數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學研究與改革

摘要：分析數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學中存在的一些問題，為提高教學質(zhì)量，文章提出在課程學習之初復習前導課程要點以強化學生基礎(chǔ)，授課時采用靈活的教學方法以培養(yǎng)學生解決問題的能力和模塊化程序設(shè)計思維，同時通過構(gòu)建基礎(chǔ)型、綜合設(shè)計型和研究創(chuàng)新型三個層次的實踐教學體系，以提高學生程序設(shè)計實踐能力、培養(yǎng)創(chuàng)新精神和團隊精神。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；模塊化思維；教學方法；實踐教學

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計算機學科的重要分支研究領(lǐng)域，是計算機程序設(shè)計的重要理論技術(shù)基礎(chǔ)。該學科主要介紹如何用計算機解決一系列問題，特別是非數(shù)值信息處理問題時所用的各種數(shù)據(jù)的組織方法、存儲方式以及在各種結(jié)構(gòu)上執(zhí)行操作的算法。目的是使學生掌握如何把現(xiàn)實世界的客觀問題轉(zhuǎn)換為在計算機內(nèi)的表示形式，學會組織數(shù)據(jù)、選擇算法、設(shè)計算法，培養(yǎng)邏輯思維和抽象思維能力，為系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計奠定堅實的基礎(chǔ)。在我國，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不僅是計算機、軟件工程等專業(yè)的核心課程之一，也是許多理工類專業(yè)的必修課程。雖然數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在計算機學科專業(yè)中具有如此重要的地位，但在目前的教學中學生普遍反映這門課程抽象、難學，在學習和實際應用中問題比較多，學習過程中成就感不強，學完之后還是不知道如何應用。為提高數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學質(zhì)量，許多教學工作者提出了自己的一些思路，并付諸實踐，取得了很好的效果。由于每個學校自身的差異和學生層次差異等原因，我們在借鑒他人教學經(jīng)驗的同時，有必要針對自身的教學對象研究課程教學，以提高教學質(zhì)量。

1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學中存在的問題

從學生在本課程的學習和實踐過程看，影響學習效果的主要原因大致有以下幾個方面。

1.1 程序設(shè)計基礎(chǔ)薄弱

目前，大多數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教材采用類C、類C++語言描述。由于學生對C、C++課程掌握不牢，導致在學習過程中存在困難。采用C語言的版本描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時，學生的主要問題是對于指向結(jié)構(gòu)體的指針、返回指針的函數(shù)、遞歸函數(shù)調(diào)用、動態(tài)二維數(shù)組等知識掌握不夠，不能靈活運用這些知識解決實際問題；若采用c++語言版本，學生除了上述一些問題外，對于C++中較復雜對象的構(gòu)造、模板的應用等也感到困惑。

1.2 模塊化設(shè)計思維欠缺

模塊化是軟件設(shè)計的一個基本原理，它要求模塊的功能相對獨立，耦合盡量松散。在學習C語言時，因為前段時間接觸的程序大都只有一個main函數(shù)，導致學生經(jīng)常不自覺地將程序的所有功能放到main函數(shù)中實現(xiàn)，而不去考慮用自定義函數(shù)實現(xiàn)一些相對獨立的功能，這些不良習慣在學習數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程時仍然存在。另外有些學生可能因為在寫函數(shù)時覺得參數(shù)傳遞困難，于是定義了一些全局變量來共享數(shù)據(jù)。采用類似這樣的方式可能會使程序的運行結(jié)果正確，但這類程序不符合程序設(shè)計和軟件工程的規(guī)范。

1.3 實踐能力較差

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一門應用性很強的課程，課程實踐是本課程的重要組成部分。由于學生平常上機訓練時間偏少，實際設(shè)計和調(diào)試程序的能力偏弱，設(shè)計的程序看起來思路不是很清晰。學生寫的程序經(jīng)常因為函數(shù)的返回類型和參數(shù)定義不合理，導致程序比較亂。另外在程序中還經(jīng)常出現(xiàn)與指針有關(guān)的較為隱蔽的錯誤，給程序調(diào)試帶來了很大的困難。這些不流暢的程序，使他們在實際應用中很難找到成就感，于是逐漸喪失了對該課程的興趣。

2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學改革

針對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程在教學和學習中出現(xiàn)的一些問題，我們在實際教學中主要提出了以下一些改革措施。

2.1 復習前導課程要點，強化學生程序設(shè)計基礎(chǔ)

在課程學習之初，用4節(jié)課的時間說明該課程在整個專業(yè)中的作用與地位，介紹課程學習方法和學習目標，復習該課程必備的編程語言基礎(chǔ)知識。主要通過函數(shù)的方式復習結(jié)構(gòu)體和指針的用法，如通過返回指針的方式建一個結(jié)點、通過函數(shù)參數(shù)的方式改變結(jié)點的值、動態(tài)二維數(shù)組的建立和撤銷、通過參數(shù)傳遞二維數(shù)組等，并布置適當?shù)淖鳂I(yè)或練習讓學生完成，以鞏固程序設(shè)計基礎(chǔ)知識。

2.2 采用靈活的教學方法，培養(yǎng)學生解決問題的能力和模塊化程序設(shè)計思維

在教學過程中多采用啟發(fā)式教學方法。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程概念抽象、知識點集中、重點突出，在課程教學過程中可以適當設(shè)置問題，讓學生去思考，通過問題加強對學生的引導，這種方法就是啟發(fā)式教學。啟發(fā)式教學方法運用起來有一些難度，但教師應該經(jīng)常運用這一方法。課程中抽象的或是細節(jié)的問題都可以涉及此方法，對于較大問題的提問，任課教師在備課時應該充分考慮，把握好問題和引導的方向，因為這類問題的解決經(jīng)常需要占用較多時間。而對于一些小問題的啟發(fā)，任課教師要根據(jù)實際授課時學生的表現(xiàn)決定，如函數(shù)返回類型的確定、參數(shù)的選取、指針的指向、返回語句的寫法等都可以進行啟發(fā)式提問。

針對不同的知識點，盡量設(shè)計任務驅(qū)動型教學方法。任務驅(qū)動教學法是一種學生自主學習、教師從旁引導的教學方法，它打破了傳統(tǒng)教學方法中注重學習的循序漸進和積累的老套路，不再按照教學內(nèi)容從易到難的順序，而是以完成一個“任務”作為驅(qū)動來進行教學，將學生自學能力、創(chuàng)新精神和合作意識的培養(yǎng)融于完成任務的過程之中。如講授鏈表時，可以進行一個貪吃蛇游戲。游戲剛開始時，蛇身的位置可以看成鏈表，蛇運動時可演變成隊列，蛇頭到達的位置入隊，蛇尾離開的位置出隊，吃到一個食物后不進行出隊操作，蛇身變長。該游戲的其他鍵盤方向鍵的控制、延時控制、繪制可由學生自己查資料完成。學生經(jīng)過這個例子后，再講到棧就容易了，可以聯(lián)想到一個下棋的游戲，如果要悔棋，則需把走過的每一步存入一個容器，這個容器就是棧。通過這樣的案例既掌握了相關(guān)知識的應用，同時也說明了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程確實能解決很多實際問題，可激發(fā)學生的學習興趣，堅定學生學習這門課程的信心。

對于較難的算法，考慮采用自然語言描述的方法。因為自然語言更容易理解，但必須注意自然語言中的用詞和書寫格式，以便直接過渡到計算機程序。例如在講解圖的非遞歸遍歷時，將板書或PPT頁面設(shè)計成自然語言描述法和C語言描述算法形式，如表1所示。

采用自然語言描述算法的方式，可將黑板或投影屏幕分成兩部分。左邊是自然語言描述，右邊為對應的程序，且行與行對應，縮進格式也對應，直接將“如果、否則、當、從…到”對應為“if、else、while、for”等。自然語言描述亦可實現(xiàn)粗線條的算法，一行自然語言將來有可能對應一個函數(shù)，這種方式可很好地體現(xiàn)自頂向下和模塊化設(shè)計思想。

實際授課中，還有一些其他的教學方法，如討論式、探究式等，但是每種方法只適合應用于某些特定的情形。為了增強教學效果，需要教師仔細研究教學內(nèi)容，充分了解學生學習情況，在授課中根據(jù)實際情況加以把握。無論采用何種教學方法，教師在分析問題和書寫程序時一定要注意模塊化程序設(shè)計思維的滲透。

2.3 加強實踐教學改革，提高學生實踐能力，培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗作為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學的基本手段，有其特殊的教學功能，不僅可以加強對理論的理解，還可以培養(yǎng)學生的實際動手能力。通過實驗可以使學生理論聯(lián)系實際，引起學生學習興趣，從而調(diào)動他們學好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的主動性和積極性。

為增強實驗教學效果，需對實踐教學進行改革，按層次遞進的方式，圍繞課程教學目標精選實驗題，構(gòu)建數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程基礎(chǔ)型、綜合設(shè)計型和研究創(chuàng)新型3個層次的實驗教學體系，通過教學計劃內(nèi)規(guī)定學時（吉首大學為16學時）和開設(shè)第二課堂（60學時）的方式完成3個層次的訓練。其中基礎(chǔ)型和綜合設(shè)計型實驗主要培養(yǎng)學生對各類數(shù)據(jù)的組織、存儲和算法設(shè)計的能力，按課程知識點次序組織實驗項目，如鏈表的建立→隊列和棧、樹的建立Xqbdrsa48YpIeSslH3T8NA==與遍歷→求某層節(jié)點數(shù)、圖的建立→深度（廣度）優(yōu)先遍歷→最短路徑、排序→查找等，這部分實驗在教學計劃學時內(nèi)完成，并要求學生完成相應的實驗報告。研究創(chuàng)新型實驗主要提高學生的實踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和團隊精神，按應用項目的方式設(shè)置，如一個小游戲設(shè)計（掃雷、連連看、紙牌等）、一個小系統(tǒng)設(shè)計（學生成績管理系統(tǒng)、通訊錄、哈夫曼編解碼等），在第二課堂采取“做中學”的方式，在教師的引導下由學生自主完成，要求學生參照軟件工程相關(guān)規(guī)范撰寫設(shè)計文檔和編寫源程序。

為進一步提高學生實踐能力，吉首大學軟件服務外包學院開設(shè)了第二課堂，在晚上和周末開放實驗室，專業(yè)任課教師輪流值班，教師作為學生學習的引導者，提供與課程配套的學習材料和相關(guān)實踐任務。在教師的引導下，學生可獨立或以小組討論的方式完成相關(guān)任務，教師定期檢查完成情況。另外，考慮到實驗室資源有限，另外創(chuàng)建了學生創(chuàng)新實驗室，該實驗室只配置了服務器、網(wǎng)絡、電源、桌椅等設(shè)施，學生可自己帶計算機進入，該實驗室由學生自主管理、自主學習，教師布置相關(guān)任務、定期指導和檢查。

3 結(jié)語

筆者對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學中存在的一些問題進行了分析，針對這些問題，結(jié)合課程小組在實際教學中的一些體會，對該課程的教學進行了探索并作了一些改革，在實際教學中取得了良好的效果，希望能為同類院校相關(guān)教師的教學提供一些參考。