浙教版 (2019)选修1 数据与数据结构5.4 数据查找教学设计

课程标准

和

教学目标

数据查找的应用

教材内容：5.4数据查找的应用

适应的课程标准：

1.7 通过实现数据的排序和查找，体验迭代和递归的方法，理解算法与数据结构的关系。

教学目标：

●能针对具体的问题情境，选择合适的数据查找算法。

●能够完整地进行抽象与建模、设计算法与数据结构、程序实现，解决查找算法的应用问题。

指向的核心素养：

●信息意识：学生能够结合生活中的实例描述数据的内涵与外延，有意识地选择恰当的数据结构表达数据的逻辑关系。

●计算思维：能够将有限制条件的、复杂生活情境中的关系进行抽象，能够从数据结构的视角审视基于数组、链表的程序，解释程序中数据的组织形式，描述数据的逻辑结构及其操作，评判其中数据结构运用的合理性；能够针对限定条件的实际问题进行数据抽象，运用数据结构合理组织、存储数据，选择合适的算法（排序、查找、迭代、递归）编程实现、解决问题。

●数字化学习与创新：要使学生较为熟练地运用数据结构解决生活中的真实问题，并在此过程中自主或协作探究；能够评估常见的数字化资源与工具对学习数据结构的价值，根据需要合理选择。

●信息社会责任：能够分析数据与社会各领域间的关系，自觉遵守相应的伦理道德和法律法规。

学习环境：有教学控制软件的多媒体机房，python编程环境。

建议课时：1课时

教学环节

教学过程

设计意图

情境导入

导入1：航空公司VIP会员积分查询部分数据（Excel数据）

请学生操作Excel表，要求实现根据VIP号码快速查询会员积分。查找如何实现？

设计意图：通过导入生活中的数据分析案例，体会查找过程中要显示某个会员的积分信息，先得从多条记录中查找到该会员的记录。

新课讲解

●学习任务一：抽象与建模

问题：从表中的数据可以看出，每个会员的信息是一条记录，包括VIP号、姓名、飞行里程、积分等数据项。根据刚才的实践体验，对记录快速查询会员积分，查找应当如何进行？

教师总结：查找过程中要显示某个会员的积分信息，先得从多条记录中查找到该会员的记录，如下所示：

若用a[i]表示该条记录，则该会员的积分可采用以下形式表示：

a[i][3]（表示该条记录的第4个数据项的值）

●学习任务二：设计算法与数据结构

对于每个会员，需要记录其一条完整的记录信息，查找之前要将所有会员的信息存储起来，可以选取数组结构来实现。

有两种方案：

一是采用4个一维数组按列存储，即每个数组分别存储每位会员的VIP号、姓名、飞行里程（km）和积分，如定义b数组存储表中8位会员的积分，其对应的值为[519,78,436,39,138,102,236,958]；

二是采用1个一维数组按行存储，每个数组元素对应某位会员的一条记录信息，如[600214,韩江辉,16801,519]对应VIP号600214的相关信息。

采用不同的存储方式，排序时数据的交换方式也有不同。根据5.3.3排序算法的应用，采用1个一维数组按行存储处理起来更方便快捷。

要显示某个会员的积分，先要从多条会员信息的数据中找到该会员。查找可采用顺序查找算法或二分查找算法，若从算法的时间复杂度方面考虑，对数据进行一次查找，哪一种查找算法的效率高；对数据重复查找，哪一种查找算法的效率高？学生可以展开小组讨论。

老师总结：

对数据进行一次查找，采用顺序查找算法。对数据重复查找，二分查找算法的效率高于顺序查找算法，但二分查找提前：被查找的数据序列必须是有序，即在查找前要按VIP号为关键字进行排序。

设问：综合考虑应该采用哪一种查找算法？

●学习任务三：程序实现

老师可以提供数据样例，并以csv格式文件分发给学生。读取数据文件时，选择一个一维数组，然后采用二分查找算法进行查找。根据学习情况，读写csv文件的程序代码可以由老师提供给学生。

示例程序：

设计意图：引导学生思考复杂数据查找的规律。

设计意图：引导学生比较不同查找算法的效率，考虑每种查找算法的局限性，二分查找算法的前提被查找的数据序列必须是有序。

设计意图：可以在配合讲解程序的情况下，鼓励学生自己动手编写程序。老师可以巡视过程中发现问题，帮助解决问题。

课堂小结

知识梳理

1. 抽象数据类型的数据查找；

2. 不同应用场景下不同查找算法的效率；

3. 抽象与建模、设计算法与数据结构、程序实现的完整经过。

学习评价

对自己和同伴的表现进行客观的评价，并思考后续完善的方向。（5=优秀，4=超出一般水平，3=满意，2=有待改进，1=不太理想）

设计意图：针对不同学习程度设计对应的任务，以满足不同学生的需求。

作业布置

基础作业（面向所有学生）：

思考教材“问题与讨论”：在“航空公司VIP会员积分查询”例子中，将其中的二分查找改成顺序查找，并上机实践。

课后作业是课堂学习的延伸，是巩固和升华知识点的有效途径。

教学设计思路

本条目建议重点关注计算思维的培养与提高。建议从学生熟悉的生活情境出发，由学生已经获得的编程经验自然延伸、生发，针对具体问题展开。可从抽象与建模、设计算法与数据结构、程序实现三个方面进行。即通过合适途径让学生明晰查找算法应用时应当注意的问题，特别是面对较复杂结构的数据时，如果数据以记录的形式呈现，各条记录的查找如何进行，涉及查找的具体操作时，有哪些注意事项。据此再讨论算法的设计，对数据的组织形式展开讨论，并详细剖析不同的查找方法有什么差异。厘清问题是程序实现的关键所在，选择合适的数据结构和合适的查找算法之后，再针对具体实现讲解要点，鼓励学生自主完成。同时可以就不同的查找算法对程序实现的效率进行分析，帮助学生认识到查找算法对解决问题的重要影响。

针对

核心素养培养的

设计考虑

信息意识、信息社会责任：本节课在导入时选择了一个案例，导入“航空公司VIP会员积分查询部分数据（Excel数据）”，由于Excel表格进行查找操作时，直观形象，教师可以引导学生思考查找的一般步骤、抽象数据类型、顺序查找算法和二分查找算法的优劣，从而形成对记录查找相关问题初步的意识。

计算思维：本节中围绕较为复杂形式的数据如何进行查找展开，这是一个由抽象与建模、设计算法与数据结构、程序实现组成的完整经过。

数字化学习与创新：本节的数据可以从真实环境中产生，或者由老师提前安排好并提供数据文件，或者由学生课前自主搜集相关数据。鼓励学生利用多途径方式收集数据，并采用不同的查找算法进行数据查找算法的探索。