“數據結構”課程的教學探索

摘 要：文章以“數據結構”的教學實踐經驗為基礎，結合目前的計算機專業課教學改革方法，闡述了當前“數據結構”這門課教學上的一些常見的問題和對數據結構這門課在教學改革上的一些創新的認識。

關鍵詞：數據結構課程教學探索 教學實踐 教學改革

中圖分類號：G642.41 文獻標識碼：A

一、“數據結構”的重要性

“數據結構”在計算機科學中是一門綜合性的專業基礎課，同時也是計算機學科核心課程之一，在計算機科學中有很重要的地位和作用。數據結構不僅涉及到計算機硬件理論的范圍，更與計算機軟件有著密切的關系，因此可以說數據結構是計算機軟件與硬件理論的交叉科目。數據結構與其它計算機學科關系緊密，如編碼理論、編譯原理、操作系統等等，其相關知識在很多領域都有著廣泛的應用。這門課主要討論數據的邏輯結構以及在計算機上的實現問題，涉及了以下幾方面的知識：數據的邏輯結構、數據的存儲結構、相應存儲結構下的算法實現。處理數據是計算機的根本任務，隨著數據量的增加，程序規模的擴大，如何組織數據成為衡量程序“好壞”的標準之一，設置本課程的目的，在于系統地向學生介紹幾種基本的數據結構以及其存儲結構和相應算法，使學生通過本課程的學習，既掌握數據結構的基本知識，也具有設計、實現、分析和組織程序數據方面的初步能力，為從事計算機軟件開發工作及理論研究工作打下堅實的基礎。

二、數據結構課程教育中存在的問題

“數據結構”是一門理論性強、實踐性也很強的課程，已被國內外高校列為計算機專業的主要課程，同時也是國內許多高校計算機專業招收研究生的必考專業課程。

由于該課程具有一定的理論深度和難度，而且學生普遍對本門課程的重要性認識不足，認為“數據結構”課程里面談論的都是一些抽象的理論和空洞的算法，而沒有認識到其在理解軟件理論和方法上的重大潛在價值。在這種畏難心理的驅動下，學生缺乏學習積極性，進而表現為學習興趣不濃，學習目的不夠明確；另一方面，教材質量和教師是否對授課內容有透徹的了解以及授課水平都是相關因素。但是教材質量和教師授課水平都有保證的情況下就一定能獲得良好的教學效果嗎?就“數據結構”課程而言，答案仍然是否定的。根據作者的經驗和所作的調查顯示，在這種情況下，設計適宜和組織良好的實踐過程是整體上提高數據結構課程教學質量的決定性因素。然而令人遺憾的是根據作者所作的調查，全國各地院校有相當大的比例，在所開設的數據結構課程中實踐過程的內容太少或只是幾個孤立的課程實驗。出現這種情況有兩個原因：一是少數相關教師沒有認識到實踐過程在數據結構教學中具有特殊的重要性；二是雖然多數教師認識到這種重要性，但是不清楚如何設計一個適宜的實踐過程以及如何組織實施這個實踐過程。

三、對數據結構教學的初步探索

1 充分利用學生感興趣的事物來講解枯燥的概念

在數據結構的第一節課首先要對數據結構的作用做一個概括。這時如果采用傳統的方法利用教材上的概念給學生做解釋的話，很難使學生們在對數據結構完全沒有了解的情況下理解這個概念。根據現在大學生都喜歡玩各種魔法類游戲的特點，首先先拋出一個能吸引學生注意的問題：“xx游戲中都有哪些魔法技能?”，同學們很容易被這種他們熟悉的問題所吸引，紛紛踴躍回答：“有水系魔法、火系魔法、冰系魔法……”，循著學生的思路繼續引導，“水系、火系、冰系魔法里面又包括哪些魔法?”，“火系下有烈焰光環、火焰彈……，冰系下有冰錐和寒冰盾”，接下來開始向數據結構的方向引導，“這些數據之間有什么邏輯關系?在計算機中如何表示這些數據?”，學生可以很容易地畫出圖1這樣的樹形結構。這時可以告訴學生，這種樹形結構是數據結構中非常重要與典型的一種，相類似的還有家族的族譜，也是典型的樹形結構。

通過這種以同學們感興趣的客觀世界中存在的事物來解釋我們理論的方法顯然更易被同學們理解和接受，并且會在腦海里留下深刻的印象。

2 變“單向”的教學模式為“雙向”

增加課堂的互動環節，使學生很好的參與到課堂教學中來。在傳統的教學模式中，一般以教師的講解為主，很多情況下，是講臺上講的激情澎湃，講臺下聽的昏昏欲睡。如果適當的在課堂上增加一些提問，如果這些問題難度適中的話，既可以增強學生們的自信心，又能激發他們的求知欲望。另外還可以以課堂討論的方式，結合某種實際問題(如交通燈問題)，從問題的分析人手，用數據結構理論幫助解決問題。從而培養學生靈活運用所學理論知識分析問題、解決問題的能力，提高他們思維的活躍性。同時以實例的方式使學生明白通過“數據結構”課程的學習，可以深入理解計算機軟硬件的理論基礎，做到知其然更知其所以然，從而能夠更好地運用計算機解決各種實際問題。這樣，既能夠對前期課程起到復習鞏固的作用，又能讓學生切實體會到本課程的實際價值，從而充分激發學生的興趣和熱情。

3 將各種先進的計算機多媒體技術作為教學的輔助手段

同其它的理工科理論課程一樣，該課程具有很多概念和定理，再加上大量復雜的算法，具有很強的抽象性。因此，要獲得良好的教學效果，必須借助先進的多媒體技術，制作形象化的教學課件，使抽象的理論生動起來，便于學生理解和記憶，幫助學生消除望而生畏的情緒。赫夫曼樹與赫夫曼編碼是數據結構中的一個重要算法，在圖像壓縮等領域有著廣泛的應用，是樹形數據結構的一個典型實例。為了使學生形象地看到利用赫夫曼樹進行赫夫曼編碼的過程，筆者利用Flash制作了一些動畫片段，如圖2所示，面對生動的動畫，同學們不僅表現出了極大的興趣，同時更深刻地掌握了這一重要的知識點。

4 充分重視實踐環節，科學組織實驗與課程設計教學

首先，筆者所在的數據結構課題組在吳偉民老師的領導下開發了一套以《數據結構題集》中的實驗題目為基礎的作業編譯系統，可以在windows界面下對學生按照題目要求編寫的代碼段進行編譯、運行與測試，并能夠進行可視化的調試過程，減輕了學生編寫基本數據類型的工作量，把精力集中于題目所要求的小段算法，并訓練了學生動手調試程序的能力，極大的改善了課程實驗的教學效果。

其次，數據結構課程設計題目充分考慮了理論與實際應用的結合，設計了一批應用數據結構理論的小型系統開發題目。在開發過程中，學生可以注入結構化程序設計思想，將整個系統模塊化，合理組織不同能力層次的學生分組開發各個功能模塊，讓所有學生共同參與，協作完成；鼓勵學生間相互探討，各抒己見，激發學生的創作研究熱情并共同提高。同時還可以引入軟件工程理論，嚴格控制系統開發各環節功能的實現過程，培養良好的嚴謹的軟件開發風格，從而使學生既鞏固了所學理論知識，并融會貫通，又培養了學生理論聯系實際和綜合運用各門課程理論的能力，為以后的實際工作打下堅實的基礎。

參考文獻

[1]嚴蔚敏，吳偉民，數據結構(c語言版)[M].北京：清華大學出版社，2002.

[2]嚴蔚敏，吳偉民，米 寧，數據結構題集(c語言版)[M].北京：清華大學出版社，1999.

(文字編輯、責任校對：鄒 紅)