算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論教學(xué)技巧探討

摘 要 在算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中，理論教學(xué)環(huán)節(jié)非常重要，要想在有限的課堂教學(xué)中取得良好的教學(xué)效果是不容易的。本文分別就知識點的理解、課堂啟發(fā)、知識點的引入和鞏固四個方面介紹了一定的教學(xué)技巧，以達(dá)到充實課堂教學(xué)內(nèi)容、活躍課堂氣氛、提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的目的。

關(guān)鍵詞 算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 理論教學(xué) 教學(xué)技巧

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Discussion on Algorithms and Data Structures Theory Teaching Skills

ZHOU Zhanglan

（College of Computer Science， Yangtze University， Jingzhou， Hubei 434023）

Abstract In the \"Algorithms and Data Structures\" course， theoretical teaching is very important. In order to obtain a limited teaching good teaching effect is not easy. This understanding of knowledge points respectively， classroom inspiration， knowledge and consolidation of four aspects of the introduction of certain teaching techniques introduced in order to achieve the full content of classroom teaching， active classroom atmosphere， enhance students' interest in learning.

Key words Algorithms and Data Structures； theory teaching； teaching skills

算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計算機專業(yè)重要的核心課程之一。該門課程中涉及眾多復(fù)雜而抽象的概念、算法，多數(shù)學(xué)生表示學(xué)習(xí)起來感覺較為枯燥。對主講教師來說，如何讓學(xué)生在有限的理論課堂教學(xué)中掌握所有知識并靈活應(yīng)用是不容易的。當(dāng)然，現(xiàn)在有很多教學(xué)手段可以達(dá)到增強教學(xué)效果、吸引學(xué)生注意力的目的。比如，在教學(xué)過程中引入精美的PPT課件、動態(tài)教學(xué)演示系統(tǒng)等。但是，這些手段都只能起到輔助教學(xué)的作用。教師在充分利用這些教學(xué)工具時，更應(yīng)該發(fā)揮操控者靈活處理問題并解決問題的能力，以達(dá)到更加完美的教學(xué)效果。本文就課堂教學(xué)中的幾點經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)，以供探討。

1 生動的語言，形象的比喻——知識點的理解

算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中的知識點，尤其是每章涉及的重要概念和算法對于初學(xué)的學(xué)生而言不太容易接受。為了使學(xué)生能在課堂教學(xué)中盡快地理解和掌握這些知識，教師在教學(xué)中運用生動的語言和形象的比喻往往能夠起到較好的作用。首先，關(guān)于上課的語言問題。作為一門專業(yè)課程，特別是計算機專業(yè)的核心課程，教師的授課過程總體來說應(yīng)該是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹I(yè)課教師是不可能把授課對象當(dāng)成小學(xué)生，然后用活潑的語氣配合可愛的動作來講解的。因此，這里提到的“生動的語言”包含兩方面的內(nèi)容。一方面指教師授課的語氣，不要讓整堂課總是一板一眼像作報告一樣，在重點需要強調(diào)的地方適當(dāng)加重語氣，或者停頓后再次強調(diào)，抑揚頓挫的語氣更能使學(xué)生提高注意力和關(guān)注度。另一方面是教師的肢體語言，在加強語氣的同時配合相應(yīng)的手勢等肢體動作。當(dāng)然，這方面與教師的個人授課風(fēng)格有很大關(guān)系。

其次，形象的比喻。本課程在學(xué)習(xí)中涉及的知識點較多，學(xué)生首先要在對概念的充分理解的基礎(chǔ)上，才能進(jìn)一步學(xué)會靈活應(yīng)用。為幫助學(xué)生更好地理解有關(guān)概念，可以引入生活中常見的問題做比喻。下面以在課堂上講解鏈?zhǔn)酱鎯Y(jié)構(gòu)與順序存儲結(jié)構(gòu)的區(qū)別為例，說明引入適當(dāng)?shù)谋扔饔兄趯W(xué)生對兩者的理解。由于鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)不需要預(yù)先指定存儲空間的大小。因此，插入和刪除等操作都較為容易，特別是插入操作不存在擴容問題。而順序結(jié)構(gòu)則需在初始化階段申請指定大小的存儲空間，只有在申請成功之后才能進(jìn)行其它操作。在進(jìn)行插入或刪除操作時都可能要移動其它元素的位置，而且當(dāng)進(jìn)行插入操作時，若初始空間不足還會出現(xiàn)需要擴容的問題。為了幫助學(xué)生理解這兩種存儲結(jié)構(gòu)的特點，可以引入這樣的比喻：順序存儲就像上課之前需要申請教室，有多少個學(xué)生就需要有一個能容下所有學(xué)生的教室。當(dāng)然，在進(jìn)行具體配置時要求教室的空間只能大而不能小。比如，上課的實際學(xué)生人數(shù)為60人，分配的教室為100座，而且一個學(xué)生對應(yīng)一個固定的座位。當(dāng)加入的聽課人數(shù)超過100人時教室里的座位顯然就不夠用了，為了滿足需求需要更換一個更大的教室。函數(shù)realloc能將已分配內(nèi)存區(qū)的大小改為指定大小，①可以用來實現(xiàn)這一擴容操作。鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)則不然，在進(jìn)行具體配置時其空間就像是一個露天會場。進(jìn)入會場的每一個人都自帶一個小板凳，當(dāng)人走時小板凳也被同時帶走。只要不存在會場空間不夠（相當(dāng)于內(nèi)存分配單個結(jié)點空間失敗）的情況，容納的人數(shù)是沒有固定限制的。現(xiàn)在再來分析一下兩種存儲結(jié)構(gòu)在操作上的不同。順序存儲的空間分配是固定的，就像教室里的固定座位。當(dāng)有一個同學(xué)需要插到某一個位置坐下時，若此位置已坐人，其他同學(xué)則需要通過陸續(xù)移動為他騰空一個座位；而鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)則不同，由于每個人都自帶小板凳，只要會場有空間就能容納新來的人。新來的人只需要把要插入的位置告訴排在其前面的人就可以了。當(dāng)然，不是所有的重要知識點都能找到合適的比喻，這需要教師在備課時多思考，并在教學(xué)中靈活運用。

2 恰當(dāng)?shù)奶釂枴n堂啟發(fā)

在授課過程中，活躍的課堂氣氛需要教師和學(xué)生之間的良性互動，而提問是一個很好的實現(xiàn)互動的方法。但是以什么方式提問、怎樣提問還是有一定講究的。首先，關(guān)于提問的方式。對于大學(xué)課堂來說，點名回答或自愿回答都可能會出現(xiàn)學(xué)生不配合的情況，畢竟大學(xué)生和中、小學(xué)生是不同的。因此，教師需要預(yù)先做好自問自答的準(zhǔn)備。提出問題后，要留給學(xué)生一定的思考時間。若在這之后有學(xué)生能主動給出較好的解決方案，則應(yīng)給予及時的鼓勵和贊揚；反之，教師需要自己給出一個粗略的解決思路，將疑問留給學(xué)生并促使學(xué)生繼續(xù)思考。其次，關(guān)于提問的內(nèi)容。提問需要占用課堂教學(xué)時間，因此提出的問題應(yīng)當(dāng)是最重要、最具有啟發(fā)性的。比如，以單鏈表基本操作插入算法②為例：

Status ListInsert_L（LinkList L，int i， ElemType e）{

p=L； j=0；

while（pjnext；++j；}

if（！p||j>i-1） return ERROR；

s=（LinkList）malloc（sizeof（LNode））；

s->data=e； s->next=p->next；

p->next=s；

return OK；

}

對于算法中“if（！p||j>i-1） return ERROR；”這條語句的作用很多同學(xué)在初學(xué)時并沒有真正了解，只是在具體實現(xiàn)時生搬硬套。為了引起學(xué)生的注意，教師可以在上課時現(xiàn)場運行此算法，并在去掉此語句后輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證。例如，給i賦一個不超出線性表長度的合法的值，這樣不影響輸出結(jié)果，提出這句是不是可有可無的問題，然后留下疑問讓學(xué)生去思考。當(dāng)然，在下次解答時要對這類問題進(jìn)行總結(jié)，強調(diào)錯誤處理在編程中的重要性。

3 有趣的例子——知識點的引入

在專業(yè)課程的教學(xué)中就其知識點來說是較為枯燥的，為了讓學(xué)生在剛開始學(xué)習(xí)新內(nèi)容時就能激發(fā)出學(xué)習(xí)的興趣，可以通過引入具體實例來達(dá)到目的。例如，以循環(huán)鏈表的使用為例。在講授什么是循環(huán)鏈表之前，先給出一個“約瑟夫問題”游戲的例子，通過這個游戲提出問題：若使用已經(jīng)學(xué)過的單鏈表是否合適。如果不合適，具體在什么地方不合適。然后引入循環(huán)鏈表的概念，并以此例子來說明循環(huán)鏈表的意義和具體的操作方法。另外一個比較典型的例子是用鐵路調(diào)度站表示“棧”問題，這也是一個很好的利用生活中的實例來引入知識點從而引起學(xué)生興趣的例子。尤其是在對“棧”的先進(jìn)后出特性講解時具有很好的效果。當(dāng)然，例子的引入要恰如其分才能起到正面作用，過于簡單或不合適的引用反倒會引起學(xué)生的反感，甚至成為笑話。

4 編程演示——知識點的鞏固

在算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中涉及到了大量的經(jīng)典算法，比如最短路徑、關(guān)鍵路徑等。對于學(xué)生來說掌握其原理就可以知其應(yīng)用。但是，對有些需要靈活使用的知識點僅講解原理是不夠的。為了能讓學(xué)生深刻理解并熟練掌握，可以在課堂上編程逐步演示其實現(xiàn)過程。比如，“樹”這一章的內(nèi)容涉及的概念較多，它又是學(xué)生學(xué)到的第一種非線性結(jié)構(gòu)，相比之前的線性表實現(xiàn)起來更復(fù)雜。因此，教師在初次講解時很有必要在課堂上將二叉樹的創(chuàng)建過程動態(tài)地演示給學(xué)生，這其中包括順序存儲和鏈?zhǔn)酱鎯Α．?dāng)然，演示過程最好不是已經(jīng)寫好的完整的程序或演示系統(tǒng)成品，而是采用邊講解邊書寫的方式，使學(xué)生更容易了解編程的過程。為了節(jié)省課堂時間，可以先寫好程序框架，比如程序包含的頭文件、所需結(jié)構(gòu)體類型、主函數(shù)、輸出函數(shù)等在講解過程中簡單帶過，而重要函數(shù)的核心代碼則邊講邊寫。這樣不僅可以增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促使學(xué)生自己去編程實踐，更重要的是可以讓學(xué)生非常清楚地了解實現(xiàn)的過程。當(dāng)然，這很考驗教師的編程能力，因為在課堂上臨時寫很有可能因為一時大意使得程序運行出錯而陷入尷尬的境地，從而影響課堂教學(xué)的完整性和完美性。但教學(xué)的目的不是讓教師去展示個人風(fēng)采，而是講授知識。從另一方面來講，學(xué)生也是寬容的。教師偶爾的一次失誤不僅不會影響其權(quán)威性，反而更能讓學(xué)生感受到親切而真實。

算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為一門重要的專業(yè)課程，要想取得良好的教學(xué)效果還需要多方面的配合。當(dāng)然，作為主講人的任課教師對課程的教學(xué)起到了決定性的作用。除了依據(jù)授課對象的特點合理安排教學(xué)計劃、教學(xué)內(nèi)容外，把握好有限的理論課堂教學(xué)，利用各種方法和手段將理論知識講解清楚，使得教學(xué)內(nèi)容生動、課堂氣氛活躍、學(xué)生學(xué)習(xí)興趣濃厚是很重要的。這不僅能幫助學(xué)生更好地掌握本門課程的理論知識，更能為學(xué)生在后續(xù)學(xué)習(xí)中進(jìn)行具體實踐打下良好的基礎(chǔ)。

注釋

① 譚浩強.C語言程序設(shè)計（第二版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，1999：387.

② 嚴(yán)蔚敏，吳偉民.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（C語言版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007：29-30.