數據結構課程的實驗教學探討

摘要 上機實驗是數據結構課程教學中很重要的一個環節，其教學效果對整個課程的教學質量有直接影響。然而，獲取良好的實踐教學效果是不容易的，在分析各方面因素的基礎上，以課內上機為例，從學時分配、內容設置、任務難度和驗收方式四個方面給出了一些建議以供探討。

關鍵詞 數據結構 實踐教學 課內上機

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

作為計算機專業學生的一門專業核心課程，數據結構是計算機程序設計的重要理論技術基礎。①在實際的教學過程中，學生常常反映數據結構課程難度偏大，而且內容枯燥。從教學內容上來講，數據結構比較難在于它包含了很多抽象的概念、算法。

數據結構的教學形式包含理論教學和實踐教學兩部分。同C語言程序設計等實踐性很強的課程②類似，數據結構也需要學生在掌握有關概念的基礎上進行上機編程訓練。理論是實踐的基礎，而實踐幫助學生更好地理解課堂上所學到的知識。要提高本門課程的教學質量，理論教學和實踐教學兩個環節都必須做好。當然，要達到事先制定的教學目標并不容易。比如，在理論教學上，教師需要豐富教學內容而不僅僅是講解教材上的知識點，如有教師提出的案例教學。③同時，要想方設法使課堂教學過程生動有趣、講授語言淺顯易懂。下面本文將以課內上機為例，從如何增強教學效果談幾點感受，以供探討。

1 同步理論教學，合理分配上機學時

在一般情況下，課內上機內容應與理論教學內容同步。然而，課內上機的學時是有限的，比如20學時。如果一次上機為兩學時，那么平均一章內容只能安排一次上機。以嚴蔚敏C語言版的《數據結構》教材為例，最先學習的內容是線性結構，可以安排單鏈表的創建和插入、刪除等作為上機實驗內容。盡管這是第一個上機實驗，但在教學過程中學生往往反映這些內容并不簡單。原因是多數學生對C語言中結構體和指針的使用并不熟練，因此需要花一定的時間來復習這方面內容，所以本次實驗可以安排兩次上機。而后續的棧和隊列等內容相對而言較為容易，可只安排一次上機。由于上機學時有限，實驗內容又受到理論教學進度的制約，為保證實驗內容在規定的學時內全部完成，對課內上機學時的合理分配就顯得尤為重要了。

2 豐富上機內容，提高學生的學習積極性

學習的積極性對課程學習來說其重要性不言而喻。很多學生在學習理論知識之后，對上機編程還是有新鮮感的，但是不少學生會因為編程難度的逐步增大而逐漸失去興趣，最終選擇放棄。要讓學生保持對上機實驗的熱情，教師需要在上機內容的安排上有新意。通常，與教材配套的習題集中有不少的上機實習題（如嚴蔚敏版《數據結構題集》）④可做參考。為提高學生的學習興趣，可以提供一些其他的題目。比如，在學習數組中的三元組時，使用Movielens提供的用戶評分數據，Movielens是較早出現的電影推薦評分系統，它提供了很多測試數據集。這些數據經過處理后很容易轉換為三元組的存儲形式，而且具有一定的實際意義，相比為檢驗程序而隨意制造的測試數據，完成對這些評分數據的處理更能夠吸引學生的注意力，從而提高他們的學習興趣。當然，如何在教學中讓學生感受到樂趣，從而保持較高的學習積極性是一個值得研究的問題。

3 把握任務難度，提高學生編程能力

在數據結構的理論教學內容中包含了很多復雜而且抽象的概念、算法，通過課堂上的認真學習，多數學生還是能夠理解的。但是很多學生并不能真正掌握并做到學以致用。在一定程度上，這也是不少動手能力不強的學生卻能在理論考試中考出好成績的原因。因此，對每一個在課堂上講解的重要知識點，不管是簡單的結構類型定義還是復雜的算法，都要求學生編程實現，讓學生在上機實驗中去體會并掌握所學的理論知識。為了降低任務難度，可以給學生提供已經寫好框架的程序，讓學生在合適的位置添加相應的功能。比如，對于樹結構，可以在源程序中寫好二叉樹的創建，然后要求學生補充完成二叉樹的遍歷、層次計算或左右孩子查找等其他操作。這樣做的另一個好處是避免學生從網絡或從其它途徑直接尋找源代碼以應付了事。由于程序是統一提供的，對學生來說無法自行發揮，即使找到合乎要求的部分代碼也要放到源程序中去調試運行。然而，這樣的任務安排也會對一部分編程能力強的學生產生約束，使他們有可能提出的更好設計方案和編程創意被抑制。解決這一矛盾的方法之一是布置多級任務。對基本任務要求學生統一完成，而高級任務可以讓學生自行發揮。在采取這樣的多級任務方式之后，一方面可以讓編程基礎相對薄弱的學生得到訓練，另一方面能夠為編程能力較強的學生提供自由發揮的空間，以滿足不同層次學生的需求。

編程是實踐數據結構必須具備的能力。但是在教學中發現，很多學生在數據結構課程的實踐過程中不是沒有想法，而是不知道如何通過編程去實現。由于數據結構是一門重要的專業基礎課，一般學生在修完某種編程語言（如C/C++）后就開始學習此課程了，除少數對編程有濃厚興趣、已經具有一定編程能力的學生外，多數學生在此階段的編程能力還不是很強，這也就往往使得他們花費在調試程序上的時間遠多于對程序的設計和編寫。因此，上機任務的難度需根據學生的實際水平適時調整，讓學生的編程能力得到鍛煉和增強，以便為綜合性設計打好基礎。

4 完善驗收方式，加強監督和管理

課內上機實驗的考查是個很棘手的問題，一般實踐課程的常規考查方法是以答辯的形式進行。學生在規定時間內講解并運行程序，教師通過提問來判斷學生的完成情況。這種方法還是比較有效的，能在有限的時間內了解學生的學習情況，特別是提問環節能夠凸顯很多問題。然而，課堂時間有限，有時一個班甚至多個班被安排同時上機，而且采用這種答辯的方式在課內完成對所有學生的檢查是很難實現的。如果只安排一次最終的測試，部分自覺性不強的學生可能不會一直認真學習，僅僅在最后階段突擊，顯然這也沒有達到教學目的。因此，平時對課內上機實驗不僅要加強監督和管理，驗收方式也需靈活多樣。舉例來說，若課內上機一共安排10次，可根據教學內容分階段地安排3次答辯形式的考查，如對鏈表、二叉樹和圖等重要的教學內容。這3次考查是每個學生都要完成的，每次指定一個最后期限，并且在此之前的任何上機時間也都可以驗收。這樣，既解決了課內上機的驗收時間不夠用的問題，也能掌握所有學生的學習情況。

5 結語

綜上所述，由于數據結構是一門理論性和實踐性都很強的計算機專業核心課程，如何在教學中使得每一堂上機實驗課都有意義，而不流于形式是不容易的。當然不論采用何種方式，最終目的還是希望學生能夠通過實驗加深對理論知識的理解，在實踐中增強專業技能，并真正做到學以致用。

注釋

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，2007：I.

② 譚浩強.C語言程序設計（第二版）[M].北京：清華大學出版社，1999：X.

③ 李克清.《數據結構》課程中的案例教學初探[J].長江大學學報：自然科學版，2004.1（4）：135-136.

④ 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，2007：72-165.