Java程序设计-电子教案-单元7（73-76）

第73～76课时课题名称模拟用户注册—HashSet集合课型专业课课时/时长4节课/180分钟教学目标知识目标1.深刻理解Set接口的特点，特别是元素的无序性和唯一性。2.熟练掌握HashSet和TreeSet集合类的使用方法，包括元素的添加、删除、判断是否包含等操作。3.了解HashSet和TreeSet的内部实现原理，理解哈希表和红黑树在集合中的作用。能力目标1.能够运用Set接口解决实际问题，如数据去重、集合运算等。2.能够根据需求选择合适的Set实现类，优化程序性能。3.培养分析和调试能力，能够解决在使用Set集合过程中遇到的常见问题。素养目标1.培养严谨思维，确保在处理集合元素时遵循集合的特性。2.增强创新意识，鼓励学生探索Set集合在不同领域的创新应用。3.提高代码阅读和理解能力，通过阅读优秀的代码示例，学习他人的编程思路和技巧。教学重点1.Set接口的特点及常用方法。2.HashSet和TreeSet集合类的区别。教学难点1.HashSet中重写hashCode()和equals()方法。2.TreeSet的自定义排序规则。教学方法案例教学法、小组合作探究

教学环节（时长）教学内容学生活动教师活动设计意图（思政设计）课前任务1.安排学生预习Set接口相关内容，阅读教材中关于Set接口的章节，了解其基本概念和特点。

2.让学生思考Set接口在实际生活中的应用场景，例如学生选课系统中防止重复选课、用户登录系统中验证用户名唯一性等，并记录自己的想法。1.认真预习教材，标注重点和疑问。

2.积极思考应用场景，撰写思考记录。1.布置预习任务，明确预习要求。

2.检查预习情况，了解学生对Set接口的初步认识。培养学生的自主学习习惯和观察生活的能力。思政：引导学生将知识与实际生活联系起来，增强学生的社会责任感。创设情境1.展示一个用户注册系统的界面，强调用户名不能重复的需求。

2.引导学生思考如何使用Java中的数据结构来实现用户名的唯一性验证，引出Set接口作为解决方案。1.仔细观察用户注册系统界面，理解用户名唯一性需求。

2.积极参与讨论，提出自己的验证思路。1.展示系统界面，详细说明需求。

2.引导学生思考，激发学生的学习兴趣。通过实际案例引发学生的学习兴趣，让学生感受到知识的实用性。思政：培养学生解决实际问题的能力和创新思维。知识讲解1.详细讲解Set接口的特点，重点强调元素的无序性和唯一性，通过实际例子说明其在数据处理中的作用。

2.介绍Set接口的常用方法，如add()、contains()、remove()等，结合代码示例演示其用法。

3.深入讲解HashSet的内部实现原理，即基于哈希表实现，通过哈希函数计算元素的存储位置，解释哈希冲突的概念以及解决方法（如链地址法）。同时，强调在使用HashSet存储自定义对象时，需要重写hashCode()和equals()方法的原因和方法。

4.讲解TreeSet的特点和应用场景，说明TreeSet基于红黑树实现，可以对元素进行排序。介绍两种实现排序的方式：一是元素的类实现Comparable接口，二是在创建TreeSet时传入Comparator接口的实现类。通过代码示例演示如何使用TreeSet进行自然排序和自定义排序。1.认真听讲，理解Set接口的特点和方法。

2.仔细观察代码示例，记录关键知识点。

3.深入理解HashSet的实现原理，学习重写hashCode()和equals()方法。

4.掌握TreeSet的排序方式，思考在不同场景下的应用。

5.积极回答教师提问，参与课堂互动。1.运用多媒体工具，清晰展示Set接口知识。

2.详细讲解代码示例，帮助学生理解方法用法。

3.通过动画演示哈希冲突解决过程。

4.引导学生对比HashSet和TreeSet的特点和应用场景。

5.提问检查学生的理解情况。帮助学生掌握Set接口的核心知识，理解HashSet和TreeSet的原理和应用。思政：培养学生的逻辑思维能力和科学精神。任务实施1.布置任务：使用Java语言实现一个简单的用户注册系统，要求使用Set集合验证用户名的唯一性。系统应具备以下功能：

-用户注册：用户输入用户名和密码，将用户名添加到Set集合中，如果用户名已存在，则提示用户重新输入。

-用户登录：用户输入用户名和密码，验证用户名是否存在且密码是否正确。

-显示注册用户列表：遍历Set集合，显示所有已注册的用户名。

2.学生分组（每组3-5人），讨论并设计系统的实现方案。教师巡视各小组，解答学生的疑问，提供必要的指导。

3.每个小组根据讨论结果，开始编写代码实现用户注册系统。1.分组讨论，明确任务分工，设计系统实现方案。

2.积极参与讨论，发表自己的见解，共同完善方案。

3.根据设计方案，独立编写代码，实现系统功能。

4.遇到问题及时向小组同学或教师求助。1.明确任务要求，提供设计思路和指导。

2.巡视小组讨论，引导学生思考，解答疑问。

3.检查学生代码编写，及时发现并解决问题。培养学生的团队协作能力和实践操作能力。思政：培养学生的团队合作精神和勇于实践的精神。实训演练任务实操并讨论1.根据教师讲解，学生首先进行模仿练习，然后补充完成相应的任务2.完成分组讨论区的讨论1和2学生完成任务，熟练掌握相关的操作技能巡视、指导学生学生完成任务，熟练掌握相关的操作技能评价总结1.各小组展示完成的用户注册系统，演示注册、登录和显示用户列表等功能，重点展示用户名唯一性验证的实现方式。

2.其他小组进行评价，从功能实现的完整性、代码质量、用户名唯一性验证的准确性和效率、团队协作等方面提出优点和改进建议。教师从相同方面进行综合评价，重点评价学生对Set接口和HashSet集合的理解和应用是否正确、在处理用户名唯一性时是否考虑到了各种情况（如大小写敏感、哈希冲突处理）、是否遵循了良好的编程规范等。

3.教师总结本次课程内容，强调Set接口在实际编程中的重要性，以及HashSet集合在处理元素唯一性方面的优势和应用场景。回顾在任务实施过程中出现的共性问题和解决方案，如哈希冲突导致的性能问题、重写hashCode()和equals()方法的常见错误等，加深学生的理解。同时，引导学生思考如何进一步优化用户注册系统，如增加密码强度验证、完善用户信息存储等，为后续学习和实践做铺垫。1.小组代表展示系统功能，讲解实现思路和遇到的问题，特别是在用户名唯一性验证方面的处理方法和优化措施。

2.认真听取其他小组的评价，记录优点和改进建议，积极参与讨论，反思自己小组的工作。

3.整理本次课程的知识点，绘制思维导图，总结在任务实施中的收获和不足，思考系统的优化方向。1.组织小组展示和评价，引导学生客观评价他人作品，鼓励学生提出建设性的意见和建议，培养学生的批判性思维。

2.对各小组的作品进行综合评价，肯定优点，指出不足，提供改进方向和建议。

3.系统总结课程内容，强化重点知识。引导学生思考系统优化方向，激发学生的学习兴趣和创新思维。培养学生的表达能力、评价能力和自我反思能力，促进学生之间的学习和交流，巩固所学知识。思政：培养学生的精益求精的精神、创新意识和对用户体验的关注，让学生明白持续改进的重要性。巩固练习提供一些与Set集合相关的练习题，如给定一个包含多个用户对象（包含用户名、年龄、注册时间等属性）的集合，编写代码找出年龄最大的用户、注册时间最早的用户等，让学生巩固所学知识，特别是对TreeSet集合排序功能的掌握。1.认真完成练习，复习巩固所学知识。1.检查学生的练习完成情况，及时反馈问题。巩固学生所学知识，提高学生的编程能力。思政：培养学生的独立思考能力和自我提升意识。拓展提高1.引导学生思考如何在多线程环境下安全地使用Set集合，介绍相关的线程安全集合类（如CopyOnWriteArraySet）或同步机制（如使用Collections.synchronizedSet()方法包装Set集合），并简单说明其原理和适用场景。

2.鼓励学生查阅资料，了解Set集合在大数据处理（如数据去重、集合运算优化）、分布式系统（如缓存一致性维护）等领域的高级应用和优化技巧，如使用布隆过滤器进行大规模数据去重、利用并发集合提高多线程环境下的集合操作性能等。引导学生思考如何将这些高级应用和优化技巧应用到用户注册系统或其他实际项目中，激发学生的创新思维和探索精神。1.积极思考多线程环境下Set集合的安全使用问题，记录相关知识要点，如线程安全集合类的特点和使用方法。

2.课后查阅资料，拓展知识面，探索Set集合的高级应用，尝试将其与实际项目联系起来，形成自己的理解和想法。1.简要介绍多线程环境下Set集合的相关知识，激发学生的学习兴趣。

2.推荐相关学习资料和技术文章，引导学生自主学习，鼓励学生在技术论坛或社区分享学习心得和体会，培养学生的自主学习能力和交流能力。拓宽学生的知识面，培养学生的创新思维和探索精神，提高学生的综合素质。思政：鼓励学生勇于挑战自我，追求卓越，培养学生的学习热情和对新技术的敏感度，让学生明白技术不断发展的趋势和持续学习的必要性。