數據結構的ＭＣＡＩ教學方式及實驗教學探討

【摘要】本文系統的闡述了MCAI在《數據結構》教學中的應用，使學生能更好的、更直觀的領悟、掌握數據之間的抽象關系，并介紹教學過程中應如何開展實驗教學，使學生能達到學以致用的效果。

【關鍵詞】數據結構 MCAI 教學方法 實驗教學

一、引言

《數據結構》是計算機領域中重要的一門專業基礎課程。它涉及數據在計算機外和計算機內的表示和組織，以及在相應的存儲結構上的算法設計和算法性能分析技術，該課程具有抽象性和動態性。如何使學生更好地掌握最常用的數據結構，理解數據間內在的邏輯關系、物理關系以及在這些數據結構上可實施的運算和實際的執行算法，如何培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，是這一門課程的目的和宗旨。

二、MCAI教學原則

利用網絡進行MCAI（Multimedia Computer Assisted Instruction多媒體計算機輔助教學）課件輔助課程教學業已成為高等教育體制改革的一個重要環節。現代國內外有影響的教學模式主要有：（1）掌握學習模式（2）發現學習模式（3）范例教學模式（4）最優化教學模式，但傳統的教學方法和手段，制約了這些教學模式的推廣應用，而網絡MCAI系統的建立和以可視化為特征的多媒體技術的應用，有利于綜合這些教學模式的長處。

MCAI教學有很多優點：它集講課、習題課、演示算法為一體，具有生動、形象、直觀的特點，所顯示的版面規范、文字精練、形式多樣，具有多重感官刺激，極大地調動了學生聽課的積極性，有助于學生很好地理解和掌握所學內容。

MCAI教學在講具體的算法實現方面顯得特別優越。如圖的深度遍歷算法，完成此算法需借助于棧結構實現。遍歷完一個結點，將該結點入棧，當一個結點遍歷完后，與其鄰接的所有結點都已被訪問，應如何回退去找其它未被訪問的結點，這時應該從棧里彈出元素，看與這個結點相鄰接的結點是否有未被訪問的。若沒有，再從棧里彈出元素，直到有為止或棧為空。在講算法前，利用動畫演示執行的過程，學生有了一種直觀的印象，再講算法時就不抽象、不枯燥了。

MCAI教學中需要引起注意的一點是教學主體沒有變。在教學過程中始終要把握好學生的主體地位，發揮教師的主導作用，避免課件的喧賓奪主。

三、MCAI教學方案設計

1.教學內容的組織

以教學大綱為依據，從學生的實際情況出發，結合從事該課程多年教學的教師的教學經驗，分析本課程的特性。從數據結構的邏輯結構、存儲結構和數據的運算三個方面去組織線性表、棧、隊列、串、數組、廣義表、樹、圖和文件等常用的數據結構，對教學內容進行精排和優化。運用多種教學內容展現學習內容以激發學生的學習興趣，幫助學生對學習內容進行理解。在習題的選擇上必須廣度和難度兼顧，要覆蓋所學全部內容。

2．教學內容的展現形式

由于數據結構涉及從簡單的線性表到復雜的樹、圖等多種數據結構，具有一定的難度和復雜性，對算法思想的理解成為數據結構這門課程的一個重點，所以，如何將抽象的算法執行過程以淺顯易懂的形式展現在學生面前，是決定這門課MCAI教學成敗的一個關鍵。利用程序可視化思想，首先，建立數據結構課程中算法的可視化動態執行模型；然后，從數據的可視化和算法過程的可視化兩個角度去實現算法演示，力求生動、形象，將算法執行的動態過程表現得淋漓盡致。

MCAI課件主要包括課程內容、算法演示、在線測試、在線討論以及資源中心五部分功能。不僅可以提供交互式環境供學生學習，并能自動根據操作過程進行實時評價，讓學生通過網絡學習，自己掌握學習進度，提高學習的積極性和主動性。

四、實驗環節的教學設計

1.實驗目的

數據結構是實踐性很強的一門課，培養學生的實踐能力是教學的首要目的。實驗教學的目的是：（1）緊密配合理論教學，通過相關實驗，幫助和加深對數據的邏輯結構、存儲結構、算法思想和具體實現等各個環節的整體理解；（2）通過實驗可以將各門課程學到的知識融會貫通，思考與發現利用數據結構解決實際應用問題的有效方法，從而使學生分析和解決問題的能力得到鍛煉和提高；（3）通過實驗，強化學生“結構——算法——編程”三者密切相關的意識。

2.實驗選題

依據實驗教學的目的并考慮學生的個體差異，將實驗設置成不同的類型：（1）必做和選做實驗，這兩類實驗都是結合相關課程的教學需要由授課教師設計的。前者目的在于幫助學生掌握基礎知識和實驗研究方法，后者則在于培養和鼓勵學生的學習興趣、擴大知識面以及培養學生的應用能力和創新意識。（2）允許學生結合本人的興趣，從實際應用中選擇有具體應用背景的實驗題目，充分發揮學生的主動性。

3.實驗結果提交

實驗開始之前，要安排集中上課講解；實驗中安排教師現場輔導；實驗課結束之后組織交流討論。對基礎實驗要求學生單獨完成，一些綜合實驗則分組完成。實驗成果包括學生按照實驗的具體要求所開發的所有源程序、源程序的說明文件；撰寫課程設計報告，包括算法的主要思想、主要數據結構、算法的基本實現、調試過程、結論及心得。

五、結束語

MCAI是一種優秀的教學媒體，我們在教學過程中必須把網絡MCAI和教師課堂講授有機地結合起來，積極改變自己的教學方法，使講授與多媒體教學相輔相成，便于學生的理解、領悟以及學生分析能力的培養，最終達到學以致用的目的。

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(作者單位：吉林長春理工大學光電信息學院）