“數據結構”教學的探索與研究

文章編號：1672-5913(2008)18-0131-02

摘要：“數據結構”是計算機專業的專業基礎課程，具有核心和基礎的地位。本文從教材選擇、教學方法、現代教學資源的利用、實踐教學等方面論述了作者的教學體會和觀點。

關鍵詞：數據結構；教學方法；實踐教學

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

The Exploration and Research of the teaching of Data Structure

Abstract: Data Structure is a professional and basic course of the computer speciality，it is the basis and the core. The teaching experience and perspectives of the author are discussed about the choice of teaching materials，teaching methods，the use of modern teaching resources and the practice teaching.

Key words: Data Structure，teaching method，practice teaching

計算機碩士研究生入學考試2009年開始改革，采取全國統考的方式，數據結構是考試的必考科目。數據結構是計算機程序設計的重要理論和技術基礎，它所涉及的內容和方法，無論是對學習計算機領域的其他課程，還是對從事軟件項目的開發都有著重要的作用。學習數據結構要達到的目標是：學會從問題入手，分析和研究計算機加工的數據結構的特性，以便為應用所涉及的數據選擇適當的邏輯結構、存儲結構及其相應的操作方法，并初步掌握算法的時間復雜度和空間復雜度概念。根據21世紀對人才培養的要求，教學應重在學生能力、素質的培養，尤其是思維能力、創新能力、實踐能力的培養。因此，這些年我們致力于數據結構課程的建設，把課程建設作為一項系統工程來抓，從教材選擇、課程體系建設、師資隊伍、課程教學、實踐教學、教學管理等各個環節不斷實踐和探索，特別是在課程教學方面，加強教學研究和教學方法、教學手段的改革，從提高學生的學習興趣和加強實踐環節教學方面入手，取得了良好的效果。

1教材選擇

計算機軟件開發方法是不斷發展的，數據結構的課程內容也應隨著軟件開發方法的不斷發展而發展。目前面向對象的軟件分析與設計技術已發展成為軟件開發的主流方法。因此，用面向對象的思想組織數據結構課程的內容，用面向對象的程序設計語言描述數據結構問題，就成為數據結構課程內容改革的必然。

國外在20世紀90年代已將數據結構教材改為用C++或Java描述，這主要是適應軟件開發技術發展的需要。國內大學雖然在這門課程的教學內容和教材建設方面起步較晚，但目前國內用C++或Java描述的數據結構教材已經出現，那么關于教材選擇問題應該適應軟件開發技術發展的需要。

2基于問題的教學方法

對于數據結構教學過程中的許多抽象的概念、算法和思想，以教師為中心的教學模式起不到很好的效果。那么授課教師在教學過程中采用什么教學方法，對學生學習興趣的培養至關重要。在教學過程中，采用以學生為主體、以問題為中心的模式，激發學生的學習興趣，充分調動學生的求知欲，提高他們的積極性和主動性。在教學過程中，自始至終都圍繞問題而展開教學活動，引導學生不斷發現問題、提出問題、分析問題并最終解決問題，培養學生的創造性思維。

第一，概述講解中，可引入如下問題：1、[樹]人機對弈問題中，如何實現對弈？各格局之間是什么關系？2、[表結構]學校學生基本信息管理中的表，各表項之間是什么關系？3、[圖]教學計劃編排問題中，如何表示課程之間的先修關系？ 4、[圖的最短路徑]假如你想去大理、昆明、麗江旅游，如何安排路線時間最省？通過這些學生非常熟悉的案例引入數據結構的概念，生動直接，讓學生輕輕松松理解了數據結構的概念及其實用，能夠提高學生的學習興趣。

第二，在講述每種線性結構和非線性結構之前，我們應該提出一個應用的實例。通過實例進行課前導學，讓學生明白為什么要學習它，它有什么用處。譬如，在講述隊列結構前通過火車的進站出站這個形象例子引出隊列理論；在講述樹形結構前，可以引出在網站和信息系統中經常見到的“樹形目錄結構”的實例、操作系統中文件目錄結構的實例，給出應該怎樣實現和操作樹形的目錄，通過實例逐步引出理論。在講述圖結構前，可以先講述“哥德斯堡七橋問題”，通過這個經典問題引導出圖的理論。否則會出現這樣的現象：很多學生學習了數據結構之后，不知道所學習的這些數據結構有什么用，或者干脆就認為數據結構這門課程就沒有用。為了避免這些怪現象的出現，覺得數據結構課程的講解務必要通過充分的實例讓學生真正理解這些常用結構的實用之處，讓學生在分析解決具體問題的時候能夠很自然地想到去用自己所學的數據結構。

第三，在講每一種算法的過程中，我們可以采用提出問題、分析問題、解決問題和討論問題的方式講解。譬如順序表的插入算法，我們首先提出問題：想要在一個順序表的第i個元素前插入一個新的元素，該怎么做？然后通過動畫演示分析問題的思路：(1)判斷線性表的存儲空間是否已滿，若已滿，則進行“溢出”處理；(2)檢查i值是否超出所允許的范圍，若超出，則做“超出”處理；(3)將線性表的第i個元素和它后面的所有元素均后移一個位置；(4)將新的元素寫入到空出的第i個元素位置上；(5)線性表的長度加1。其次，怎樣用一門高級語言實現算法。最后，進行算法分析。在教學中，不斷的引導學生分析問題，采取合作互動的方法，學生“畫龍”，老師“點睛”，讓課堂活躍起來。逐漸培養學生分析問題和解決問題的能力。

3充分利用各種現代教學資源

首先，在教學中通過合理使用現代化教學手段使教學效果更加直觀，編寫多媒體教學課件和演示程序，可以讓本來抽象的內容變得很容易理解，既消除了學生的畏難情緒，也提高了學生的學習興趣，強化了教學效果。譬如：棧和隊列的入和出的動態表現；排序和查找過程的動態演示；動態鏈表的基本操作和遞歸的模擬演示等；這些都可以利用Flash制作出過程演示動畫，在講課的適當時候，給學生演示。而如果僅僅在黑板上畫圖，不僅浪費上課的寶貴時間而且學生還不容易聽懂。比如我們對快速冒泡排序的講述，簡單講述概念之后，演示課前用Flash制作好的一組數值的冒泡排序過程動畫，然后根據演示過程提出快速冒泡排序需要解決的關鍵問題，再帶著提出的問題回放演示動畫，從而給出所提出的問題的解決方法。這樣形象地講述，教學效果非常好。

其次，充分利用網絡為學生提供各種信息資源，用于支持學生的自主學習和協作式探索。譬如：為數據結構課程建立一個學習網站，包括如下內容：(1)各種教學輔助材料：教學大綱、實驗大綱、電子教案、教學錄像、算法演示程序、典型問題示例程序等等；(2)進階學習指導：在內容上分層次，將每一章節的內容分為基礎篇和提高篇。基礎部分是大綱上要求的，每位同學必須掌握；提高部分可以供學習好的同學選學；(3)測試系統：用于學生自己考核自己的學習效果；(4)答疑解惑：為學生和教師之間的交流提供一個平臺，便于學生及時發布不懂的問題、教師及時解決學生的疑問。我們自己的數據結構教學網站已經發布在校園網上，而且一直處于完善中，起到的作用非常明顯，特別是答疑解惑部分，學生基本都能利用這個平臺及時將不懂得問題提交給老師。目前，我們準備再添加關于學生數據結構考研輔導的內容。

4加強實踐教學環節

上機實踐是對學生全面綜合素質進行訓練的一種基本方法，是課堂教學的一種延伸，是必不可少的一個教學環節。編程中的問題往往比平時的習題要復雜的多，也更接近實際。編程能使學生所學到的書本知識“活”起來，起到深化理解和靈活掌握教學內容的目的，同時，編程也是對學生軟件設計綜合能力的訓練。

精心選擇上機習題，著眼于基本知識的理解和基本編程能力的培養。類是一種實現設計復用和代碼復用的有力工具，在程序設計習題選擇時采取循序漸進、逐步積累的方式，引導學生自己建立可復用的構件，并在以后的練習中直接使用，提高編程的工程能力和思考能力。譬如：關于順序表、隊列、堆棧、樹和二叉樹等基本的數據結構，可以要求學生實現相應的類，在實際的應用習題中拿過來就用。比如關于樹結構部分可以設計如下上機習題：(1)二叉樹的建立和遍歷。這個題目是基于學生對二叉樹的基本理解；(2)給定一顆二叉樹，打印指定結點的雙親和所有的孩子結點。學生在完成這個題目前需完成題目(1)，直接利用(1)中所建立的二叉樹類和結點類來繼續進行此題目的編程；(3)利用Java、C++或C#中提供的樹結構API完成一個簡單資源管理器的實現。這個題目難度相對較大，但這個題目的完成應該能讓學生真正理解樹結構的實用之處。

5結束語

從2009年開始，計算機專業碩士研究生入學考試改革，所考的科目都統考，數據結構是必考的四門專業課程之一。數據結構是計算機專業的核心課程，是計算機程序設計的重要理論技術基礎。因此，開好這門課程對學生來說是至關重要的。所以對于該課程的教學不僅要從理論上進行探討，還要從教材選擇、教學方法、教學輔助資源、實踐環節等方面進行研究，以真正提高該課程的教學效果。

參 考 文 獻

[1] 殷人昆. 數據結構(用面向對象方法與C++語言描述)[M]. 北京：清華大學出版社，2007.

[2] 朱戰立. 數據結構—Java語言描述[M]. 北京：清華大學出版社，2005.

[3] 王紅梅等. 數據結構(C++版)[M]. 北京：清華大學出版社，2005.

[4] 殷人昆等. 數據結構習題解析(用面向對象方法與C++語言描述)[M]. 北京：清華大學出版社，2007.

[5] 連進. 數據結構課程教學方法的研究[J]. 湖北經濟學院學報(人文社會科學版)，2008，5(5):183-184.