應用型人才培養過程中《數據結構》課程教學改革

高廣銀，姜楓，丁勇

（南京理工大學泰州科技學院計算機科學與技術系，泰州　225300）

應用型人才培養過程中《數據結構》課程教學改革

高廣銀，姜楓，丁勇

（南京理工大學泰州科技學院計算機科學與技術系，泰州225300）

0　引言

人們使用計算機求解實際問題，其核心是算法設計，而算法設計又高度依賴于數據結構，數據結構的選擇則取決于問題本身的需求。隨著計算機科學的發展，數據結構不斷完善，它作為一門重要的專業核心必修課程，既是對以往課程的深入和擴展，也為深入地學習其他專業課程打下基礎，成為研究與構筑計算機求解問題過程的兩大基石之一［1］。然而在實際教學過程中，《數據結構》課程面臨著諸多問題，在新的教育形勢下教學改革勢在必行。今年上半年教育部副部長魯昕透露，中國高等教育將發生革命性調整，將有600多所高校轉向職業教育，培養技能型人才［2］，盡管改革的細節沒有披露，但社會輿論及市場調研顯示我國高等教育將調整研究型與應用型的比例，即與企業對接加強應用型人才的培養。在培養應用型人才的過程中如何重新審視專業課程教學，密切聯系實際，適應人才培養的需求，值得共同研究，本文在學校立項支持下對《數據結構》課程的教學改革做一些探索。

1　教學現狀及問題

1.1課程本身難度大

《數據結構》課程作為專業核心課程不僅邏輯性強，而且極抽象，很多內容即使利用課件或動畫也無法完全將理論知識很直觀地表現出來，不花足夠的時間揣摩很難理解。此外《數據結構》課程內容較多，知識結構龐大，往往前面所學知識還沒有完全理解，新的知識就接踵而至，這使得問題不斷堆積，不少學生在心理上感到恐懼，難度非常大。

1.2先導課程不扎實

數據結構與算法課程的先導課程有高等數學、高級程序設計和離散數學等。學生在學習該課程前必須能夠較好地掌握這幾門課程。例如，分析算法時需要一定的數學基礎；理解和實現算法時需要熟練地運用高級程序設計語言。由于數據結構中的算法大多采用類C、C語言或C++描述，而學生對于預定義常量和預定義類型的作用與用法、函數返回執行狀態的作用與用法、函數定義和調用的方法、使用類型定義（typedef）描述存儲結構的方法、指針及動態內存分配與釋放的原理與方法普遍掌握不好，這些知識通常安排在C語言課程的最后，其重要性易被學生忽視，不少學生教條地去遵守語法規則應付了考試，卻未真正搞懂這些知識的運用，導致其在后續課程數據結構的學習中對新知識的理解消化與實踐應用受到阻礙。在數據結構課堂教學中，教師往往不得不花一部分時間在C語言的復習上。盡管如此，學生仍然模糊不清，教學效果不理想，久而久之，有些學生甚至失去了學習興趣。因此，先導課程掌握不扎實，給《數據結構》課程的教學埋下了隱患。

1.3實踐動手能力弱

《數據結構》是一門理論與實踐并重的課程，其教學要求之一是培養學生進行復雜程序設計的技能和養成良好程序設計的習慣。對提出的問題，要求學生能通過分析，正確選擇相應的數據結構和算法，編寫程序解決，從而提高分析和解決問題的能力，這是學以致用的檢驗，所以在整個教學過程中，完成上機實驗是個至關重要的環節。但是在實際教學中，一方面課時有限，平均每兩周一次上機課，每次2學時；另一方面學生沒有課前預習習慣，所有問題都在上機課時暴露，能當場解決便解決，不能解決的課后多數不能獨立完成。由于實踐訓練不足，理論課上的算法成了“紙上談兵”，學生學得較膚淺，聽課就更覺得枯燥乏味，從而惡性循環，教師在授課時也覺困難重重。

2　理論教學改革

針對以上存在的問題，整體教學改革思路是轉變思想，站在學生的角度思考，結合社會及用人單位的需求，重新整合教學內容，充分調動學生積極性，發揮學生主體性［3］，否則再好、再科學的培養方案、教學計劃都無法落到實處。

2.1理清知識脈絡

從使用計算機解決現實具體問題出發，理清數據結構、算法及程序的概念及其關系［4］，以及數據結構的研究內容包括數據的邏輯結構、數據的存儲結構及數據的運算，進而引出線性結構、樹形結構、圖形結構等，合理地展示知識的框架［5］。

如圖1所示，使用計算機解決實際問題，首先對實際問題進行建模得到抽象模型，抽象模型包括了數據的邏輯結構；算法設計者通過設計算法來求解模型，表示數據的運算，算法的設計將受到數據的邏輯結構的影響；將抽象模型映射到計算機內存儲器便是數據的存儲結構，它會影響程序員通過高級編程語言將算法實現；程序再由編譯器翻譯成計算機可以直接識別的機器指令，計算機執行指令完成對實際問題的求解。通過這一過程，學生可以更好地理解數據結構研究的對象，把握學習的思路，明確實踐的要求。

2.2復習前導課程

前導課程知識是學習數據結構的基礎。C語言中的結構體和指針是描述存儲結構的手段，C語言本身也是將算法轉換成程序的高級編程語言之一［6］。那么在實施數據結構教學時，要給學生點明C語言中與數據結構相關性大的知識，適當地復習，結合學生掌握情況布置復習任務，抓住兩門課程之間的銜接點組織教學，學生往往會在復習知識時產生一種親切感，從而平滑地過渡到新課程中來。同時，教師應將復習重點從編程語言語法轉變為編程思維訓練、能力培養，安排好進度，在第一次實驗課時檢驗學生們復習情況，為數據結構課程的展開夯實基礎。

2.3改進教學方法

圖1　數據結構概念導入圖

鑒于數據結構是使用計算機解決實際問題的基石之一以及其內容的抽象性，教師在第一次課作課程介紹時，應通過介紹數據結構的實際應用激發學生的學習興趣。例如，走迷宮問題，如何記住走過的路；學校的圖書管理系統，如何快速地查找圖書信息；出門旅行，如何選擇線路節省開支；一個工程，如何科學管理才能實現最短工期；以及八皇后問題、背包問題等。這些問題或者有一定實用性，或者有一定趣味性，能激發學生一探究竟的愿望和學習數據結構知識的興趣，有興趣便是好的開始。

在接下來的課程中，同樣應注意通過實例導入課程知識，例如講解棧結構時，可以用彈匣的例子，裝彈時子彈一個個地壓進彈匣，發射時子彈從彈匣頂部依次射出，這是先進后出原則，而且只在一端操作。講解隊列時，可以舉學生食堂排隊打飯的例子，排隊總是排到隊尾，總是隊伍最前面的人打完飯后離開隊伍，這是隊列結構，先進先出，而且一端插入、另一端刪除操作。通過例子過渡到知識點，學生易于理解，不覺得枯燥。

數據結構中很多內容較抽象，僅通過課件表達不夠形象，可以制作動畫呈現。特別地，可以列舉出一些難度適中的算法，讓學生自主選擇、不限技術做成動畫展示，進行評講和評比，并計入平時成績加分，充分調動學生積極性。筆者在教改過程中發現，學生會借此機會組織了一場“課程動畫制作大賽”，通過網頁、Flash、幻燈片等多種形式將數據結構中算法、C語言中指針運算等以動畫形式描述，并通過評比擇優進行再創作，與教師討論，制作成優秀的作品，當學生署上自己的姓名時，自豪感油然而生。而且通過這樣的活動，學生們其他方面的技能也得到了鍛煉和提高。

3　實驗教學改進

《數據結構》是一門實踐性很強的課程［7］，基本概念的理解、原理方法的掌握通過算法的實現體現，針對學生動手能力弱的問題對實驗教學進行改進，首先要保證上機課的數量。傳統的主理論輔上機的教學方式，對于培養科學型、工程型人才固然受用，這些學生基礎扎實、主動性強，但是對于培養應用型人才不太合適，他們在抽象能力、舉一反三方面都稍遜，那么需要規劃理論課與上機課的比例，調整部分理論課為上機教學課，邊講邊練，將復雜問題分割，逐個突破。再結合自主上機，學生達到一定基礎訓練量后，就能夠融會貫通，綜合運用相關知識解決復雜問題，逐步減少依賴，獨立分析和思考。

其次應保證上機課的質量，精心設計上機實驗題。針對應用型人才的培養，應緊扣所學知識點選擇有代表性的、難度適中的典型算法及具有應用性的實例作為實驗題。上機實驗題應設置不同的難度，包括基礎型、驗證型、綜合型及設計型，并且分為必做題和選做題。基礎型、驗證型的題目為必做題，主要鞏固數據結構的概念和算法；綜合型、設計型的題目為選做題，訓練學生綜合運用知識、分析實際問題及解決問題的能力，對于這部分題目教師可以允許學生分組完成，并根據實際教學情況適當提供一些輔助源代碼，引導學生完成復雜問題求解。此外，可以允許學生自選綜合型、設計型實驗題，教師負責把關，學生對自選題往往更有責任心；可以允許學生就某些數據結構或算法深入研究，而不必求其全，靈活把握考核尺度。這樣，學生通過自身努力在不太長的時間里可以看到結果，會有種成就感，增強了自信心，提高了學習興趣。

4　結語

加大應用型人才培養力度是高等教育調整趨勢，如何培養應用型人才是新的教育命題，在歸納總結了數據結構課程教學的現狀，分析了問題產生原因的基礎上，提出以調動學生積極性，發揮學生主體性為根本出發點，結合數據結構課程特點，從理論教學和實踐教學兩方面進行改進，理論教學注重知識講解的趣味性、實用性，實踐教學探索實驗的自主性、階梯性，合力為學生帶來學習的成就感，提升實踐動手能力，符合應用型人才培養需求。

［1］張銘，耿國華，陳衛衛，胡學鋼.數據結構與算法課程教學實施方案［J］.中國大學教學，2011（3）:56-60.

［2］儲召生.地方本科高校轉型應走出身份困惑［N］.中國教育報，2015-6-17.

［3］劉廣斌.內生主體性訴求：中國高等教育的雙重轉型［J］.湖南社會科學，2013（2）:234-237.

［4］沈華.數據結構、算法和程序之間關系的探討［J］.計算機教育，2013（4）:58-61.

［5］嚴蔚敏，吳偉民.數據結構（C語言版）［M］.清華大學出版社，2012.

［6］張乃孝.《數據結構》教學與教材研究［J］.中國大學教育，2013（2）:86-90.

［7］余艷，劉燕麗，李琳娜.數據結構實踐教學內容設置的分析與思考［J］.實驗技術與管理，2014（4）:170-173.

Data Structure；Self-Study；Teaching Method

Data Structure Course Reformation in the Process of Application-Type Talent Cultivation

GAO Guang-yin，JIANG Feng，DING Yong
Department of Computer Science&Technology，Taizhou Institute of Science&Technology，NUST，Taizhou 225300

1007-1423（2015）33-0009-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.33.003

高廣銀（1982-），男，江蘇姜堰人，講師，碩士，研究方向為數據挖掘、機器學習、圖像處理

姜楓（1980-），男，江蘇泰州人，副教授，博士，研究方向為計算機視覺、機器學習

丁勇（1980-），男，江蘇姜堰人，副教授，碩士，研究方向為數據庫理論、數據挖掘

2015-10-29

2015-11-20

在加強應用型人才培養的教育調整形勢下，分析《數據結構》課程教學的現狀，針對存在的問題，探討以調動學生積極性與發揮學生主體性為目標，對理論教學與實踐教學兩方面進行改進的教學改革方法。

數據結構；主體性；教學方法

南京理工大學泰州科技學院教改項目（No.YJG2013B14）

In order to strengthen the education of application-type talent training，analyzes the present situation of the teaching of Data Structure course.According to the current problems，inquires into method of teaching reformation with respect to two aspects，theory teaching and experiment teaching，which is aimed to stimulate the activity of the students and develop their self-studying ability.