數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐教學(xué)的改革與實(shí)踐

莊鎖法,馬　潤(rùn)

（安徽科技學(xué)院,安徽 滁州 233100）

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐教學(xué)的改革與實(shí)踐

莊鎖法,馬潤(rùn)

（安徽科技學(xué)院,安徽 滁州 233100）

摘要：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程。文章分析了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題和困難，提出了保證基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，推動(dòng)綜合實(shí)驗(yàn)多層次的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的改革，同時(shí)對(duì)實(shí)踐教學(xué)方法進(jìn)行探索，通過(guò)實(shí)踐取得良好效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；啟發(fā)式；教學(xué)方法

0　引言

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的一門核心專業(yè)基礎(chǔ)課程，與計(jì)算機(jī)各門主干課都有密切聯(lián)系，具有獨(dú)特的承上啟下的重要位置[1]。同時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)又是一門實(shí)踐性極強(qiáng)的技術(shù)基本課，其內(nèi)容隨計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的飛速發(fā)展而不斷更新。本課程系統(tǒng)地介紹各種典型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括它們的概念、性質(zhì)、實(shí)現(xiàn)方法和應(yīng)用。通過(guò)講授、練習(xí)和上機(jī)實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)求解的要求，選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用抽象數(shù)據(jù)類型的思想方法，組織數(shù)據(jù)和算法的能力，進(jìn)一步提高程序設(shè)計(jì)水平，培養(yǎng)良好的程序設(shè)計(jì)方法，為將來(lái)學(xué)習(xí)和后繼課程打好基礎(chǔ)，因此更新數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量對(duì)培養(yǎng)高素質(zhì)軟件人才起著決定性的作用。

1　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐教學(xué)中困難

在長(zhǎng)期數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)過(guò)程中。我們發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐教學(xué)中存在以些問(wèn)題和困難，主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。

1.1課程較為抽象，學(xué)生理解困難

在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生普遍反映學(xué)習(xí)難度較大，理論性太強(qiáng)。的確，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一門理論性強(qiáng)、思維抽象、難度較大的課程，是基礎(chǔ)課和專業(yè)課之間的橋梁。該課程的先行課程是計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、離散數(shù)學(xué)等，后續(xù)課程有操作系統(tǒng)、編譯原理、數(shù)據(jù)庫(kù)原理、軟件工程等。因此即使理論課老師采用各種可行的方法，例如項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)和案列教學(xué)法等方法，但效果并不理想，實(shí)驗(yàn)課學(xué)生仍然找不到解決的辦法，造成老師講得累，學(xué)生聽(tīng)不懂，上機(jī)很難進(jìn)行的局面。筆者在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，感到學(xué)生在上機(jī)實(shí)驗(yàn)方面，普遍存在很大的困惑與難點(diǎn)。

1.2學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言掌握不夠

程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的先修課程，我們學(xué)校在大學(xué)一年級(jí)開設(shè)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程在第三學(xué)期開設(shè)，近幾年，在第一學(xué)期開設(shè)程序設(shè)計(jì)課程，學(xué)生剛進(jìn)大學(xué)，由于學(xué)習(xí)目的性不強(qiáng)，學(xué)習(xí)方法不正確，對(duì)程序設(shè)計(jì)的興趣不濃，學(xué)生難以適應(yīng)，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言課程掌握不夠，從實(shí)踐教學(xué)的角度要求學(xué)生必須掌握函數(shù)、結(jié)構(gòu)體、指針、遞歸程序設(shè)計(jì)方法、動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配方法等語(yǔ)言要素。而這些方面正好是學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)，直接影響到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的實(shí)踐教學(xué)正常進(jìn)行。

1.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)不合理

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選擇都是教材中的一些算法或是課后的練習(xí)，或者是課后的實(shí)驗(yàn)。一方面?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)踐教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)題目?jī)H針對(duì)某一個(gè)問(wèn)題，體現(xiàn)不出綜合性，也沒(méi)有和具體的應(yīng)用相結(jié)合，體現(xiàn)不出應(yīng)用性[2]。另一方面，教材中的算法是無(wú)法直接在機(jī)器中執(zhí)行的，必須要把算法思想轉(zhuǎn)化成完整的程序才行，在實(shí)驗(yàn)時(shí)要想象應(yīng)用環(huán)境，分析邏輯結(jié)構(gòu)，選擇存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，算法的調(diào)用需要做哪些準(zhǔn)備等等，所以，沒(méi)有很好的引導(dǎo)和很強(qiáng)的編程能力也是無(wú)法自行完成的。

2　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的改革

長(zhǎng)期以來(lái)，課程組重視實(shí)踐教學(xué)，致力于理論基礎(chǔ)和實(shí)踐教學(xué)的完美結(jié)合，形成了保證基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，推動(dòng)綜合實(shí)驗(yàn)多層次的實(shí)踐教學(xué)體系[3]。

2.1基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)屬于基本算法題目

針對(duì)課堂上講解的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本算法給出程序的大體框架和相關(guān)算法，主要是用來(lái)驗(yàn)證算法的基本思想。首先按照實(shí)驗(yàn)大綱要求每章編制以驗(yàn)證為主的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，每個(gè)實(shí)驗(yàn)分三個(gè)部分，第一部分，預(yù)備知識(shí)介紹本次實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)思想和實(shí)驗(yàn)一般方法，內(nèi)容組織結(jié)構(gòu)概述，需要的基礎(chǔ)和準(zhǔn)備工作及環(huán)境安裝，注意事項(xiàng)；第二部分，實(shí)驗(yàn)小題，把本次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)算法用實(shí)驗(yàn)小題的形式給出，主要要求學(xué)生在理解算法的基礎(chǔ)上，如何調(diào)用這些算法；第三部分，采用分步驟填空的方式如何實(shí)現(xiàn)每一個(gè)小題，實(shí)際上就是分步驟填寫采用的存在結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)如何存入計(jì)算機(jī)，如何調(diào)用算法，需要的數(shù)據(jù)如何提供，調(diào)用后如何得到運(yùn)行結(jié)果。

2.2設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)屬于應(yīng)用性題目

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用已經(jīng)學(xué)過(guò)的基本算法，讓學(xué)生自己動(dòng)手來(lái)完成一些具體的應(yīng)用問(wèn)題。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一方面降低了學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的難度，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的興趣，了解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍，同時(shí)也鍛煉了學(xué)生的編程能力。課程組根據(jù)大綱和教材設(shè)計(jì)了如一元多項(xiàng)式加法計(jì)算、表達(dá)式分析與計(jì)算、迷宮、停車場(chǎng)管理問(wèn)題、醫(yī)院病人就診、約瑟夫環(huán)問(wèn)題、高速公路建設(shè)問(wèn)題、教學(xué)計(jì)劃編排等問(wèn)題。對(duì)每一個(gè)問(wèn)題，給出具體指導(dǎo)和要求，比如，以一元多項(xiàng)式加法為例，具體指導(dǎo)內(nèi)容包括：首先給出兩個(gè)多項(xiàng)式相加的實(shí)際例子，其次采用何種類型的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)多項(xiàng)式的系數(shù)，多項(xiàng)式相加中合并同類項(xiàng)如何實(shí)現(xiàn)，如何建立多項(xiàng)式，如何輸出多項(xiàng)式等等引導(dǎo)學(xué)生去思考，要求學(xué)生利用課后時(shí)間，對(duì)每一個(gè)指導(dǎo)步驟得到準(zhǔn)確回答，題目可以集體討論解決，也可以一個(gè)學(xué)生獨(dú)立完成。這類實(shí)驗(yàn)題目，學(xué)生積極性高，興趣濃，由于可以討論，也增強(qiáng)了學(xué)習(xí)主動(dòng)性和合作精神。

2.3綜合實(shí)驗(yàn)屬于課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

綜合實(shí)驗(yàn)是給出面向?qū)嶋H應(yīng)用的稍大一些的實(shí)踐題目，課程組根據(jù)大綱要求，編寫了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，設(shè)置了學(xué)生信息管理系統(tǒng)、圖書管理系統(tǒng)、集合運(yùn)算、車票管理系統(tǒng)等綜合實(shí)驗(yàn)題目。每一題目給出了題目描述、程序應(yīng)該完成功能和題目要求。以學(xué)分管理程序?yàn)槔}目描述：請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)學(xué)生的學(xué)分管理程序，假設(shè)每位學(xué)生必須完成基礎(chǔ)課50學(xué)分、專業(yè)課50學(xué)分、選修課24學(xué)分、人文類課程8學(xué)分、實(shí)驗(yàn)性課程20學(xué)分才能夠畢業(yè)，因此在管理學(xué)分時(shí)，要考慮每個(gè)學(xué)分所屬于的課程類別。程序應(yīng)完成功能：（1）通過(guò)鍵盤輸入某位學(xué)生的學(xué)分；（2）給定學(xué)號(hào)，顯示某位學(xué)生的學(xué)分完成情況；（3）給定某個(gè)班級(jí)的班號(hào)，顯示該班所有學(xué)生學(xué)分完成情況；（4）給定某位學(xué)生的學(xué)號(hào)，修改該學(xué)生的學(xué)分信息；（5）按照某類課程的學(xué)分高低進(jìn)行排序；（6）提供一些統(tǒng)計(jì)各類信息的功能。題目要求：1）存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)采用順序表或鏈表；2）用本學(xué)期所學(xué)算法實(shí)現(xiàn)各模塊；3）主函數(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)菜單，通過(guò)菜單進(jìn)入各模塊測(cè)試。

3　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐教學(xué)方法的改革

在教學(xué)過(guò)程中僅僅有合適的教學(xué)內(nèi)容，如果沒(méi)有配套的實(shí)踐教學(xué)方法，那么實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容就不能很好落實(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量也很難保證，因此，針對(duì)實(shí)踐教學(xué)中存在的問(wèn)題，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法要進(jìn)行不斷的探索和改進(jìn)，我們課程組通過(guò)認(rèn)真實(shí)踐，摸索出一套數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐教學(xué)方法。

3.1加強(qiáng)編程能力的培養(yǎng)

針對(duì)學(xué)生程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)差，實(shí)踐動(dòng)手能力差的特點(diǎn)，有針對(duì)性進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中頻繁使用C 語(yǔ)言的函數(shù)參數(shù)傳遞、指針和結(jié)構(gòu)體等，對(duì)于理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)起到舉足輕重的作用，因此，教師必須根據(jù)學(xué)生對(duì) C 語(yǔ)言掌握的情況，有目的地講授一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所涉及的 C 語(yǔ)言知識(shí)，強(qiáng)化學(xué)生 C 語(yǔ)言的運(yùn)用能力，從而更好地完成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，達(dá)到事半功倍的效果，我校在開設(shè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之前，特地開設(shè)程序設(shè)計(jì)技能訓(xùn)練，而且這門課程由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教師來(lái)教授，這樣我們課程組教師就可以有針對(duì)性的進(jìn)行項(xiàng)目訓(xùn)練，并且在此基礎(chǔ)上把數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的有關(guān)算法引入該課程，讓學(xué)生先知道怎樣用了，以后再學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)，學(xué)生就更好的理解所學(xué)概念和知識(shí)的來(lái)龍去脈了。

3.2采用啟發(fā)式教學(xué)方法提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

所謂啟發(fā)式教學(xué)，就是教師根據(jù)教學(xué)目的、內(nèi)容、學(xué)生的識(shí)水平和知識(shí)規(guī)律，運(yùn)用多種教學(xué)手段，采用啟發(fā)誘導(dǎo)辦法傳授知定的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題和編寫程序的能力[4]。課程組教師在進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)時(shí)，課前讓學(xué)生預(yù)習(xí)預(yù)備知識(shí)，實(shí)驗(yàn)課時(shí)，課程組在方法上進(jìn)行指導(dǎo)，同時(shí)結(jié)合實(shí)際應(yīng)用作一些啟發(fā)性的提問(wèn)，使學(xué)生知道從哪里入手做，以及從哪些方面可以作些變化。例如，在學(xué)生鏈表實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)教材內(nèi)容，問(wèn)學(xué)生，建立鏈表有什么方法，學(xué)生肯定回答，有頭插入法和尾插人法，教師追問(wèn)，能不能用插入算法來(lái)實(shí)現(xiàn)呢？怎么做就可以達(dá)到頭插入法效果？怎么做就可以達(dá)到尾插人法的效果？關(guān)于鏈表長(zhǎng)度算法，常常用“順藤摸瓜”來(lái)比喻，那么輸出模塊是不是也可以摸一個(gè)輸出一個(gè)呢？通過(guò)一些列的啟發(fā)提問(wèn)，學(xué)生漸漸的學(xué)會(huì)舉一反三，收到良好效果。

3.3綜合性實(shí)驗(yàn)采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法

綜合性實(shí)驗(yàn)屬于課程設(shè)計(jì)實(shí)踐是前兩項(xiàng)實(shí)踐內(nèi)容的提高過(guò)程，按照任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)方法，對(duì)于實(shí)踐內(nèi)容、實(shí)踐目的、實(shí)踐結(jié)果更有針對(duì)性[5]。每個(gè)任務(wù)按軟件工程的方法來(lái)實(shí)踐，教師提供可選題目，學(xué)生根據(jù)自身興趣進(jìn)行選題，老師給出每個(gè)題目邏輯分析，學(xué)生進(jìn)行需求分析，寫出需求分析報(bào)告，在老師的指導(dǎo)下，學(xué)生進(jìn)行題目的概要設(shè)計(jì)、對(duì)每一模塊進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，最后代碼編寫、上機(jī)調(diào)試。通過(guò)這樣的交流和討論，一方面老師能了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，另一方面，學(xué)生對(duì)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)有較深的認(rèn)識(shí)，也有效杜絕了抄襲程序的現(xiàn)象。

3.4實(shí)驗(yàn)考核方式的改革

考核方式是檢驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的正確性及教學(xué)方法的合理性的重要手段。我們針對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和形式的不同，采用不同的考核方式，對(duì)于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，采用隨堂評(píng)分的方法，每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束前對(duì)每個(gè)學(xué)生進(jìn)行檢查，根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)態(tài)度、出現(xiàn)錯(cuò)誤情況、調(diào)試程序能力和實(shí)驗(yàn)完成情況給學(xué)生評(píng)分。對(duì)于設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，我們采用包括程序演示、回答問(wèn)題、程序改進(jìn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告四個(gè)過(guò)程。程序演示過(guò)程由學(xué)生向教師演示自己的編寫程序，教師檢查學(xué)生程序是否達(dá)到預(yù)期要求；回答問(wèn)題過(guò)程教師向?qū)W生提出與題目相關(guān)的問(wèn)題，例如題目真正要完成的任務(wù)，每一個(gè)模塊的算法的思想，而且要求由非編寫模塊的同學(xué)回答，這樣起到相互學(xué)習(xí)，取長(zhǎng)補(bǔ)短的作用；根據(jù)前兩個(gè)過(guò)程，教師提出設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題和不足，希望學(xué)生再進(jìn)行改進(jìn)，使得程序基本達(dá)到預(yù)期目標(biāo)；實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求按指定的格式完成，同時(shí)把應(yīng)用實(shí)例寫進(jìn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，另外還要寫明程序在編寫過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，以及解決的方法和實(shí)驗(yàn)收獲。

4　結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的調(diào)整和設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改進(jìn)和實(shí)施，取得了不少寶貴的經(jīng)驗(yàn)和可喜的成績(jī)，使得我校這幾年數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的課程教學(xué)效果有了很大提高，形成了學(xué)生愛(ài)好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的良好局面。當(dāng)然，教學(xué)改革和探索是沒(méi)有止境的。因此，今后我們課程組將繼續(xù)探索下去，設(shè)計(jì)最合理的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，掌握最有效的實(shí)踐教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問(wèn)題的能力，為培養(yǎng)合格的計(jì)算機(jī)專業(yè)應(yīng)用型人才多作貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李春葆.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教程[M].清華大學(xué)出版社（第4版）,2013（01）.

[2] 胡學(xué)鋼,張晶等.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐教學(xué)體系設(shè)計(jì)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版）,2005（08）：138-140.

[3]秦玉平.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程實(shí)踐教學(xué)改革與實(shí)踐[J].渤海大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2013（12）：398-400.

[4]米文麗.啟發(fā)式教學(xué)在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程中的應(yīng)用[J].佳木斯教育學(xué)院學(xué)報(bào),2014（05）：156,158.

[5]曹春萍,陳平.問(wèn)題驅(qū)動(dòng)法在“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”教學(xué)中的應(yīng)用探討[J].中國(guó)電力教育，2014（23）：78-79.

基金項(xiàng)目：安徽科技學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目資助（編號(hào)：X2012030）

作者簡(jiǎn)介：莊鎖法（1965-）,男,副教授,研究方向：信息管理，網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)與研究。