第3章數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本類型3.3操作受限的線性表-隊(duì)列-高中教學(xué)同步《信息技術(shù)-數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)設(shè)計(jì)（人教-中圖版2019）

第3章數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本類型3.3操作受限的線性表——隊(duì)列-高中教學(xué)同步《信息技術(shù)-數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》(教學(xué)設(shè)計(jì)）（人教-中圖版2019）主備人備課成員設(shè)計(jì)思路本節(jié)課以《信息技術(shù)-數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教材第3章第3節(jié)“操作受限的線性表——隊(duì)列”為主要內(nèi)容，結(jié)合高中學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)，通過(guò)實(shí)例分析、動(dòng)手實(shí)踐等方式，引導(dǎo)學(xué)生理解隊(duì)列的基本概念、特點(diǎn)以及在實(shí)際應(yīng)用中的操作方法。課程設(shè)計(jì)注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，以培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)思維和編程能力。核心素養(yǎng)目標(biāo)1.培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力，理解隊(duì)列的順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。

2.提升學(xué)生問(wèn)題解決能力，掌握隊(duì)列的基本操作。

3.增強(qiáng)學(xué)生編程實(shí)踐能力，通過(guò)隊(duì)列實(shí)現(xiàn)實(shí)際問(wèn)題的解決方案。重點(diǎn)難點(diǎn)及解決辦法重點(diǎn)：隊(duì)列的順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和基本操作。

難點(diǎn)：隊(duì)列在實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用和復(fù)雜情況下的操作。

解決辦法：

1.通過(guò)實(shí)例演示和逐步講解，幫助學(xué)生理解隊(duì)列的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和基本操作。

2.設(shè)計(jì)分層練習(xí)，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，逐步提升學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

3.引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)小組討論和合作學(xué)習(xí)，共同克服復(fù)雜操作中的難點(diǎn)。學(xué)具準(zhǔn)備多媒體課型新授課教法學(xué)法講授法課時(shí)第一課時(shí)師生互動(dòng)設(shè)計(jì)二次備課教學(xué)資源準(zhǔn)備1.教材：確保每位學(xué)生都有《信息技術(shù)-數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教材。

2.輔助材料：準(zhǔn)備隊(duì)列概念圖、操作流程圖等多媒體資料。

3.實(shí)驗(yàn)器材：電腦和編程軟件，供學(xué)生進(jìn)行隊(duì)列操作的編程實(shí)踐。

4.教室布置：設(shè)置小組討論區(qū)，方便學(xué)生分組討論隊(duì)列操作問(wèn)題。教學(xué)流程1.導(dǎo)入新課

詳細(xì)內(nèi)容：首先，通過(guò)提問(wèn)“什么是隊(duì)列？隊(duì)列在生活中有哪些應(yīng)用？”引導(dǎo)學(xué)生回顧隊(duì)列的概念和實(shí)際應(yīng)用。然后，展示一個(gè)簡(jiǎn)單的排隊(duì)場(chǎng)景，如食堂打飯、銀行排隊(duì)等，讓學(xué)生直觀感受隊(duì)列的順序性。最后，引出本節(jié)課的主題“操作受限的線性表——隊(duì)列”。

用時(shí)：5分鐘

2.新課講授

（1）隊(duì)列的基本概念和特點(diǎn)

詳細(xì)內(nèi)容：講解隊(duì)列的定義、順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)以及先進(jìn)先出（FIFO）的特點(diǎn)。結(jié)合實(shí)例，如排隊(duì)買票，說(shuō)明隊(duì)列的順序性。

（2）隊(duì)列的基本操作

詳細(xì)內(nèi)容：介紹隊(duì)列的初始化、入隊(duì)（enqueue）、出隊(duì)（dequeue）等基本操作。通過(guò)動(dòng)畫演示，讓學(xué)生直觀理解操作過(guò)程。

（3）隊(duì)列的應(yīng)用實(shí)例

詳細(xì)內(nèi)容：以實(shí)際應(yīng)用為例，如任務(wù)調(diào)度、緩沖區(qū)管理等，說(shuō)明隊(duì)列在實(shí)際問(wèn)題中的重要作用。

用時(shí)：10分鐘

3.實(shí)踐活動(dòng)

（1）編程實(shí)現(xiàn)隊(duì)列

詳細(xì)內(nèi)容：讓學(xué)生使用編程語(yǔ)言（如Python）實(shí)現(xiàn)隊(duì)列的基本操作，如初始化、入隊(duì)、出隊(duì)等。通過(guò)編寫代碼，加深對(duì)隊(duì)列操作的理解。

（2）隊(duì)列在實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用

詳細(xì)內(nèi)容：讓學(xué)生分組討論，分析并設(shè)計(jì)一個(gè)使用隊(duì)列解決實(shí)際問(wèn)題的方案，如任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)。

（3）隊(duì)列的復(fù)雜操作

詳細(xì)內(nèi)容：講解隊(duì)列的復(fù)雜操作，如隊(duì)列的翻轉(zhuǎn)、合并等。通過(guò)實(shí)例，讓學(xué)生理解并掌握這些操作。

用時(shí)：15分鐘

4.學(xué)生小組討論

（1）隊(duì)列的順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

舉例回答：如何實(shí)現(xiàn)隊(duì)列的順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)？如何保證隊(duì)列的先進(jìn)先出特性？

（2）隊(duì)列的入隊(duì)和出隊(duì)操作

舉例回答：如何實(shí)現(xiàn)隊(duì)列的入隊(duì)和出隊(duì)操作？如何處理隊(duì)列滿和隊(duì)列為空的情況？

（3）隊(duì)列在實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用

舉例回答：如何將隊(duì)列應(yīng)用于任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)？如何優(yōu)化隊(duì)列操作以提高系統(tǒng)性能？

用時(shí)：10分鐘

5.總結(jié)回顧

詳細(xì)內(nèi)容：對(duì)本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，強(qiáng)調(diào)隊(duì)列的基本概念、特點(diǎn)、操作和應(yīng)用。通過(guò)舉例，讓學(xué)生回顧隊(duì)列在實(shí)際問(wèn)題中的重要作用。最后，布置課后作業(yè)，讓學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí)。

用時(shí)：5分鐘

總計(jì)用時(shí)：45分鐘知識(shí)點(diǎn)梳理1.隊(duì)列的基本概念

-隊(duì)列的定義：一種先進(jìn)先出（FIFO）的線性表，元素按照插入順序進(jìn)行排列。

-隊(duì)列的特點(diǎn)：只能在表的一端插入元素（稱為隊(duì)尾），在另一端刪除元素（稱為隊(duì)頭）。

2.隊(duì)列的順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

-隊(duì)列的順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)通常使用數(shù)組實(shí)現(xiàn)，包括一個(gè)固定大小的數(shù)組和一個(gè)指向隊(duì)頭元素位置的指針。

-隊(duì)列的順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，但存在隊(duì)列滿時(shí)無(wú)法繼續(xù)插入元素的問(wèn)題。

3.隊(duì)列的基本操作

-初始化隊(duì)列：創(chuàng)建一個(gè)空隊(duì)列，設(shè)置隊(duì)頭指針和隊(duì)尾指針。

-入隊(duì)（enqueue）：在隊(duì)列的隊(duì)尾插入一個(gè)新元素。

-出隊(duì)（dequeue）：刪除隊(duì)列的隊(duì)頭元素，并返回其值。

-隊(duì)列的空和滿判斷：通過(guò)判斷隊(duì)頭指針和隊(duì)尾指針的位置，確定隊(duì)列是否為空或已滿。

4.隊(duì)列的復(fù)雜操作

-隊(duì)列的翻轉(zhuǎn)：將隊(duì)列中的元素順序顛倒。

-隊(duì)列的合并：將兩個(gè)隊(duì)列合并為一個(gè)隊(duì)列，保持元素的順序。

-隊(duì)列的查找：在隊(duì)列中查找特定元素的位置。

5.隊(duì)列的應(yīng)用實(shí)例

-任務(wù)調(diào)度：使用隊(duì)列來(lái)管理任務(wù)執(zhí)行順序，確保先完成的任務(wù)先執(zhí)行。

-緩沖區(qū)管理：使用隊(duì)列來(lái)管理緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有序流動(dòng)。

-廣度優(yōu)先搜索（BFS）：在圖論中，使用隊(duì)列來(lái)實(shí)現(xiàn)BFS算法，遍歷圖中的節(jié)點(diǎn)。

6.隊(duì)列的優(yōu)缺點(diǎn)

-優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，易于理解和使用。

-缺點(diǎn)：順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)可能導(dǎo)致隊(duì)列滿時(shí)無(wú)法插入元素，需要額外的空間處理。

7.隊(duì)列的編程實(shí)現(xiàn)

-使用數(shù)組實(shí)現(xiàn)隊(duì)列：定義一個(gè)數(shù)組和一個(gè)指針，實(shí)現(xiàn)隊(duì)列的基本操作。

-使用鏈表實(shí)現(xiàn)隊(duì)列：使用鏈表結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)隊(duì)列的基本操作，解決順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)。

8.隊(duì)列的擴(kuò)展

-雙端隊(duì)列：允許在隊(duì)列的兩端進(jìn)行插入和刪除操作。

-優(yōu)先隊(duì)列：根據(jù)元素的大小或優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排序的隊(duì)列。課堂1.課堂提問(wèn)與互動(dòng)

-通過(guò)提問(wèn)環(huán)節(jié)，教師可以實(shí)時(shí)了解學(xué)生對(duì)隊(duì)列概念、特點(diǎn)及基本操作的掌握程度。

-設(shè)計(jì)不同難度的問(wèn)題，包括基本概念、操作步驟和應(yīng)用實(shí)例，以評(píng)估學(xué)生的理解深度。

-鼓勵(lì)學(xué)生積極回答問(wèn)題，通過(guò)學(xué)生的回答情況來(lái)調(diào)整教學(xué)節(jié)奏和內(nèi)容。

2.觀察學(xué)生的參與度

-觀察學(xué)生在課堂上的參與程度，包括提問(wèn)、回答問(wèn)題、參與討論和動(dòng)手實(shí)踐的情況。

-注意學(xué)生的眼神交流、身體語(yǔ)言和參與活動(dòng)的積極性，以評(píng)估學(xué)生對(duì)課程的興趣和投入。

3.實(shí)時(shí)測(cè)試與反饋

-在課程的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行小測(cè)驗(yàn)，如隊(duì)列操作的步驟、隊(duì)列的順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)等。

-通過(guò)快速問(wèn)答或簡(jiǎn)短練習(xí)，及時(shí)反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，并對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行糾正。

-測(cè)試結(jié)果可以作為調(diào)整教學(xué)策略的依據(jù)，確保所有學(xué)生都能跟上教學(xué)進(jìn)度。

4.個(gè)體差異的關(guān)注

-關(guān)注不同學(xué)生的個(gè)體差異，對(duì)學(xué)習(xí)有困難的學(xué)生給予額外的時(shí)間和指導(dǎo)。

-通過(guò)個(gè)別輔導(dǎo)或小組合作，幫助這些學(xué)生在隊(duì)列知識(shí)上取得進(jìn)步。

5.課堂討論與協(xié)作

-設(shè)計(jì)小組討論環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在小組內(nèi)分享對(duì)隊(duì)列的理解和應(yīng)用實(shí)例。

-通過(guò)小組討論，教師可以觀察學(xué)生之間的協(xié)作能力和溝通技巧，以及他們對(duì)隊(duì)列概念的應(yīng)用能力。

6.實(shí)踐活動(dòng)評(píng)價(jià)

-評(píng)估學(xué)生在實(shí)踐活動(dòng)中的表現(xiàn)，包括編程實(shí)現(xiàn)隊(duì)列的能力和解決問(wèn)題的策略。

-觀察學(xué)生是否能夠正確使用編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)隊(duì)列的基本操作，并解決實(shí)際問(wèn)題。

7.課后反饋與總結(jié)

-鼓勵(lì)學(xué)生在課后提交反饋，包括對(duì)課程的滿意度、學(xué)習(xí)中的困惑和建議。

-教師對(duì)學(xué)生的反饋進(jìn)行總結(jié)，以便在未來(lái)的教學(xué)中進(jìn)行改進(jìn)。

8.形成性評(píng)價(jià)與總結(jié)性評(píng)價(jià)的結(jié)合

-結(jié)合形成性評(píng)價(jià)（如課堂表現(xiàn)、小組討論、實(shí)踐活動(dòng)）和總結(jié)性評(píng)價(jià)（如測(cè)試、作業(yè)）來(lái)全面評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。

-通過(guò)多種評(píng)價(jià)方式，確保評(píng)價(jià)的全面性和準(zhǔn)確性。課后作業(yè)1.實(shí)現(xiàn)一個(gè)隊(duì)列的順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，并編寫代碼實(shí)現(xiàn)以下功能：

-初始化隊(duì)列

-入隊(duì)操作（enqueue）

-出隊(duì)操作（dequeue）

-判斷隊(duì)列是否為空

-判斷隊(duì)列是否已滿

-獲取隊(duì)列的當(dāng)前長(zhǎng)度

```python

classQueue:

def__init__(self,capacity):

self.capacity=capacity

self.queue=[None]*capacity

self.front=self.size=0

self.rear=capacity-1

defis_empty(self):

returnself.size==0

defis_full(self):

returnself.size==self.capacity

defenqueue(self,item):

ifself.is_full():

print("Queueisfull")

return

self.rear=(self.rear+1)%self.capacity

self.queue[self.rear]=item

self.size+=1

defdequeue(self):

ifself.is_empty():

print("Queueisempty")

returnNone

item=self.queue[self.front]

self.queue[self.front]=None

self.front=(self.front+1)%self.capacity

self.size-=1

returnitem

defget_size(self):

returnself.size

#Exampleusage:

q=Queue(5)

q.enqueue(1)

q.enqueue(2)

print(q.dequeue())#Output:1

print(q.get_size())#Output:1

```

2.編寫一個(gè)函數(shù)，該函數(shù)接收一個(gè)整數(shù)隊(duì)列作為輸入，并返回隊(duì)列中最大元素的索引。

```python

deffind_max_index(queue):

max_index=0

foriinrange(len(queue)):

ifqueue[i]>queue[max_index]:

max_index=i

returnmax_index

#Exampleusage:

queue=[3,1,4,1,5]

print(find_max_index(queue))#Output:4

```

3.實(shí)現(xiàn)一個(gè)函數(shù)，該函數(shù)接收一個(gè)整數(shù)隊(duì)列作為輸入，并返回隊(duì)列中所有偶數(shù)的和。

```python

defsum_even_numbers(queue):

even_sum=0

foriteminqueue:

ifitem%2==0:

even_sum+=item

returneven_sum

#Exampleusage:

queue=[2,3,4,5,6]

print(sum_even_numbers(queue))#Output:12

```

4.編寫一個(gè)函數(shù)，該函數(shù)接收一個(gè)整數(shù)隊(duì)列作為輸入，并返回隊(duì)列中所有大于等于5的元素組成的子隊(duì)列。

```python

deffilter_greater_than_five(queue):

filtered_queue=[]

foriteminqueue:

ifitem>=5:

filtered_queue.append(item)

returnfiltered_queue

#Exampleusage:

queue=[1,5,3,7,4,6]

print(filter_greater_than_five(queue))#Output:[5,7,6]

```

5.實(shí)現(xiàn)一個(gè)函數(shù)，該函數(shù)接收一個(gè)整數(shù)隊(duì)列作為輸入，并返回隊(duì)列中所有元素的平方組成的隊(duì)列。

```python

defsquare_elements(queue):

squared_queue=[]

foriteminqueue:

squared_queue.append(item**2)

returnsquared_queue

#Exampleusage:

queue=[1,2,3,4,5]

print(square_elements(queue))#Output:[1,4,9,16,25]

```內(nèi)容邏輯關(guān)系①隊(duì)列的基本概念與特點(diǎn)

-知識(shí)點(diǎn)：隊(duì)列的定義、順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、先進(jìn)先出（FIFO）特性。

-詞：隊(duì)列、線性表、順序存儲(chǔ)、先進(jìn)先出、隊(duì)頭、隊(duì)尾。

-