提高“數據結構”課程教學效果的方法初探

葉 雙 吳清江 緱 錦 陳 霞

摘要:“數據結構”作為計算機學科的一門核心基礎課程,提高教學質量尤為重要。本文在如何提高數據結構課程教學效果,如何激發學生學習興趣等方面作了一些研究,就教學方式、教學方法、實驗教學和網上互動等方面的改革提出了一些探索性的方法。

關鍵詞:數據結構;教學改革;教學方法;教學效果

中圖分類號:G642 文獻標識碼:A

“數據結構”是高校計算機學科一門非常重要的基礎課程,尤其需要學生扎實掌握。但在“數據結構”教學過程中筆者也發現雖然師生都很重視,但學生學習的效果并不與之成正比。學生普遍反映的問題是:課堂上聽老師講解覺得很好理解,但是讓他們自己動手設計數據結構及其算法來解決實際問題時就感覺力不從心了。也有些同學覺得數據結構理論性太強,在實際的應用中往往用不上。筆者對這個問題也研究了很久,覺得問題的原因應該是多方面的。

首先,目前我們仍然采用的是傳統的板書(黑板+粉筆)教學方式,這種方式比起時下流行的多媒體教學方式顯然不夠有視覺沖擊力,不夠生動。

其次,由于學時有限,教學任務繁重,目前的教學中,還是主要以教師講解為主,缺乏靈活的教學方法,陷入以“教師為主體”的怪圈中。學生在遇到困難時會有挫折感進而很容易置身其外。而太多的內容,學生往往分不清主次,概念也很容易混淆。

再次,數據結構中闡述的抽象數據類型,有其獨立于應用的好處,然而這種抽象性反而如一堵墻擋在了它與學生之間,使學生在應用時常常覺得麻煩或無從下手。如何將這堵墻轉變成一架橋梁是廣大教師需要考慮的問題。

另外,實驗是加強學生應用能力的重要環節。目前的情況是實驗學時不足,學生除了實現教材中的基本數據結構及其算法外,得不到更多的訓練。

所以解決這些問題也應該從多方面入手考慮,下面總結了筆者對上述問題一些探索性的解決思路。

1將可視化的多媒體教學方式與傳統的板書教學方式相結合

傳統的板書講解方法能夠使學生有足夠的時間思考和消化教師講解的內容,而且還可以通過舉例等手段讓講解更形象。但是學生的程度不同,吸收知識的能力也不同,黑板一擦,學生只能憑記憶復習。

而多媒體手段比板書講解更生動,其次,它利于保存,便于作為一種學習資料供學生課后復習。而實踐也證明了圖、文、聲并茂比單純文字敘述更有助于學生理解和長期記憶。但現在許多教師一味強調多媒體手段的好處,擯棄傳統的板書教學也是不妥當的。筆者曾經聽過學生這樣抱怨:我們老師上課時就只知道動動鼠標,也不寫寫黑板。可見學生對這種教學方式也是有質疑的。因為多媒體教學很容易使得教師過分依賴多媒體手段,忽視教學的策略和方法,以及與學生的互動過程;而學生很容易被課件所牽引,忽視教師的講解以及自我思考。

所以筆者認為可以把多媒體手段作為板書教學的必要補充,兩者相輔相成。充分發揮多媒體教學軟件作為課堂和課后的補充教學手段的作用。例如一些難于用板書講解說明的部分,如遞歸過程等可以在課堂上利用多媒體軟件讓學生更好地理解。而課后,學生還可以通過使用該軟件進行必要的復習和練習。

目前教師使用的多媒體手段多為教師自己制作的多媒體課件,以及從網上下載或自己制作的flash動畫。當然,最好采用專門的多媒體軟件,可以選用國內外優秀的數據結構多媒體軟件,也可以由教研組組織教師開發符合自身教學需求的類似軟件。這些軟件除了演示算法過程外,往往還有其他的好處:(1)允許學生輸入,進而觀察不同條件下算法的演算過程,不僅更具靈活性,還培養學生主動探索的精神。例如演示快速排序時,觀察選取不同的樞軸元素對效率的影響。(2)算法演示過程增加單步控制功能,便于學生控制和觀察演算過程。(3)增加互動部分,如演算到某一步驟時暫停提出問題讓學生思考。(4)算法演示的每一步驟的動畫畫面與其對應的偽碼置于同一界面顯示,方便學生比對學習。(5)可包括一些啟發性的練習題及參考答案供學生課余時間有選擇性訓練。

2豐富教學手段,變“以教師為主”為“以學生為主”

傳統的板書教學配以現代多媒體教學手段仍然是不夠的。在實際教學過程中,還要思考用更科學的教學方法來調動學生的學習積極性,畢竟教學本身應該是以學生為主體,教師來組織和引導的過程。

(1) 案例教學法

該方法是現今非常熱門的教學方法之一,起源于哈佛大學。一提到數據結構,很多學生往往將其歸為一門理論課,而實際上它是對實際應用具有很強指導性的課程。所以,如果盡可能結合具體應用實例講解知識點,有了應用背景,學生學習更有目的性,教學效果也會更突出。例如在介紹稀疏矩陣時結合其在圖像壓縮問題中的應用,這樣學生學起來不會感覺枯燥,也更便于他們對知識點的理解和記憶。

(2) 啟發式教學法

研究表明,問題可以更好地激發學生的求知欲,使學生注意力集中。學習不應是簡單地接受課本一成不變的知識,而應在原有問題的基礎上不斷引導學生發現新的問題。采用提出問題的啟發式教學方法可以激發學生的學習欲望,拓展思維方式,培養創造精神。

教師可以在講解完課本上的經典算法后,啟發學生將其修改后應用于一個實際問題中。例如用一維數組保存個人信息,其中包含“性別”項,思考如何運用快速排序思想實現將記錄按男在前女在后的順序排列。此外,還可以整理出一些小問題安排給不同的同學負責查閱相關資料并在課堂上講解。

(3) 討論式教學法

數據結構中有一些在認知上容易混淆的知識點,還有很多知識點是需要總結對比的,例如比較兩種存儲結構的優缺點或者比較多種排序方法各自的特點,等等。這時可以采用學生分組討論+教師引導的方法,即不是由教師直接給出結論,而是變教師主動為學生主動。具體可將學生按座位臨近原則進行大致分組,然后讓他們在小組內進行討論并記錄得出的結論,最后在班上綜合討論出結果來。這種方法可以讓學生在團體協作中發現新問題并逐步完善自身考慮的缺陷,加強理解和記憶過程。

(4) 比較式教學法

教師可事先布置一些題目,如迷宮問題,讓學生先根據自己之前所學或查閱相關資料思考解決方法,然后在講解到具體章節時讓學生就采用棧結構的方法與自己先前的方法作比較從而更深刻理解數據結構在解決具體問題中的應用。“比較式學習法”的另一個應用是鼓勵學生采用不同的方法解決同一問題,如判斷字符串是否“回文”,可以直接采用順序表,也可以使用堆棧和隊列的方法,讓學生對不同方法進行比較分析。

當然,多種教學方法的采用勢必會造成課時不足,所以教師可以對數據結構課程內容作適當的分級,不同等級的內容要求不同,教學方法也不同:需要重點掌握的知識點,這部分要利用多種教學方法和手段強化記憶和強化訓練;需要熟悉的知識點,可安排學生自學為主,教師講解為輔。例如樹的等價問題在后面章節的克魯斯卡爾算法中有所運用,因此可布置學生自行學習并在需要應用時由學生來講解學習心得;需要了解的知識點,這部分主要由教師進行擴充性的簡單介紹。課堂時間不足時,有些問題還可以讓學生課余解決并以書面報告的形式提交檢查。

3加強實驗環節的靈活性

實驗教學部分其實是數據結構教學中一個非常重要的環節。只有自己動手實現才能真正理解數據結構是什么。實驗內容的安排一方面要考慮到學生專業水平和認知能力等方面的實際情況;另一方面又要調動學生的積極性,體現數據結構的魅力所在。而目前實驗題目過于單一,只注重了專業課程知識點的驗證實驗,顯然是只考慮了前一方面,而忽視了后一方面。

筆者認為實驗內容可分為兩部分,一個是基本算法的實現;另一個是應用性實驗。基本算法即讓學生實現某個抽象數據類型,如線性表、堆棧等,這部分屬于基本功練習;而應用性實驗則更生活化更有實際應用背景。可以選用一些將現實問題抽象為數據結構模型的問題,如利用無向圖“著色”問題解決學校運動會比賽時間安排問題;或者選用一些學生感興趣的問題,如程序設計演示下雨場景等。這些實驗更能激發學生的學習興趣,而且更能讓學生體會數據結構在實際問題中的具體應用,并對它在整個實際問題中所處的位置有更深刻的體會。

應用性實驗的內容和要求由教師提出,學生每兩人一組,自行選題,并通過圖書館或網絡查找相關資料,完成實驗過程。最后抽取做得較好的小組,通過小組成員講解和其他同學討論的方式共同學習。上交的實驗報告中要體現小組成員的分工情況以便評分。

4教師博客的建立

課堂時間畢竟有限,學生在課余學習過程中還需要與教師多交流,目前采用最多的Email方式功能過于單一。另外,學校開發的通用教學服務系統也提供了諸如論壇這類形式的交流平臺方便師生互動,不過這種方式缺乏個性化色彩,也往往受到教育網或校園網的訪問限制。所以,教師還可以利用諸如課程博客的方式加強專業學術交流的氛圍。教師可以將自己的教學理念、學習心得以日志的形式呈現,也可以將國內外優秀網站資源的鏈接放置于博客中,此外,多媒體軟件、實驗教案也可以上傳供學生下載。博客的另一個好處就是可以促進教師的自我學習、日常反思,提升教師的教學質量。

5結束語

本文就如何提高“數據結構”課程的教學效果提出了幾點看法。在實際應用中還應充分考慮到教學的需求和學生的實際情況,因材施教,以學生為中心,注重學生興趣和能力的培養,以便更好地發揮“數據結構”課程理論指導實踐的作用。

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Pilot Study of The Methods to Improve Teaching Effect on Data Structure Course

YE Shuang, WU Qing-jiang, GOU Jin, CHEN Xia

(College of Computer Science & Technology in HuaQiao University, Quanzhou 362021, China)

Abstract: Data Structure is a very important fundamental course in computer science. How to improve teaching effect on data structure course and how to inspire the students interest in learning are big problems we meet.Some new suggections in teaching mode, teaching methods, experimental teaching and network study of Data Structure are offered in this paper.

Key words: Data Structure; teaching reform; teaching methods; teaching effect