高淑印

當(dāng)今時(shí)代，互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等技術(shù)促使數(shù)據(jù)飛速增長(zhǎng)。數(shù)據(jù)成為最寶貴的生產(chǎn)要素，對(duì)數(shù)據(jù)價(jià)值的深度挖掘及應(yīng)用，引發(fā)了以數(shù)據(jù)為核心的“大數(shù)據(jù)”時(shí)代的深刻變革，大數(shù)據(jù)已被視為21世紀(jì)的石油和金礦，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)發(fā)展已成為大勢(shì)所趨。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)研究的是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、組織數(shù)據(jù)的方式，是計(jì)算機(jī)科學(xué)研究的核心內(nèi)容之一，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的信息意識(shí)與計(jì)算思維、深入理解并掌握信息技術(shù)學(xué)科知識(shí)與實(shí)踐方法、形成學(xué)科核心素養(yǎng)，具有非常重要的作用。因此，《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》將《數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》列為高中信息技術(shù)選擇性必修課程模塊1，是為學(xué)科興趣濃厚、學(xué)科專長(zhǎng)明顯的學(xué)生提供的挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。

● 模塊的內(nèi)容特點(diǎn)

本模塊是針對(duì)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用而設(shè)置的，通過本模塊的學(xué)習(xí)，學(xué)生能進(jìn)一步了解數(shù)據(jù)（包括大數(shù)據(jù)）的作用，在掌握常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念、特點(diǎn)、操作、編程實(shí)現(xiàn)方法等內(nèi)容的基礎(chǔ)上，能對(duì)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)問題進(jìn)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(jì)語言編程實(shí)現(xiàn)，在問題解決過程中對(duì)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(shí)。

“數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”模塊分為“數(shù)據(jù)及其價(jià)值”“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用”三部分內(nèi)容，并給出七條具體的內(nèi)容要求。

1.數(shù)據(jù)及其價(jià)值

數(shù)據(jù)是現(xiàn)實(shí)世界中各種事物和現(xiàn)象的抽象化和符號(hào)化?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)處理的不再是單純的數(shù)值型數(shù)據(jù)，更多的是文本、圖像、聲音、視頻等非數(shù)值型多媒體數(shù)據(jù)。隨著信息技術(shù)的普及和快速發(fā)展，對(duì)數(shù)據(jù)的獲取和處理超越了科學(xué)計(jì)算的范疇，擴(kuò)展到社會(huì)經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，產(chǎn)生了越來越高的價(jià)值。

2.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

為了更加高效地處理大量數(shù)據(jù)，需要把數(shù)據(jù)組織為合理的結(jié)構(gòu)，并針對(duì)需要解決的問題進(jìn)行不同層次的抽象，降低問題解決方案的復(fù)雜度。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是本模塊的核心內(nèi)容，主要包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、常見數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念及基本操作、抽象數(shù)據(jù)類型等內(nèi)容。

3.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用部分主要是引導(dǎo)學(xué)生理解如何利用常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)解決生活中的實(shí)際問題，體驗(yàn)問題解決的一般過程。

● 教學(xué)規(guī)劃

1.內(nèi)容規(guī)劃與課時(shí)建議

本模塊建議在高二年級(jí)開設(shè)，每學(xué)分18課時(shí)，本模塊為2學(xué)分需36課時(shí)完成。課程教學(xué)的規(guī)劃要依托相應(yīng)版本教材進(jìn)行設(shè)計(jì)，筆者以人教-中圖版高中《信息技術(shù)》教材為例，建議課時(shí)如上頁表1所示。

2.學(xué)科核心素養(yǎng)與學(xué)業(yè)要求

本模塊的教學(xué)要樹立以學(xué)科核心素養(yǎng)為綱的課程觀，教學(xué)實(shí)施與教學(xué)評(píng)價(jià)應(yīng)基于學(xué)科核心素養(yǎng)展開，兼顧課程標(biāo)準(zhǔn)中內(nèi)容要求與學(xué)科核心素養(yǎng)、學(xué)業(yè)要求等方面的對(duì)應(yīng)關(guān)系（如表2）。滲透項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方法，從優(yōu)化學(xué)習(xí)方案的設(shè)計(jì)入手，改善教師的教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生提升信息素養(yǎng)。

● 教學(xué)策略

在教學(xué)中，要緊密聯(lián)系學(xué)生生活實(shí)際，通過設(shè)計(jì)適宜的范例和有意義的項(xiàng)目主題，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。感知數(shù)據(jù)抽象、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的思想與方法，理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的關(guān)系，掌握選擇恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)解決生活實(shí)際問題。

第一，分析數(shù)據(jù)與社會(huì)各領(lǐng)域的關(guān)系，理解數(shù)字、數(shù)值和數(shù)據(jù)的基本含義，認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)作為新的原材料、生產(chǎn)資料和基礎(chǔ)設(shè)施的價(jià)值與意義。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)已經(jīng)不再是結(jié)構(gòu)化的、簡(jiǎn)單的數(shù)字和數(shù)值，更多的是非結(jié)構(gòu)化的文本、圖像、音頻、視頻等數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)的獲取和處理也已經(jīng)拓展到社會(huì)經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。數(shù)據(jù)正在產(chǎn)生越來越大的價(jià)值。針對(duì)這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，可通過主題學(xué)習(xí)項(xiàng)目走進(jìn)數(shù)據(jù)世界，了解數(shù)據(jù)的作用，理解數(shù)字、數(shù)值和數(shù)據(jù)的基本含義。教材圍繞主題“析說身邊數(shù)據(jù)”開展項(xiàng)目學(xué)習(xí)，建議從比較感興趣的身邊事例入手，選擇常用的移動(dòng)應(yīng)用程序、可穿戴智能設(shè)備、共享服務(wù)實(shí)例、網(wǎng)上購物、智慧交通、智慧醫(yī)療、智慧校園、智能家居等作為主題，并結(jié)合主題有目的地搜集、整理和分析數(shù)據(jù)，使用思維導(dǎo)圖設(shè)計(jì)項(xiàng)目方案，分析數(shù)據(jù)與社會(huì)相關(guān)領(lǐng)域的關(guān)系。通過剖析項(xiàng)目涉及的實(shí)際問題，認(rèn)識(shí)并理解數(shù)據(jù)作為新的原材料、生產(chǎn)資料和基礎(chǔ)設(shè)施在其中的價(jià)值和意義，更深入地體會(huì)大數(shù)據(jù)對(duì)國家、社會(huì)和個(gè)人的影響。

建議每章用一個(gè)主題學(xué)習(xí)項(xiàng)目來涵蓋本章的全部?jī)?nèi)容，按照項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度，將項(xiàng)目分為若干過程或小主題，在每節(jié)中完成項(xiàng)目的一個(gè)過程或一個(gè)小主題。

第二，理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念，認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，理解數(shù)組、鏈表等基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念及基本操作，比較數(shù)組、鏈表的區(qū)別，明確上述兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在存儲(chǔ)不同類型數(shù)據(jù)中的應(yīng)用。

這部分內(nèi)容概念較多，建議從基礎(chǔ)概念的理解入手。例如，中國漢字文化博大精深，用多義字排列組句，會(huì)組成含義不同的詞句，引出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念。從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)角度來看，漢字“讀”“書”“好”都是數(shù)據(jù)，其排列順序就是結(jié)構(gòu)。以“田忌賽馬”典故為例，指出使用相同的數(shù)據(jù)，采取不同的結(jié)構(gòu)，卻產(chǎn)生了不同的結(jié)果，由此引出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性。本章可圍繞“管理個(gè)人書目”開展項(xiàng)目學(xué)習(xí)，以小組為單位，在閱讀活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)并體驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)例，認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在解決問題過程中的重要作用，理解數(shù)組、鏈表等基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念，能夠根據(jù)需求選擇合適的存儲(chǔ)方式。通過完成項(xiàng)目程序“管理個(gè)人書目”，提升使用 Python語言編程的能力，為后面的學(xué)習(xí)打下扎實(shí)基礎(chǔ)。

項(xiàng)目學(xué)習(xí)建議以“邊看邊學(xué)邊實(shí)踐”的方式，做好典型教學(xué)環(huán)境和學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)。通過精細(xì)的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，降低學(xué)生對(duì)教師的依賴，也有利于教師轉(zhuǎn)換角色，把主要時(shí)間和精力放在如何啟發(fā)、引導(dǎo)、幫助學(xué)生學(xué)習(xí)上，使教師成為學(xué)生真正的引導(dǎo)者、幫助者，充分體現(xiàn)“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教學(xué)策略。

第三，理解包括字符串、隊(duì)列、棧在內(nèi)的線性表的概念和基本操作，并編程實(shí)現(xiàn)。認(rèn)識(shí)抽象數(shù)據(jù)類型對(duì)數(shù)據(jù)處理的重要性，理解抽象數(shù)據(jù)類型的概念，了解二叉樹的概念及其基本操作方法。

在計(jì)算機(jī)中，數(shù)據(jù)元素并不是孤立、雜亂無序的，而是相互之間存在某種聯(lián)系。分析它們的特性及其存在的關(guān)系，把數(shù)據(jù)組織為合理的結(jié)構(gòu)，正是學(xué)習(xí)與研究數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的意義所在。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不但在計(jì)算機(jī)原理、操作系統(tǒng)、算法與程序設(shè)計(jì)中有著重要應(yīng)用，而且在現(xiàn)實(shí)社會(huì)的學(xué)習(xí)與生活中也隨處可見。學(xué)習(xí)應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，結(jié)合問題需求進(jìn)行抽象，可以降低問題解決方案的復(fù)雜度。例如，本章以“數(shù)解傳統(tǒng)戲曲”主題開展項(xiàng)目學(xué)習(xí)，在了解戲曲藝術(shù)時(shí)，分析、挖掘戲曲諸要素之間關(guān)系的基本類型，探索其中蘊(yùn)含的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型，理解線性表、隊(duì)列、棧等基本概念。通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本操作，深入體會(huì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用。

項(xiàng)目主題的選擇要落實(shí)立德樹人根本任務(wù)，注意科學(xué)與人文有機(jī)融合，要讓學(xué)生在學(xué)到自然科學(xué)知識(shí)的同時(shí)受到良好的人文主義和傳統(tǒng)文化的精神熏陶。戲曲項(xiàng)目的引入，讓讀懂戲曲藝術(shù)有事半功倍的效果，還可以在課程中融入中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化要素，滲透愛國主義教育。

第四，通過實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的排序和查找，體驗(yàn)迭代和遞歸的方法，理解算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的關(guān)系。

算法是描述解決問題的方法?，F(xiàn)實(shí)世界中的問題千奇百怪，算法自然也是千變?nèi)f化的?？梢允褂盟阉饕娴墓ぷ髟韥韼椭鷮W(xué)生理解算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這樣既能聯(lián)系已有認(rèn)知，又能提升認(rèn)知水平。例如，當(dāng)有人在搜索引擎上輸入一個(gè)關(guān)鍵詞進(jìn)行搜索時(shí)，它會(huì)在很短時(shí)間內(nèi)，在索引數(shù)據(jù)庫中檢索到所有包含關(guān)鍵詞的網(wǎng)頁，并依據(jù)人們的瀏覽次數(shù)與關(guān)聯(lián)性等，通過一系列算法確定網(wǎng)頁級(jí)別，排列出順序，最終呈現(xiàn)在網(wǎng)頁上。由于不同搜索引擎使用的算法不同，呈現(xiàn)的搜索結(jié)果頁面也不相同。由此引出，購物推薦、新聞推送、旅游出行和社交通信等各種信息服務(wù)在生活中隨處可見，背后起著重要作用的就是算法，而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)又是算法研究的基礎(chǔ)。從而通過項(xiàng)目學(xué)習(xí)，進(jìn)一步理解算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的排序和查找，體驗(yàn)迭代和遞歸的方法，解決生活中的實(shí)際問題。

選擇性必修課程相比必修課程內(nèi)容難度要求有所增加，學(xué)生的思維發(fā)展存在“由淺入深、由易到難、循序漸進(jìn)、螺旋上升”的特性，學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)要有利于激發(fā)學(xué)生的深度思考，引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)踐方式把學(xué)習(xí)的技能、方法遷移到新的情境中，并有所創(chuàng)新。