數據結構課程的實驗設計研究

摘要：探討了數據結構綜合型和探索創新型實驗的設計原則和思路，認為實驗設計既要體現專業方向性和創新性，還要注重科學研究、實驗教學與科技開發三者的充分結合。精心篩選和設計了綜合型和探索創新型實驗內容，注重實驗內容的廣泛性及與教師科研活動的融合性，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：數據結構；實驗教學；創新改革；綜合型實驗；探索創新型實驗

引言

面向21世紀教學內容和課程改革計劃的目的之一，就是培養學生勤動腦、善思考的素質及綜合運用知識、創新知識、解決問題的能力。實踐教學是培養新型人才重要的基本環節，在學生能力培養和綜合素質提高方面有其獨特的作用。通過分析現行的數據結構實驗教學模式，我們發現在現行模式下，教師只是灌輸式地教，學生被動式地學，實驗以驗證性實驗為主，不利于學生的獨立思維能力和創新能力的培養。

結合教育部的“面向21世紀教學內容和改革計劃，保留少量必開的經典驗證型實驗，增開綜合型、設計型實驗”的精神和我院2008培養方案的要求，我們在數據結構實踐環節中保留了必要的經典的驗證型實驗內容，增加了設計型實驗，加強了綜合型實驗，并新開設了探索創新型實驗。

實踐證明，實驗是培養學生創新能力和優良素質的有力手段。隨著計算機科學技術的迅速發展，為了提高數據結構實驗和計算機專業學生的質量，充分發揮數據結構實驗教學豐富的素質教育功能，數據結構實驗教學的課程設置和教學內容急需更新。為此，我們在數據結構實驗教學中創新性地增加了探索創新型的實驗項目，使實驗項目由原來的三個層次增加到四個層次。但如何設計出一些新的綜合型實驗和探索創新性實驗以滿足培養21世紀人才的需要，尚需不斷地探索。

1 設立綜合型和探索創新型實驗的原則和思路

1.1 綜合實驗和探索創新型實驗要體現專業方向性

數據結構是計算機各專業方向的專業基礎課程，對于這樣的課程來說，找不到“一藥治百病”的實驗題目，而是要根據專業方向特點來設計符合相應專業培養目標的綜合和探索創新型實驗，例如我校的計算機專業方向是計算機網絡工程和軟件工程，相應地我們在設計綜合型和探索創新型的實驗時既要考慮到數據結構的專業基礎性又要結合軟件和網絡相關的內容。

1.2 綜合實驗和探索創新型實驗要具有創新性

實施創新教育，培養創新人才，已成為國內外教育改革的一大潮流。創新能力是以創新思維能力為核心的、創造新穎而有價值的成果的能力。因此，我們要以培養創新思維能力為核心，對學生進行創新能力教育。創新思維是科學認識和技術進步中一種高級的綜合性的思維方法，是人類創新活動的靈魂和核心。它包括一般的思維形式，又包括特殊的思維形式，還包括想象這樣的心理活動。根據專家研究，創新思維活動一般經過四個階段來解決問題：準備期、醞釀期、明朗期和驗證期。在實驗教學中，能夠更有效、最直觀、最快速地經歷創新思維這四個階段的是創新實驗。要培養富有創新力的學生，就必須有創新性的教師。教師創新能力的高低，對學生創新能力的培養至關重要。為迅速培養學生的創新思維能力，教師必須建立創新實驗的意識，也必須有創新實驗的綜合知識和能力。

創新實驗的選擇應遵從的原則是：①課題新穎，能反映計算機學科的發展及現實生活的要求，使學生有新鮮感；②內容全面，并便于設計；③難易適當，學生在老師的指導下結合文獻的查閱就可以實現；④能起到擴充知識，鍛煉操作技能，培養分析問題、解決問題能力的作用。

1.3 教學、科研和科技開發三結合是設立數據結構綜合實驗和探索創新型實驗的途徑

從培養學生的能力特別是創新能力這一根本宗旨出發，數據結構綜合實驗和探索創新型實驗絕不是教學的單一過程，而應當成為同時具有實驗教學、科學研究與科技開發三項職能的活動途徑，由此培養學生的實踐、創新等各種能力。

(1)實驗教學

必須克服過去實驗教學依附于某門課程并且主要是驗證性實驗的弊端，打破課程界限，將原來的實驗教學內容逐步整合成綜合型實驗并力求成為設計型、探索創新型實驗。應該讓學生從基本概念和原理出發，通過對設計的簡單算法分析，再進入到更高一級的算法設計，從而鍛煉分析問題、解決問題的能力，進而鍛煉創新能力。

(2)科學研究

計算機專業學生進入數據結構實驗環節時還處于低年級，專業知識還不夠全面，在實踐過程中，我們可以適當加進教師的部分科研成果，對學生進行初步的科研鍛煉；同時也可以解決教師科研中人手不足的問題，提高設備的利用率。這是一舉多得的好事。

(3)科技開發

數據結構綜合實驗和探索創新型實驗也可以與科技開發相結合，利用校有設備或與企業合作讓學生做些初步研究與開發工作，這對學校和企業都是很有利的。一方面，綜合型和探索創新型的實驗項目內容可來自科研和科技開發項目，結合實際；另一方面，綜合型和探索創新型實驗對培養學生的研究興趣，擴展其視野，使學生了解社會與市場都是很好的切入點。

2 數據結構綜合實驗和探索創新型實驗開設的經驗及效果

我們從2005年開始開設綜合型實驗，并嘗試從2009年開設探索創新型實驗，經過2006、2008培養方案的制訂和修訂，又經過2008年教學大綱的完善，形成了反映本專業的特色的綜合型實驗。綜合型實驗的開設，取得了較好的效果。

(1)精心編選綜合型和探索創新型實驗的教學講義和教材

實驗項目的內容設定對提高學生實踐能力具有重要作用，也關系著精品課程和品牌特色專業的建設。

結合培養方案設置的專業課、專業方向課及實踐環節的課程，開展數據結構實驗項目建設，完善與提升實驗內容，設計含有較高水平的設計型、綜合性和探索創新型實驗，對培養學生的探索創新思維和實際研究動手能力具有重要的現實意義。為培養學生的創新能力，對學生能夠提供規范而系統的指導，需要對數據結構實驗教學進行系統的研究，并編寫一本體現我校特色的實驗指導教材。

(2)注意多吸納教師的科研成果用于實驗教學

我們在數據結構的綜合性和探索創新型的實驗中，多數項目都取自教師的科研成果，這些成果在實驗課程中加以系統安排，變成了豐富的、理論與實踐相結合的綜合型和探索創新型的實驗內容。教師的科研成果引入實驗有很多好處。首先教師對實驗內容理解非常透徹，對學生的創新性導向比較清晰；其次，學生對老師的實驗成果有崇敬心理，會積極地做好實驗，消除了學生應付完成實驗任務的現象。

例如，利用順序存儲的線性表、鏈接存儲的線性表、二叉樹、多叉樹和Tile樹以及Hash表等各種不同的數據結構來實現字符串的最長前綴匹配，并分析不同數據結構下的不同算法的時間和空間復雜度的實驗，使學生透徹地理解了數據結構預算法的作用以及數據結構設計的重要性。

(3)綜合型和探索創新型實驗的教學效果

首先，由于實驗項目間建立了聯系，前一個實驗項目的結果通過文件或用其它的形式保存，可作為后一個實驗項目的輸入，自然地體現了實驗的綜合性；其次，實驗間的聯系提高了學生對實驗操作的專注度，使學生感到自己做的成果都有用，提高了實驗興趣；再次，在興趣中繼續實驗，讓學生如同順水漂舟、游山玩水般在不知不覺中達到理論與實踐的結合、所學所用相結合、教學與獲得就業經驗相結合，同時使學生有了學了真有用的體會。

3 結束語

數據結構實驗是培養具有扎實的計算機理論知識和創新能力的應用型人才的重要環節。綜合型和探索創新型實驗的開設應注意與所辦專業的培養方向緊密結合，充分體現數據結構的創新思想，并遵循新世紀理工科教育發展中教學、科研和科技開發相結合的新趨勢和新要求。通過精心的實驗教學講義和教材建設，注意綜合實驗和探索創新型實驗內容的廣泛性以及與教師的科研活動的融合性，綜合型和探索創新型實驗必將在提高學生的學習興趣，培養學生的科研素養，形成創新思維習慣，加深學生的學以致用、理論緊密聯系實踐的體會和鍛造學生厚實的綜合實踐能力等方面取得一舉多得的效果。