3.3.1 队列的概念教学设计-2026-2027学年人教/中图版高中信息技术选修一

该高中信息技术教学设计聚焦队列的概念及“先进先出”特点，通过复习线性表、栈的结构特点，结合景区排队购票等生活实例对比引入，构建前后知识脉络的学习支架。 此资料以生活实例（如食堂排队、打印任务管理）和实践活动（加油站汽车排队动态分析）为特色，培养学生信息意识与计算思维，通过比较线性表、栈与队列渗透数字化学习与创新，助力学生理解应用价值，提升教师教学效率。

3.3.1 队列的概念 教学设计 课程基本信息 学科 信息技术 年级 高一 学期 春季 课题 3.3.1 队列的概念 教科书 书 名：普通高中教材信息技术选择性必修1 数据与数据结构 出版社：人民教育出版社中国地图出版社 出版日期：2019 年6 月 教学目标 1. 通过生活实例的观察与类比，理解队列的概念及其“先进先出”的特点。 2. 通过体验队列基本操作活动，理解队列抽象数据类型的含义，掌握其基本操作与线性表的基本操作不同之处。 3. 通过运用队列的思想分析和解释生活中的典型现象，理解其在维持秩序、保证公平等方面的应用价值。 4. 通过比较线性表、栈和队列之间的区别与联系，深入体会三种线性数据结构的特点与价值，能够根据实际问题的需求，选择最恰当的解决方法。 教学重难点 教学重点： 1. 队列的概念及“先进先出”的特点，队列抽象数据类型定义。 2. 队列在维持秩序、保证公平等的应用价值。 教学难点： 1. 队列在实际生活中的应用价值，队列、栈和线性表这三种线性数据结构的异同之处，以及针对具体问题选择最合适解决方法的思路。 教学过程 一、复习对比，新课导入 思考问题：请同学们判断以下场景主要体现了哪种数据结构的特点? ①书架上的一排书。(线性表) ②取放碗碟。(栈) ③景区排队购票。(队列)。 思路引导： 复习线性表和栈的结构特点，明确答案 线性表是由n 个相同类型的数据元素组成的有限序列，其数据元素之间的关系是一对一的关系，线性表可以在任意位置进行删除和插入操作，书架上的一排书可以很形象的体现线性表的特点。 栈是限定仅能在一端进行插入和删除操作的特殊线性表。在放回碗碟时，碗碟会被放在一摞碗碟的最上方；在拿取碗碟时，碗碟会被从最上方拿取，这个过程形象地模拟了栈的“后进先出”的基本特点。 新课导入： 我们在景区排队购票、购物排队结账、食堂排队点餐等场合中，队伍的进出顺序都有什么样的共同的特征？ 在这些排队现象中，事物的进出顺序都有共同的特征，那就是先进先出。当我们要用计算机程序来解决排队的问题，实现排队时的先进先出，可以使用“队列”这种数据结构。 二、队列的概念 1. 思路引导 食堂排队：每天中午下课之后，同学们会迅速前往食堂窗口排队点餐。前来点餐的同学们将自觉排成一个队列，排在队头的人先点餐，后来的人排在队尾，大家按顺序依次完成点餐。 思路引导： 将排队点餐的人抽象成一个数据元素a，那么排队点餐的队列可以如图表示。a1代表队伍中的第一个人，an代表最后一个人，分析排队时的情况： 梳理共性：新加入的成员只能排在队尾，而且队中全体成员只能按顺序向前移动，在到达队头完成点餐后离队。以排队点餐为例，排在最前面的人a1先点餐，点餐后从队伍的队头离开，剩余成员a2-an按顺序向前移动，后来的人排在队列的队尾为an+1。数据结构中的队列结构与上述排队情景类似。 2. 明确概念 队列：是指只允许在线性表的一端进行删除，而在另一端进行插入的特殊线性表。 其中允许删除的一端称为队头，允许插入的一端称为队尾。当队列中没有数据元素时称为空队列。 概念类比：引导学生类比食堂排队的场景理解术语 辨析反例：在食堂排队点餐中，如果有一个生病的人可以优先打饭吗？“插队加入”、“中途离开”这些行为在数据结构队列中允许吗? 在现实生活中排队时，队中任何成员可以中途离队；而对数据结构中的队列来说，是不 允许“成员”中途离队的，会破坏“先进先出”的规则，引发混乱。 队列是计算机科学中广泛应用的基础数据结构。①打印任务管理：使用打印机打印多份文档时，用户先后提交了多个打印任务，管理程序就将待打印的文档按照先来先服务的规则依次入队，形成打印队列。②线上抢票的“排队系统”：在线上抢票时，开放瞬间的抢票请求会像洪水一样涌来，如果系统直接处理所有请求，会瞬间耗尽服务器资源，导致系统瘫痪。通过引入队列，系统可以将这些瞬时请求暂存起来，然后按照进入队列的先后顺序，以服务器能够承受的速率平稳地进行处理。这就像为洪峰开辟了一个泄洪道，有效避免了系统因过载而崩溃，同时也保证了服务的公平性。 三、队列的抽象数据类型定义 明确定义：队列是操作受限制的线性表。因此，队列的抽象数据类型定义中，数据对象和数据关系的定义与线性表相同，元素具有相同的类型，相邻元素具有前驱和后继关系。队列的基本操作与线性表的基本操作不同。 思考问题：尝试结合之前所学内容，根据队列“先进先出”的特点，需要哪些最基本的操作？ 入队操作：对已存在的队列q，插入一个元素x 到队尾，队发生变化。 出队操作：删除队头元素，队发生变化； 实践活动： 暑假期间，小明在汽车加油站担任志愿者，负责维持加油秩序。在上班期间（7:50 至8:10），他仔细观察了加油站中一个车道的动态变化，并记录下了关键事件。 ①在第5 环节“汽车D 进入”执行后，队列中有______辆车在等待。②第10 环节结束后，队列是什么状态？如果接下来依次执行以下操作：汽车G 入队——出队操作——汽车H 入队 请预测完成这些操作后队列的状态：____________________ 四、生活中的队列应用 思考问题：除以上例子，日常生活中还有哪些队列的应用？ 京剧中一般都把整出戏分成若干场。例如，家喻户晓的《智取威虎山》共分10 场，可以将这10 场戏看作一个队列(第一场乘胜进军，第二场夹皮沟遭劫，第三场深山问苦，……，第十场会师百鸡宴)，场次顺序也就是演出顺序，演员按照故事情节从第一场到第十场顺序演出，场次不得随意调动。 食堂打饭、超市结账、银行柜台排队：所有人按照到达的顺序排成一队，最先排队的人最先获得服务，能够避免冲突，维护了公共秩序。 医院就诊：挂号成功的患者按照序号依次就诊，保证了医疗资源分配的秩序。 总结价值：生活中的队列应用体现出了先到者先得，杜绝插队，保证有序和公平。由此可见，队列不仅是一种解决技术问题的工具，更体现了一种关于公平与秩序的思想。 五、线性表、栈与队列的比较 1. 线性表、栈与队列的比较 2. 深入思考：栈和队列是操作受限线性表，操作限制降低了操作灵活性，为什么要加入这些限制？ 简化操作：由于栈和队列的操作限制，我们可以在某些问题上更容易地完成操作。例如，在聊天软件或消息系统中，新来的消息被放入队列末尾，发送进程从队列头部按顺序取出并发送。这个“先进先出”的管道确保了信息分发的顺序性，简化了通信流程的管理。 提高效率：由于栈和队列的操作特点，所以它们运行起来效率很高，也不会陷入“绕圈子”或“停不下来”的情况。例如，我们在遍历树的时候，有一种方法叫“广度优先搜索”，就用到了队列。它的过程就像排队参观景点一样：每次参观完一个点，就把它周围没去过的点按照由近及远的顺序先后放进队伍末尾，再按顺序从队头取出下一个点继续参观。这样一来，我们总是先看完近的地方、再去看远的地方，既不会重复看，也不会漏掉任何地方，整个过程又清楚又高效。 减少错误：由于栈和队列的操作限制，我们可以在程序中更容易地判断某些操作是否合法，从而避免程序出现异常情况。例如，括号匹配检测中，左括号压入栈后必须匹配对应的右括号弹出，这种特性可即时发现括号不平衡的错误。 学科网（北京）股份有限公司 $