1、信息技术-数据与数据结构教案课 题第3章数据结构基本类型3.2操作受限的线性表栈课 型班课课 时1授课班级高一1班学习目标知识与技能目标理解栈的概念和特性，包括栈顶、栈底、入栈（push）、出栈（pop）等基本操作，以及“后进先出”（LIFO）的原则。掌握栈的顺序存储实现方式，包括顺序栈的初始化、获取栈顶元素、入栈和出栈等操作的实现方法。了解栈的链式存储实现方式，包括链栈的初始化、获取栈顶元素、入栈和出栈等操作的实现原理。能用代码实现顺序栈和链栈的基本操作，并能够进行简单的错误处理，如栈空或栈满的情况。了解栈在实际应用中的重要作用，如文档编辑软件的撤销操作、数制转换等。过程与方法目标通过实际案
2、例（如变脸表演、放碗取碗、数制转换等）引入栈的概念，培养学生的观察力和联想能力。通过课堂讲授和示例演示，使学生了解栈的特性和基本操作。指导学生动手实践，通过编写代码实现栈的顺序存储和链式存储，提高学生的编程能力。通过小组讨论和案例分析，引导学生思考栈在实际应用中的价值和作用，培养学生的分析能力和解决问题的能力。情感态度与价值观目标激发学生对数据结构和算法学习的兴趣，培养学生的探索精神和创新精神。通过合作学习和互动交流，增强学生的团队合作能力和沟通协作能力。培养学生的逻辑思维能力和严谨的科学态度，提高学生解决实际问题的能力。帮助学生理解数据结构和算法在计算机科学领域的重要地位，为今后的学习和工作
3、奠定坚实基础。学习重难点教学重点栈的概念：栈的定义：栈是一种操作受限的线性表，只能在一端（称为栈顶）进行插入（入栈）和删除（出栈）操作。栈的特点：“后进先出”（LIFO，Last In First Out）或“先进后出”（FILO，First In Last Out）。栈的基本操作：入栈（push）、出栈（pop）、获取栈顶元素（getTop）和判断栈是否为空（isEmpty）。栈的顺序存储实现：顺序栈的定义：使用连续的内存空间存储栈元素，并使用一个变量（如top）来标识栈顶的位置。顺序栈的基本操作实现：包括初始化、入栈、出栈、获取栈顶元素等。栈的链式存储实现：链栈的定义：使用链表作为栈的存储
4、结构，其中链表的头部（头节点之后的位置）作为栈顶。链栈的基本操作实现：包括初始化、入栈、出栈、获取栈顶元素等。栈的应用：栈在计算机科学中的应用实例，如文档编辑软件的撤销操作、网页浏览器的后退操作、数制转换等。教学难点栈的抽象概念理解：学生可能难以从直观上理解栈的“后进先出”特性以及它在实际问题中的应用。顺序栈和链栈的实现细节：顺序栈在实现时需要注意数组边界的处理，以及当栈满时如何进行扩容的问题。链栈在实现时需要注意链表的创建、节点的连接以及节点内存的管理（如何时释放节点内存）。栈的应用案例分析：学生可能难以将栈的抽象概念与其在具体应用中的实现方式相联系，需要通过实际案例来分析栈在解决问题中的作
5、用。错误处理和异常机制：在实现栈的基本操作时，需要考虑对错误情况（如栈空时执行出栈操作）的处理，以及如何在代码中实现异常机制。算法复杂度分析：分析栈的基本操作的算法复杂度，特别是顺序栈在栈满时扩容的复杂度，以及链栈在动态分配内存时的复杂度。教学方法类比教学法：通过变脸表演和放碗、取碗的生活实例来类比栈的“后进先出”特点，帮助学生形象理解栈的基本操作和工作原理。直观演示法：使用图示（如图3.2.4、图3.2.5等）来直观展示栈的结构、入栈和出栈的过程，帮助学生构建空间想象能力，更好地理解栈的工作原理。示例讲解法：通过顺序栈和链栈的具体实现过程（包括初始化、取栈顶元素、入栈、出栈等操作）的详细讲解
6、，结合具体的Python代码示例，使学生能够清晰理解栈的实现细节和编程方法。应用拓展法：通过介绍栈在文档编辑软件和网页浏览器中的应用，以及数制转换过程中的应用，使学生认识到栈的实用价值和应用广泛性，培养学生的应用意识和能力。问题引导法：在教学过程中，通过提出“栈是什么？”，“栈有哪些基本操作？”，“如何实现栈的顺序存储和链式存储？”等问题，引导学生主动思考和探索，培养学生的问题解决能力。互动讨论法：鼓励学生提出疑问、分享观点，通过师生互动、生生互动的方式，促进学生深入思考、交流合作，营造积极的课堂氛围。代码实践法：要求学生根据所学知识和提供的代码示例，自己编写顺序栈和链栈的实现代码，并进行测试
7、和验证，通过实践来巩固和加深对栈的理解和掌握。课前准备一、教案编写梳理教学内容：确定第3章数据结构基本类型3.2节“操作受限的线性表栈”的教学内容，包括栈的概念、顺序栈和链栈的实现，以及栈的应用。设定教学目标：明确本节课的教学目标，包括理解栈的概念和特性（后进先出），掌握顺序栈和链栈的实现方法，以及理解栈在实际应用中的作用。制定教学重点和教学难点：突出“栈的后进先出特性”和“顺序栈与链栈的实现”作为教学重点，同时明确“顺序栈和链栈操作的实现细节”为教学难点。安排教学过程：规划教学过程，包括导入（变脸表演等生活实例）、新课讲解（栈的概念、顺序栈和链栈的实现）、课堂练习（编写简单的栈操作代码）、总
8、结（回顾栈的特性和应用）和作业布置。二、教学材料准备教材：确保学生手中有第3章的教材或相关讲义，便于学生在课堂上跟随教师讲解。教学课件：制作或搜集有关栈的PPT课件，包含概念图、示意图、代码示例等，以便在课堂上展示。编程环境：确保教室内的计算机已安装Python等编程语言环境，并准备好相应的代码编辑器，供学生在课堂上编写和调试代码。练习材料：准备适量的练习题和案例，供学生在课堂上进行练习和讨论。教学媒体板书或幻灯片（PPT）：用来展示栈的概念、定义、特点、图示（如变脸表演、放碗取碗、栈的结构示意图、人栈和出栈的示意等）。展示顺序栈和链栈的实现原理、操作流程、核心代码段等。演示栈在生活中的应用实
9、例，如文档编辑软件的后退操作、数制转换等。计算机或教室多媒体设备：用于播放幻灯片或教学视频，展示动态演示（如栈的入栈和出栈过程）。提供编程环境，演示栈的实际操作代码（如Python代码）和运行结果。代码编辑器：用于现场编写栈的实现代码，并展示代码运行过程及结果。交互式软件或在线平台：如果条件允许，可以使用交互式编程平台或软件，允许学生直接在平台上编写和运行代码，增强学习的实践性和互动性。教学案例或实例：准备实际应用案例（如文档编辑器的撤销功能、网页浏览器的后退功能等），结合理论知识进行讲解，使学生更好地理解栈的应用。学习资料或参考资料：提供相关书籍、论文、网络资源等，供学生进一步学习和探索。练
10、习题目：准备适量的练习题目，包括选择题、填空题、编程题等，帮助学生巩固所学知识，提高实践能力。教学过程教学环节教师活动设计学生活动设计设计意图活动一：创设情境 生成问题展示变脸表演和放碗、取碗的示例图片，引导学生观察并思考这些过程的特点。提问：“你们发现这些活动有什么共同的特点吗？” 引导学生发现“后进先出”的规律。引出栈的概念，并解释栈在数据结构中的特殊性质：后进先出（LIFO）。提问：“你们能举出生活中其他符合后进先出原则的例子吗？” 鼓励学生联想实际应用场景。观察图片，思考变脸表演和放碗、取碗的过程。回答问题，提出这些过程都遵循“后进先出”的原则。联想生活中的类似例子，如文档的撤销操作、
11、浏览器的后退按钮等。通过观察和思考生活中的例子，激发学生的兴趣，帮助他们理解栈的基本概念，并建立起与现实世界的联系。活动二： 调动思维探究新知详细介绍栈的基本操作：入栈（push）和出栈（pop）。展示顺序栈和链栈的结构和代码实现，解释两者的区别和优缺点。提问：“你们能解释为什么顺序栈需要设置一个top变量吗？” 引导学生理解栈顶指针的作用。引导学生编写简单的栈操作代码，如初始化栈、入栈、出栈和判断栈空等。认真听讲，理解栈的基本操作和特性。观察顺序栈和链栈的代码实现，对比两者的不同。思考并回答问题，理解栈顶指针的必要性。动手编写栈操作代码，加深理解。通过详细的讲解和实例展示，帮助学生掌握栈的基
12、本操作和实现原理。通过动手编写代码，提高学生的编程能力和对栈的理解。活动三： 调动思维探究新知提供一系列栈操作的练习题，包括顺序栈和链栈的初始化、入栈、出栈和判断栈空等。鼓励学生分组讨论，共同解决问题。巡视指导，及时纠正学生的错误并解答疑问。总结学生在练习过程中出现的典型问题和易错点。独立完成练习题，加深对栈操作的理解。分组讨论，共同解决遇到的问题。认真听取教师的总结和点评，找出自己的不足并改正。通过练习题的训练，巩固学生对栈操作的掌握程度。通过分组讨论和教师的指导，培养学生的团队合作精神和解决问题的能力。活动四：巩固练习素质提升介绍栈在计算机科学中的应用场景，如表达式求值、函数调用栈等。引导
13、学生思考如何利用栈的特性解决实际问题。提供一个简单的应用场景（如文档编辑器的撤销功能），让学生尝试用栈来实现。总结并强调栈在数据结构中的重要性。认真听讲，了解栈在计算机科学中的应用。思考如何应用栈的特性解决实际问题。尝试用栈实现文档编辑器的撤销功能。总结本次学习的收获和体会。通过介绍栈的应用场景和引导学生思考实际问题，拓宽学生的视野和思维。通过动手实践，让学生更好地理解和掌握栈的应用。课堂小结作业布置课堂小结本节课我们学习了数据结构中一种重要的线性表栈。栈是一种操作受限的线性表，只允许在一端（称为栈顶）进行插入和删除操作。栈的特性是“后进先出”（LIFO, Last In First Out）
14、。我们通过日常生活中的例子（如变脸表演、放碗取碗）来形象地理解了栈的工作原理。接着，我们深入探讨了栈的两种实现方式：顺序存储（顺序栈）和链式存储（链栈）。顺序栈利用连续的内存空间存储元素，通过维护一个栈顶指针来标识栈顶元素的位置；链栈则利用链表结构存储元素，通过操作链表的头节点来实现栈的插入和删除操作。最后，我们讨论了栈的应用，包括在文档编辑软件和网页浏览器中的后退/撤销操作，以及在数制转换过程中暂存余数的场景。这些应用都充分利用了栈“后进先出”的特性。作业布置实现顺序栈： 编写一个Python类，实现顺序栈的基本操作，包括初始化、判断栈空、判断栈满、入栈、出栈和获取栈顶元素。你可以使用列表（
15、list）作为底层数据结构来存储栈中的元素。实现链栈： 编写一个Python类，实现链栈的基本操作，包括初始化、判断栈空、入栈、出栈和获取栈顶元素。你需要定义一个节点类（Node）来存储栈中的元素，以及一个链栈类（LinkStack）来管理这些节点。数制转换实践： 编写一个Python程序，利用栈实现十进制数到任意进制数（如二进制、八进制、十六进制）的转换。你可以通过命令行参数接收待转换的十进制数和目标进制数，然后输出转换结果。注意要处理好除数和余数的逻辑。扩展思考： 思考栈在现实生活或计算机系统中的其他应用场景，并尝试用栈的概念来解释这些场景的工作原理。例如，函数调用栈、浏览器历史记录、撤销
16、/重做操作等。写下你的思考和理解。板书设计 3.2 操作受限的线性表栈3.2.1 栈的概念定义：栈是限定仅能在一端进行插入和删除操作的特殊线性表。栈顶与栈底：插入/删除操作端称为栈顶，另一端为栈底。后进先出（LIFO）：后入栈的元素先出栈，先入栈的元素后出栈。空栈：不含任何数据元素的栈称为空栈。图3.2.1 栈的基本模型+-+| a | - 栈顶+-+| . |+-+| a | - 栈底+-+3.2.2 栈的实现顺序栈初始化：分配连续存储空间，置栈空。栈顶元素：返回当前栈顶元素值（不改变栈状态）。入栈：判断栈满，未满则插入元素到栈顶，并更新栈顶指针。出栈：判断栈空，非空则删除栈顶元素，并更新栈
17、顶指针。图3.2.8 顺序栈变化展示数据元素“4”和“8”入栈、出栈的过程链栈初始化：定义栈顶指针，置空，并置数据元素个数为0。栈顶元素：返回栈顶元素节点数据域的值。入栈：在栈顶插入新元素，更新栈顶指针和元素个数。出栈：删除栈顶元素，更新栈顶指针和元素个数。图3.2.11 链栈结构展示链栈节点和链栈的链接关系3.2.3 栈的应用文档编辑软件：利用栈记录用户操作顺序，提供撤销/后退功能。数制转换：如“除R反向取余法”中的余数暂存。表3.2.2 数制转换示例展示（1348）转换为（2504）的计算过程和栈操作作业布置编写一个顺序栈的Python类，包含初始化、入栈、出栈、获取栈顶元素的方法，并进行
18、简单测试。编写一个链栈的Python类，同样包含初始化、入栈、出栈、获取栈顶元素的方法，并进行测试。使用栈结构，编写一个将十进制数转换为二进制数的程序。查找栈的相关应用场景（如函数调用栈、表达式求值等），并编写简要描述和可能的代码片段。教学反思本次教学主题为数据结构中的栈（Stack）基本类型，内容覆盖了栈的概念、特点、实现方式以及其在现实生活中的应用。通过对栈的深入讲解，旨在帮助学生理解栈的“后进先出”（LIFO）特性，并能够掌握栈的顺序存储和链式存储的实现方法。一、教学内容反思概念引入：我通过变脸表演和碗柜放碗取碗的实例，成功引起了学生对栈“后进先出”特性的兴趣，使得抽象的概念具体化，便于
19、学生理解。教学重点：在教学过程中，我重点讲解了栈的顺序存储和链式存储的实现方法，包括初始化、取栈顶元素、入栈和出栈操作等，并通过代码示例加深了学生对这些操作的理解。教学难点：部分学生在理解顺序栈中“top”变量的作用时存在困难，特别是在区分“top”作为栈顶元素的位置和栈顶元素值之间的差异时。我通过多次举例和对比，帮助学生理解了这个难点。教学互动：在教学过程中，我通过提问和讨论的方式，引导学生主动思考，积极参与课堂讨论，从而提高了学生的课堂参与度。二、教学方法反思理论联系实际：我通过将栈的概念与现实生活中的应用场景相结合，使得抽象的数据结构变得具体而生动，有助于学生更好地理解和掌握。案例教学：
20、我通过具体的代码示例和计算过程，展示了栈在实际问题中的应用，提高了学生的学习兴趣和实践能力。师生互动：我注重与学生的互动，通过提问和讨论，鼓励学生表达自己的观点和想法，从而营造了一个积极的学习氛围。三、教学效果反思本次教学取得了较为满意的效果，大部分学生能够理解栈的概念和特性，并掌握了栈的顺序存储和链式存储的实现方法。但在课后作业和课堂测试中，我发现部分学生在实现链栈时存在困难，需要在下一次课中进一步加强链栈相关知识的讲解和练习。四、改进建议加强链栈的讲解：针对学生在链栈实现上存在的困难，我将在下一次课中增加链栈的讲解时间和练习量，确保学生能够熟练掌握链栈的实现方法。引入更多应用案例：为了激发学生的学习兴趣和实践能力，我将引入更多与栈相关的应用案例，如函数调用栈、表达式求值等，让学生更加深入地理解栈的应用。加强师生互动：我将更加注重与学生的互动，通过提问、讨论和小组合作等方式，鼓励学生积极思考和表达自己的观点，从而提高学生的课堂参与度和学习效果。
