“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的課程改革與教學(xué)資源建設(shè)

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”是重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是計(jì)算機(jī)科學(xué)的核心課程，是計(jì)算機(jī)理論與技術(shù)的重要基石，該課程在大學(xué)二年級上學(xué)期開設(shè)，具有承上啟下的重要作用，既要對前兩年學(xué)習(xí)的軟件技術(shù)進(jìn)行總結(jié)提高，又要為后續(xù)專業(yè)課程提供基礎(chǔ)。它貫通始終，是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)人才素質(zhì)培養(yǎng)框架中的中堅(jiān)課程，對學(xué)生的軟件開發(fā)能力培養(yǎng)至關(guān)重要，為學(xué)生今后的專業(yè)生涯打下牢固基礎(chǔ)。

經(jīng)過多年的課程建設(shè)，在課程教學(xué)內(nèi)容體系、能力培養(yǎng)、教學(xué)方法、教學(xué)資源建設(shè)上已形成自己的特色，并探索、實(shí)施了一套適應(yīng)本科“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的教學(xué)模式，在教學(xué)大綱、教材建設(shè)、實(shí)踐環(huán)節(jié)、教學(xué)課件、課程網(wǎng)站等方面取得一些成果。

1構(gòu)建先進(jìn)科學(xué)的課程體系結(jié)構(gòu)

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”是計(jì)算機(jī)科學(xué)課程體系中核心課程之首，作為本學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課，應(yīng)該與本學(xué)科中問題求解的理論、抽象和設(shè)計(jì)的方法論相對應(yīng)，把握課程體系結(jié)構(gòu)的本質(zhì)。具體措施是：

(1) 制訂實(shí)施符合新技術(shù)要求的教學(xué)大綱

課程體系結(jié)構(gòu)的三個層面：即概念表述、構(gòu)建數(shù)據(jù)模型、設(shè)計(jì)算法三個層面，突出數(shù)據(jù)組織方法與算法設(shè)計(jì)技術(shù)，將整個知識體系劃分為核心知識集合，以及不同的擴(kuò)展知識模塊，以適應(yīng)不同層次的教學(xué)需求。

貫穿程序設(shè)計(jì)與軟件工程新技術(shù)：引入抽象數(shù)據(jù)類型的概念來介紹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)技術(shù)；集中體現(xiàn)了分解、抽象和信息隱蔽的基本原則，展示了由數(shù)學(xué)模型→抽象數(shù)據(jù)類型→數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的信息結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的三個重要階段，抓住抽象數(shù)據(jù)類型的中樞位置。

制訂符合新技術(shù)發(fā)展要求的課程大綱：以訓(xùn)練構(gòu)造性思維為重點(diǎn)，以強(qiáng)化程序抽象能力和培養(yǎng)數(shù)據(jù)抽象能力為指導(dǎo)，把握課程體系結(jié)構(gòu)的本質(zhì)。教學(xué)大綱與實(shí)驗(yàn)大綱應(yīng)該不斷修訂，以滿足學(xué)科發(fā)展對課程教學(xué)的要求。

(2) 編寫具有特色的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)新教材

教材建設(shè)是提高教學(xué)質(zhì)量的基本建設(shè)之一。教材是大綱精神的具體實(shí)施，是知識點(diǎn)的載體。教材的科學(xué)性、先進(jìn)性和實(shí)用性，為知識的傳授和能力的培養(yǎng)奠定了良好的基礎(chǔ)。

把握學(xué)科規(guī)律，突出教材的科學(xué)性

根據(jù)課程技術(shù)性的特點(diǎn)，將教學(xué)內(nèi)容分為三層次：第一個層次是基本概念部分；第二個層次是基本結(jié)構(gòu)部分，包括線性結(jié)構(gòu)（線性表、棧和隊(duì)列、串、數(shù)組與廣義表）與非線性結(jié)構(gòu)（樹、圖）；第三個層次是基本技術(shù)部分，包括查找與排序方法。按照三層次法組織教材內(nèi)容，其中包含許多精彩的經(jīng)典算法，為學(xué)習(xí)者繼續(xù)拓展提供線索，同時貫穿了計(jì)算機(jī)科學(xué)中的一些重要的問題求解技術(shù)，如指針參數(shù)傳遞技術(shù)、指針與動態(tài)數(shù)組技術(shù)、棧與遞歸技術(shù)。教材編寫采用了由淺入深，由表及里，從具體到抽象，再從抽象到具體的方法，符合認(rèn)知規(guī)律，有利于學(xué)生學(xué)會分析數(shù)據(jù)對象特征，掌握數(shù)據(jù)組織方法和計(jì)算機(jī)的表示方法，掌握算法的時間、空間復(fù)雜度分析技術(shù)，培養(yǎng)良好的程序設(shè)計(jì)技能，使得學(xué)生能夠在軟件開發(fā)過程中靈活選擇適當(dāng)?shù)倪壿嫿Y(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的處理算法。

科研與教學(xué)結(jié)合，體現(xiàn)教學(xué)和教材的先進(jìn)性

積極開展一維線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、二維平面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、三維空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面展開研究，在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、三維數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)與處理算法、基于內(nèi)容檢索新技術(shù)研究，結(jié)合科研，在教材中補(bǔ)充了技術(shù)發(fā)展新內(nèi)容。

針對課程中的難點(diǎn)問題，積極組織中青年教師進(jìn)行專題討論，總結(jié)教學(xué)規(guī)律，交流教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。通過“輔導(dǎo)實(shí)習(xí)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、觀摩教學(xué)、課程試講”四個環(huán)節(jié)培養(yǎng)青年教師的教學(xué)能力。在教學(xué)中，充分發(fā)揮教師的軟件開發(fā)能力與經(jīng)驗(yàn)，使之貫穿于實(shí)踐指導(dǎo)與講課過程中，教師良好的科研素質(zhì)已在深化教學(xué)中發(fā)揮了重要作用，青年教師已成為教學(xué)骨干。

內(nèi)容與新技術(shù)接軌，增進(jìn)教材的實(shí)用性

教材的編寫以多年來“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的教學(xué)講義為基礎(chǔ)，充分反映了自身的教學(xué)理念，突出課程的本質(zhì)與重點(diǎn)。教材中引入面向?qū)ο蟮男掠^點(diǎn)，補(bǔ)充技術(shù)發(fā)展新內(nèi)容，使教材內(nèi)容與新技術(shù)接軌。

教材以C語言作為算法描述工具，使之與大多數(shù)院校教授的第一編程語言相銜接。對于每種抽象數(shù)據(jù)類型（ADT）定義，不僅包含數(shù)學(xué)模型，同時還包含定義在這個模型上數(shù)據(jù)組織和數(shù)據(jù)處理運(yùn)算，同時在具體章節(jié)內(nèi)容中詳細(xì)展開相應(yīng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及運(yùn)算實(shí)現(xiàn)，并給出了用C語言表示抽象數(shù)據(jù)類型的方法。增進(jìn)了教材的實(shí)用性，該教材被全國多所學(xué)校選用作本科教材，普遍反映教材本質(zhì)突出，體系科學(xué)，實(shí)用效果好。

2強(qiáng)化素質(zhì)能力培養(yǎng)

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的核心內(nèi)容就是通過學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)技術(shù)的過程，培養(yǎng)學(xué)生算法設(shè)計(jì)能力以及創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)舉一反三、觸類旁通的能力，以達(dá)到提高學(xué)生應(yīng)用知識解決復(fù)雜問題的素質(zhì)能力的目標(biāo)。理解、習(xí)慣、掌握算法思維方法是一個構(gòu)造性方式的訓(xùn)練過程，憑借算法構(gòu)造思維方式，從具體操作規(guī)范入手，通過操作過程的構(gòu)造實(shí)施，解決特定問題。

計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)是一項(xiàng)創(chuàng)造性的智力勞動，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)過程，是進(jìn)行復(fù)雜程序設(shè)計(jì)的訓(xùn)練過程，關(guān)鍵在于增強(qiáng)應(yīng)用所學(xué)知識解決復(fù)雜問題的能力，培養(yǎng)優(yōu)良的算法設(shè)計(jì)思想與設(shè)計(jì)風(fēng)格，技能培養(yǎng)的重要性不亞于知識傳授。讓學(xué)生理解、習(xí)慣、熟悉這一套算法構(gòu)造思維方法，是實(shí)踐環(huán)節(jié)所要解決的核心問題。

針對“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”技術(shù)性與綜合性較突出的特點(diǎn)，提出并實(shí)施了“指導(dǎo)—大運(yùn)動量實(shí)踐—反饋”的教學(xué)法來抓好實(shí)踐訓(xùn)練、增強(qiáng)對學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。課程的實(shí)踐過程通過課程實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)兩個環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)，前者偏重于對課程內(nèi)容的理解，后者側(cè)重于軟件設(shè)計(jì)的綜合訓(xùn)練，突出以項(xiàng)目訓(xùn)練為主的教學(xué)實(shí)踐。

(1) 作業(yè)練習(xí)

書面作業(yè)是上機(jī)實(shí)習(xí)的基礎(chǔ)。通過精心設(shè)計(jì)、選擇典型的習(xí)題，啟發(fā)學(xué)生自主完成、改造習(xí)題、舉一反三，使得學(xué)生在有限的時間內(nèi)，通過有限的習(xí)題，掌握盡可能多的知識。做到每堂課有作業(yè)，每章有綜合練習(xí)，作業(yè)全收全改，收發(fā)及時，明確指出作業(yè)中的錯誤點(diǎn)，并對具有技術(shù)難點(diǎn)的題目，進(jìn)行啟發(fā)式講解。

(2) 實(shí)習(xí)指導(dǎo)

課程實(shí)習(xí)著眼于原理與應(yīng)用的結(jié)合點(diǎn)，使學(xué)生學(xué)會如何把書上學(xué)到的知識用于解決實(shí)際問題，培養(yǎng)軟件工作所需要的動手能力，通過課程實(shí)習(xí)使學(xué)生將書上的知識學(xué)“活”，起到深化理解和靈活掌握教學(xué)內(nèi)容的目的。

在實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，采用了“指導(dǎo)—大運(yùn)動量實(shí)踐—反饋”法，即在教學(xué)中強(qiáng)調(diào)對學(xué)習(xí)內(nèi)容的要求和指導(dǎo)，采取大運(yùn)動量訓(xùn)練并及時了解實(shí)踐反饋信息的方法。質(zhì)的飛躍來自量的積累，艱苦的磨練，良好的專業(yè)技能和創(chuàng)造性思維培養(yǎng)的關(guān)鍵在于教師良好的教育引導(dǎo)。本課程的教學(xué)梯隊(duì)成員均主持或參加過國家級、省部級、橫向科研項(xiàng)目，均有主持或參加開發(fā)大型應(yīng)用軟件的經(jīng)歷，良好的科研素質(zhì)基礎(chǔ)在深化教學(xué)實(shí)習(xí)中發(fā)揮了重要作用，這種技能訓(xùn)練過程的有效指導(dǎo)，大大的提高了學(xué)生善于與計(jì)算機(jī)交談的能力和善于聯(lián)想、觸類旁通的能力，在復(fù)雜程序設(shè)計(jì)過程中使學(xué)生的構(gòu)造性思維得到了鍛煉，有利于知識、技能的鞏固和遷移，為進(jìn)行軟件開發(fā)打下了良好的基礎(chǔ)。

(3) 課程設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)重在培養(yǎng)學(xué)生軟件設(shè)計(jì)的綜合能力。對“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程設(shè)計(jì)作出規(guī)范要求，突出了關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)，貫穿基本技能訓(xùn)練主線，體現(xiàn)加強(qiáng)實(shí)踐能力培養(yǎng)的重要思路。

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)”是進(jìn)行軟件綜合訓(xùn)練的第一門課，通過選用具有一定實(shí)用性的綜合題目，采用學(xué)生個人進(jìn)行和小組合作的方式，通過問題分析、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、用戶界面設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與測試的一系列過程， 培養(yǎng)學(xué)生動手實(shí)踐、協(xié)作開發(fā)大型軟件項(xiàng)目的能力，使學(xué)生能夠按照軟件工程的工程化、系統(tǒng)化方法進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，為后續(xù)專業(yè)技能的訓(xùn)練提供基礎(chǔ)。

通過課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，突出構(gòu)造性思維訓(xùn)練的特征，提高了學(xué)生組織數(shù)據(jù)與進(jìn)行編寫大型程序能力，使學(xué)生更好地理解和掌握了算法設(shè)計(jì)所需的技術(shù)，為整個專業(yè)學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。

(4) 考核方式

考核過程采用了全程化（平時考核、期中考試、期末考試）、立體化（課堂聽講、作業(yè)、自學(xué)、實(shí)習(xí)）、標(biāo)準(zhǔn)化（參照水平考試、等級考試等國家統(tǒng)一考試的命題要求）的新型考核體系。真實(shí)地反映了學(xué)生掌握知識、技能的情況，充分發(fā)揮考核與考試對學(xué)生學(xué)習(xí)的督促作用，以及考試內(nèi)容對學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)作用。

平時考核主要通過課堂提問、課堂抽查、小測驗(yàn)、作業(yè)情況、上機(jī)表現(xiàn)等環(huán)節(jié)進(jìn)行；期中考試和期末考試采用標(biāo)準(zhǔn)化形式，增加近年來水平考試中要求的題型，把握課程內(nèi)容要求的深度，加大算法理解與分析、算法設(shè)計(jì)、構(gòu)造分析類、能力型題目的比例。幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)中注重廣泛閱讀、加深理解，從書本越讀越厚，過渡到提綱攜領(lǐng)，總結(jié)提高，使書本越讀越薄。同時教師可通過對考試試卷的分析總結(jié)，找出問題，為改進(jìn)教學(xué)提供依據(jù)；實(shí)習(xí)考核則通過考核程序質(zhì)量、調(diào)試技能、實(shí)習(xí)報告。經(jīng)過多年考試過程的驗(yàn)證，考核內(nèi)容和考核方式適合課程的性質(zhì)和要求。

3加強(qiáng)教學(xué)資源建設(shè)

為了豐富教學(xué)資源，建設(shè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程網(wǎng)站，在網(wǎng)站上，提供電子教材、多媒體課件、網(wǎng)上考試與練習(xí)系統(tǒng)、試題庫等相關(guān)資源。與教材配套的多媒體教學(xué)課件中具有復(fù)雜抽象算法的動態(tài)演示過程，通過實(shí)例化、可視化方式把抽象的概念形象化，突出了典型算法的本質(zhì)。同時多媒體課件中提供的選件控制方式為教師教學(xué)的個性化發(fā)揮提供了基礎(chǔ)。

(1) 開發(fā)與教材配套、適合網(wǎng)上教學(xué)的多媒體課件

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的難點(diǎn)在于對抽象算法本質(zhì)的理解，利用Flash進(jìn)行開發(fā)，以動畫的形式來展現(xiàn)算法，并結(jié)合實(shí)例演示來加強(qiáng)學(xué)生對算法的理解。

課件制作融入了教學(xué)理念，滲透模塊化、數(shù)據(jù)抽象和信息隱蔽等新觀點(diǎn)新技術(shù)，用精練的文字、準(zhǔn)確的圖示描述基本概念，用直觀的動畫解釋抽象的算法過程，豐富了學(xué)生獲取信息的種類、方式，有助于教師形象生動、深入淺出的講解，便于學(xué)生從直觀的感性認(rèn)識過渡到理性的深入理解。課件通過采用模擬方法、單步顯示、自動演示多種方式，并采用動態(tài)網(wǎng)頁方式框架，充分考慮網(wǎng)絡(luò)方式下超鏈接使用的接口，課件中提供了選件控制方式，具有互動性、組裝性、動態(tài)性，便于教師在講課過程中對內(nèi)容進(jìn)行組合，為教師教學(xué)的個性化發(fā)揮提供了基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)了多媒體課件與黑板講授相結(jié)合的課堂授課方式，發(fā)揮了傳統(tǒng)教學(xué)與電化教學(xué)各自的優(yōu)勢。目前有幾十所院校直接與我們聯(lián)系使用課件事宜。

(2) 建設(shè)課程網(wǎng)上教學(xué)網(wǎng)站

課程輔導(dǎo)網(wǎng)站提供了教學(xué)大綱、電子教案、電子教材、課堂視頻、多媒體課件、參考文獻(xiàn)、聯(lián)系教師、相關(guān)題庫等豐富的教學(xué)資源，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)課程的手段，拓寬了學(xué)生的視野，為課內(nèi)學(xué)習(xí)與課外學(xué)習(xí)相結(jié)合提供了支撐，實(shí)現(xiàn)了面授輔導(dǎo)方式與網(wǎng)上輔導(dǎo)相結(jié)合的方式，將傳統(tǒng)的面對面輔導(dǎo)方式與通過教學(xué)網(wǎng)站進(jìn)行的網(wǎng)上輔導(dǎo)方式相結(jié)合。通過論壇、E-mail等方式，實(shí)現(xiàn)師生、生生之間超越時間、空間限制的自由討論，大大提高了輔導(dǎo)的效果和效率。資源上網(wǎng)后經(jīng)常收到來自校內(nèi)外學(xué)生與同行的信息，為校間及國內(nèi)同行提供了課程交流的平臺。使學(xué)生在課堂與課下均有學(xué)習(xí)指導(dǎo)，提高了教學(xué)質(zhì)量、效率與效果。

(3) 加強(qiáng)程序設(shè)計(jì)類訓(xùn)練平臺建設(shè)

深入開展程序設(shè)計(jì)類的課程建設(shè)，提供了相關(guān)的為加強(qiáng)程序設(shè)計(jì)類訓(xùn)練，并建設(shè)了相關(guān)類教學(xué)資源，以提供交流與溝通的渠道。

4課程改革和建設(shè)效果

在教學(xué)體系改革、實(shí)踐能力培養(yǎng)、教學(xué)資源建設(shè)、考核手段上已形成系列特色，提出并實(shí)施了概念、模型、算法的三層次體系結(jié)構(gòu)；采用“指導(dǎo)—實(shí)踐—反饋的措施，采用全程化、標(biāo)準(zhǔn)化、立體化的考核方式，通過作業(yè)練習(xí)、實(shí)習(xí)指導(dǎo)、課程設(shè)計(jì)、考核過程，重點(diǎn)強(qiáng)化實(shí)踐素質(zhì)能力的培養(yǎng)；加強(qiáng)教學(xué)資源建設(shè)，利用現(xiàn)代教學(xué)手段，開發(fā)并逐步完善了具有互動性、組裝性、動態(tài)性的多媒體課件，建設(shè)充實(shí)課程網(wǎng)站，為同行教師間師生學(xué)生間提供了共享與交流的平臺。該成果經(jīng)過本科教學(xué)多年實(shí)踐檢驗(yàn)，已在國內(nèi)多所院校應(yīng)用，受益面大，影響面寬，成效顯著，充分表明該項(xiàng)成果的示范性與推廣價值。