū)動，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，合作探究，激發(fā)學(xué)生研究性學(xué)習(xí)的熱情。

課程引入（分組討論）

學(xué)生活動：分組討論超市商品的查找方法，哪種方法更有效率？（一種是隨機排列，一種是按商品所屬類別進行分類，如圖1所示）

經(jīng)過分組討論，學(xué)生很快得出結(jié)論：合理地組織、安排商品，對查找商品的效率有非常大的影響。那么，在計算機中存放數(shù)據(jù)也一樣，當(dāng)數(shù)據(jù)的組織方式、數(shù)據(jù)之間的關(guān)系不同時，對數(shù)據(jù)的處理過程就會使用不同的方法，處理的效率也會大不相同。

由此引出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念：數(shù)據(jù)元素以及數(shù)據(jù)元素之間的關(guān)系構(gòu)成的集合稱為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（Data Structure）。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教學(xué)，要得法，要根據(jù)不同的需求采用適合的方法。在引入上，設(shè)計在教學(xué)中能起到示范作用的實例，如本例中讓學(xué)生從超市商品的查找中迅速理解數(shù)據(jù)是需要用一定結(jié)構(gòu)來加以組織的，從而對如何組織數(shù)據(jù)產(chǎn)生興趣。真實的事例在生活中比比皆是，教師在教學(xué)中要善于發(fā)現(xiàn)和利用，并進行精心設(shè)計，認(rèn)真落實引導(dǎo)的環(huán)節(jié)。

課程內(nèi)容（講解講授）

授課方式：講解+演示。

1.數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)元素相互之間的邏輯關(guān)系，邏輯結(jié)構(gòu)有四種，如下頁圖2所示。

這四種結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于集合結(jié)構(gòu)沒有對應(yīng)關(guān)系，線性結(jié)構(gòu)是一對一，樹形結(jié)構(gòu)是一對多，圖形結(jié)構(gòu)是多對多。

2.數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在計算機存儲器中的存儲方式，又稱物理結(jié)構(gòu)，存儲結(jié)構(gòu)有兩種，如圖3所示。

這兩種結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于順序結(jié)構(gòu)是將數(shù)據(jù)元素存儲在連續(xù)的存儲單元里，其數(shù)據(jù)間的邏輯關(guān)系和物理關(guān)系是一致的，鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)則是將數(shù)據(jù)元素存儲在任意的存儲單元里，可以是不連續(xù)的。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教學(xué)，要適度，即對概念和操作的要深淺、難易適度。本環(huán)節(jié)是對新知識的介紹與講解，在教學(xué)時，要注意由易到難，要從基本的、典型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)入手，通過剖析實例，由簡到繁，從個別到一般，從具體到抽象，逐步講清數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念。本環(huán)節(jié)的難點在于存儲結(jié)構(gòu)的理解，教學(xué)時一定要注意對重難點區(qū)別對待、分別要求。

互動環(huán)節(jié)（學(xué)生活動）

為使學(xué)生更好地理解鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，設(shè)計課堂活動如下：

首先將每位學(xué)生定好坐標(biāo)，如第X排第Y列，任意選取5位學(xué)生，在每位學(xué)生身上藏一個盒子代表寶藏，同時放一張寫有下一位學(xué)生坐標(biāo)的紙，在第五位學(xué)生身上藏一個獎品代表最終寶藏。游戲開始，教師先出一個字謎，謎底是兩個數(shù)字，即第一位學(xué)生的X，Y坐標(biāo)，找到第一位學(xué)生后，在其身上找出寶藏及下一位學(xué)生的坐標(biāo)，直至找到最終寶藏。

本單元的難點是對鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的理解，之所以安排這個互動環(huán)節(jié)，就是為了讓學(xué)生更形象直觀地發(fā)現(xiàn)，原來鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)就是通過一個個的地址把散落在不同存儲空間的數(shù)據(jù)串聯(lián)在一起，用游戲的方式讓學(xué)生樂于接受、樂于發(fā)現(xiàn)。本環(huán)節(jié)的關(guān)鍵不在于尋找寶藏這個結(jié)果，而在于引導(dǎo)學(xué)生去理解鏈?zhǔn)酱鎯Y(jié)構(gòu)的概念。這也是對課程標(biāo)準(zhǔn)中提出的“可以通過設(shè)計范例，引導(dǎo)學(xué)生理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、抽象數(shù)據(jù)類型等基本概念”要求的具體落實。

活動實踐（分組活動）

數(shù)據(jù)的存儲方式不同，使得對數(shù)據(jù)進行同一操作的實現(xiàn)方法也不同，如對于插入操作，順序結(jié)構(gòu)中在指定位置插入一個數(shù)據(jù)，需要將插入點之后的數(shù)據(jù)全部后移一位，空出一個位置放置插入的數(shù)據(jù)，如圖4所示。

本環(huán)節(jié)是為了讓學(xué)生把學(xué)到的知識落實到實踐中，做到學(xué)做合一，在實踐中更好地理解本單元知識點。學(xué)生在學(xué)習(xí)、掌握了本單元的理論知識后，對動手將理論落實到實踐中是比較積極的，這個環(huán)節(jié)中還可以舉DNA鏈條做實例，讓學(xué)生更易于理解。學(xué)生從學(xué)到做，完成了一次實踐的提升，掌握了解決問題的方法，也提高了解決問題的關(guān)鍵能力。

課后反思

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是算法與程序設(shè)計的基礎(chǔ)，也是編程的重要入門知識，學(xué)生學(xué)習(xí)并熟練掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是學(xué)好編程的第一步。在本單元中，學(xué)習(xí)的重點是理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)幾種邏輯關(guān)系的區(qū)別，難點是存儲結(jié)構(gòu)的理解與掌握，尤其是鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的存儲原理。在一般情況下，學(xué)生對鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的存儲原理理解都不是非常好，但在課堂互動環(huán)節(jié)后，基本都能理解鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的存儲方法，也明白了鏈?zhǔn)酱鎯υ诳臻g利用率上的優(yōu)勢。在隨后的課堂作業(yè)中，也基本能順利完成鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的插入操作。

回顧本單元的教學(xué)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一個極其重要的知識點。讓學(xué)生在教學(xué)中，教師以項目活動為載體，在問題解決的過程中逐步形成計算思維，提高學(xué)生的數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力，并使其在今后的學(xué)習(xí)中能自行抽象特征，建立結(jié)構(gòu)模型，合理組織數(shù)據(jù)，運用合理的算法形成解決問題的方案。因此，在教學(xué)中，教師應(yīng)注重給學(xué)生建立適當(dāng)、真實的數(shù)學(xué)模型，以基于生活項目的學(xué)習(xí)方式，將技能培養(yǎng)與思維發(fā)展融入解決實際任務(wù)的過程中，從而使學(xué)生體驗到信息技術(shù)的社會性建構(gòu)，提高其核心素養(yǎng)。