應用型本科數據結構課程教學改革的探索

摘要:在大眾化教育背景下，在應用型本科高校中，提高計算機專業主干課程“數據結構”的教學效果是非常重要的。該文以計算機專業應用型本科的培養目標為出發點，分析了目前數據結構教學中存在的問題，對數據結構課程從教材到教學方法上進行了初步的改革探索，提出了幾點思考，以期望能夠使學生更好地掌握該門課程。

關鍵詞: 數據結構;教學方法;實踐

中圖分類號:G642文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)32-9017-02

A Exploration for Teaching Reform of Data Structure Course in the Application-oriented Undergraduate Colleges and Universities

WANG Jun， ZHOU Ming-zheng

(Dept. of Comp. Sci. Engn， Anhui University of Technology and Science， Wuhu 241000， China)

Abstract: Under the background of popular education， it is important to improve teaching effectiveness for computer major courses \"data structure\" in the application-oriented undergraduate colleges and universities. In this paper， for the purpose of cultivating application-oriented undergraduate， analyzing the problems in the current teaching data structure， a preliminary exploration of the reform is put forward for data structure course materials and teaching methods with some thoughts， which is expected to enable students to have a better knowledge of the course.

Key words: data structure; teaching method; practices

在當今的大眾化教育大背景下，對于應用型本科高等院校，計算機科學與技術專業的培養目標已經發生了改變，其主要培養的不再是理論性的研究型人才，而是培養掌握計算機硬件、軟件與應用的基礎理論、基本知識、基本技能和方法，有一定系統級的認識能力和抽象能力、具備很強的設計能力和工程實踐能力的應用型人才。

針對這種情況，“數據結構”課程在整個專業中的教學體系也要隨著這種培養目標的改變而改變。“數據結構”是計算機學科的一門綜合性的專業基礎課，也是計算機學科的核心課程，在整個學科知識體系中占據非常重要的地位。通過該課程的學習，不僅為后續課程打好理論基礎，而且相對于培養目標的“很強的設計能力和工程實踐能力”來說，提高學生對數據的組織能力，利用程序設計處理數據的能力更為重要。

本文在分析當前應用型本科計算機科學與技術專業“數據結構”課程教學中存在的問題的基礎上，針對數據結構課程內容的高度抽象性和實踐性強的特點，從教材到教學方法進行了一系列的改革實踐。不再強求對數據結構中抽象數據類型的重點掌握，而是從應用出發，著重強調培養學生對數據的組織和處理能力的提高，以編程實踐為主要實踐手段，達到提高學生解決實際問題的應用能力和工程實踐能力。

1 應用型本科計算機專業“數據結構”教學中存在的問題

“數據結構”課程內容多、概念多、方法多、邏輯性強、高度抽象、技巧性強、實踐性強。沿襲精英教育的“數據結構”教學多以傳授知識、抽象描述數據結構及算法為主， 輔以一定的編程實踐， 大部分學生在學完該門課程后， 普遍感到能看懂數據結構的算法描述， 卻無法根據實際問題動手設計數據結構及其算法， 更不用說應用所學知識編程解決問題了。造成這種原因是多方面的，筆者根據大學擴招已來幾屆學生的數據結構的教學體會，認為主要問題表現在以下幾個方面:

1) 數據結構的預備知識掌握不牢。由于其前導課程掌握不好或沒能熟練掌握，導致學習本課程困難。數據結構所需的預備知識對不同的專業可能有所不同，但一般必須要先行修過“離散數學”和一門高級語言的程序設計(如PASCAL、C、C++等)。計算機作為以數學和電子技術為基礎發展起來的學科，里面用到很多數學理論，在進行抽象數據類型的介紹時，要有一定的代數理論;作算法分析時，就必須有一定的概率理論作基礎;作非線性結構的分析時，就必須用到離散數學中的樹形結構和圖論的知識。而作為計算機專業的最基本的程序設計語言來說，“數據結構”中的算法大多由類PASCAL或類C、C++語言描述而成，在學習數據結構前PASCAL或C或C++已經講授過了，但由于學生剛剛開始接觸程序設計語言，對程序設計語言的掌握往往集中在計算機語言的語法上，而忽略了程序編寫能力的培養，實踐能力很弱，沒有建立起基本的程序設計思想，不能利用計算機解決問題，更談不上把所學的知識融會貫通，學生在學完程序設計之后，甚至對程序設計有了恐懼情緒。

2) 教材理論性、抽象性太強。在“數據結構”課程教材的選擇上，很多高校沿襲精英教育時代選擇清華大學嚴蔚敏老師的《數據結構》教材，該教材曾獲“第二屆普通高等學校優秀教材全國特等獎”和“1996年度國家科學技術進步獎三等獎”。嚴蔚敏老師的教材理論完善，邏輯性、抽象性強，對培養計算機專業學生的邏輯思維，數據抽象能力有很好的效果，成為中國高等院校計算機專業的最為經典的教材之一，累計發行超過了100萬冊，對我國的計算機教育的發展作出了杰出貢獻，筆者當年也從該教材中獲益匪淺。但從1992年出版已來，實質內容一直沒有發生根本的改變，只是根據算法的描述語言進行了修改。在大眾化教育的今天，在以培養應用型的計算機工程技術人才的普通高等院校，該教材筆者認為在理論上顯得深了些，特別是該教材嚴格采用算法設計的語言來描述算法，對于計算機語言不是很熟練，程序設計思想尚未完全建立的學生來說，很難將課本的中的含有一定設計技巧的算法轉換為程序，上機調試通過，在一定程度上挫傷了學生編寫程序的積極性，阻礙了學生實踐能力的提高。

3) 教師本身的教學方式和方法單一，不能充分地調動學生的情緒，使學生的思維跟上教師的思維。在傳統教學中，教師為了讓學生理解相關的概念、算法等內容，常需要大量的板書配合文字、圖表等加以說明，學生隨著教師的思路分析問題，，能有充分時間作筆記，但由于課程內容抽象難懂、教師多忙于板書和講解，學生忙于作筆記，雙方嚴重缺乏互動，課堂氣氛沉悶，學生提不起學習的興趣，往往出現“一邊教師唾沫橫飛、嘶聲力竭，而學生則唉聲嘆氣、一臉困惑的情景”。采用多媒體課件后，教師可以充分利用多媒體技術將算法、圖表等內容形象、生動地表現，學生學習興趣也有很大提高，卻又容易導致學生既要關注屏幕內容又要忙著作筆記，無暇思考問題，課后難以消化，“聽課”則又變成了“看課”。

2 應用型本科計算機專業“數據結構”教學的幾點思考

大眾化教育大背景下，由于普通高校生源質量的下降，對“數據結構”課程的預備知識掌握不牢，對于應用型本科高等院校“數據結構課程”的教學，不能再強求對數據結構中抽象數據類型的掌握，而是從應用出發，選擇合適的教材，采用多種教學手段的綜合，著重強調培養學生對數據的組織和處理能力的提高，以編程實踐為手段，達到提高學生解決實際問題的應用能力和工程實踐能力。

2.1 教材的選擇

由于應用型本科高等院校的計算機專業培養目標是很強的設計能力和工程實踐能力的應用型人才，因此教材的選擇，筆者認為理論性、抽象性太強的教材不一定適合這一層次的高校使用。一方面學生的學習能力不能和研究型大學相比，理論性、抽象性太強的教材學生往往不能夠掌握，學得很吃力。另一方面教師不僅要將算法原理講述清楚，有時，為了學生能夠將算法轉換為程序，還需要額外的學時將算法如何轉換描述清楚，甚至要補講程序設計語言的內容，造成學時不夠。例如，在算法描述的時候，對于數據類型，絕大部分的教材都是利用抽象數據類型的形式描述算法，這樣學生在實踐的過程中將算法轉換為程序時，出錯較多，基礎差點的甚至根本就不會轉換，給學生造成該門課程我用的錯覺，打擊了學生學習的積極性，不利于學生編程能力的提高。因而，應用型本科高等院校的“數據結構”教材，在描述算法時，應該盡量用貼近編程語言的形式描述算法，降低學生將算法轉換成程序的難度，同時為了兼顧算法的描述，可以對比較復雜的算法以流程圖的形式先行介紹算法思想。

2.2 教學內容的組織

在教學中，始終以算法實現的兩種基本的存儲結構順序結構和鏈式結構為主線，對數據結構的三種數據組織形式線性結構、樹型結構、網狀(圖形)結構，以點線面體的形式進行立體組織授課。整個教學體系是在線性表、樹、圖各個數據結構知識點的基礎上，以數據組織的兩種存儲結構為貫穿整個課程的兩條主線，注重培養學生掌握各個知識點之間的聯系，形成數據結構的理論教學面;在數據結構的實驗教學方面，同樣采用順序和鏈式兩種存儲結構為主線，以編程實現線性表、樹、圖的數據組織和算法為手段，提高學生的動手能力;最后將理論和實驗兩者結合起來進行數據結構課程的課程設計實踐，進一步提高學生解決實際問題的能力。例如對線性結構的教學，重點講授線性結構的兩種存儲結構下的實現，而對線性結構的抽象表示以線性結構特征的形式體現即可。由于數據的線性組織方式是整個“數據結構“課程的基礎，務必讓學生掌握透徹，提高對該門課程的興趣。在完成理論教學之后，實踐上以應用為切入點，提出線性結構的數據組織和處理的實例，進行編程實踐，培養學生的工程實踐能力。

2.3 綜合運用多種教學手段

根據數據結構這門課的特點，在不同的教學階段運用不同的教學手段。單一的教學模式和教學手段在數據結構教學中是不適合這門課的特點的，效果也肯定不會很佳。勿庸置疑，現代教學手段能提高教學效果，現代的多媒體教學課件，網絡資源，立體化教材等，對提高某些課程的教學效果作用很大，但對理論性很強的數據結構課程的課堂教學，只能起一定的輔助作用。在講某種數據結構，如線性表、樹、圖等，是可以輔以多媒體課件直觀表示，但完全用多媒體教學效果就不一定好，在講述算法思想的時候學生更喜歡教師用粉筆邊寫步驟邊解釋。現代教學手段有它的用武之地，也有它的適用范圍，不應在什么方面都用現代教學手段。筆者認為，對數據結構中的數據的組織形式和算法的實現可以利用多媒體進行演示，而對于算法思想的講述，在黑板上雖然講解速度慢但比多媒體對學生的影響更深刻，這樣結合，可發揮兩者的長處。

3 結束語

《數據結構》是一門理論性和實踐性都很強的課程，筆者認為，對于應用型本科而言，理論教學固然重要，但應將著重點放在實踐環節，強調學生編程動手能力的培養。以培養學生的動手實踐能力為主線，兼顧理論教學，在實踐中總結理論，綜合運用多種教學手段比較適合應用型本科學生的接受能力，也符合培養目標的要求。

參考文獻:

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