《數據結構》研究性教學模式探究

胡志軍

摘要：探索了一種基于計算思維的《數據結構》研究性教學模式。從教學理念、教學內容、教學方法等方面對該課程進行研究性改革創新。實踐證明，該教學模式提高了教學質量，培養了學生的計算思維能力、問題自主解決能力和協作創新能力。

關鍵詞關鍵詞：數據結構；研究性教學；計算思維；協同教學

DOIDOI：10.11907/rjdk.161286

中圖分類號：G434文獻標識碼：A文章編號文章編號：16727800（2016）007020002

0引言

為培養國家經濟和社會發展需要的創新型人才，高校需培養學生計算思維能力、問題自主解決能力和創新能力，激發學生的主動精神。計算思維能力的培養，研究性教學方法探究，已經成為高校教育教學改革的熱點[1]。《數據結構》作為計算機課程體系中的核心專業課程，在其教學中融入計算思維能力的培養理念，開展研究性教學，可以培養學生利用計算思維方式去獲取信息、分析問題、自覺推理、解決問題的能力。

1《數據結構》研究性教學

《數據結構》作為計算機專業的核心基礎課，學生普遍認為其內容抽象、算法枯燥乏味，是一門難學課程，有的學生甚至學完后，也不明白數據結構的作用[2]。分析原因如下：①《數據結構》課程抽象。數據結構中涉及到的概念、模型及操作算法較為抽象，晦澀難懂；②教學模式、方法單一。黑板粉筆方式與簡單翻頁的多媒體輔助教學，缺乏直觀效果，不能很好地展示算法的動態變化過程，學生無法理解數據結構之間的邏輯關系和存儲關系；③理論與實踐脫節，實踐教學環節不足。目前重理論輕實踐的教學，只要求掌握幾種基本類型的數據結構和基本操作，無法關聯計算機技術的諸多內容和發展方向，在培養學生程序設計能力、創新能力上不可避免存在不足。

針對上述問題，如何提高《數據結構》課程的教學質量，如何培養學生自主解決問題的能力、協作能力與創新能力，是本課改面臨的重要問題。

1.1研究性教學改革內容

依據由簡單到復雜的系統科學分類原則，將《數據結構》中的內容分為一對一的線性結構（線性表、棧、隊列、串、數組和廣義表）、一對多的非線性結構（樹、二叉樹、圖）以及數據結構的應用（查找和內部排序），然后根據課程總體教學目標劃分一系列單元子目標，再根據子目標細化成具體任務。比如，線性表這一章中，主要研究順序與鏈式兩種存儲結構的運算操作，其任務可設計為制作通訊錄，準備選用哪種存儲結構，如何基于這種存儲結構進行記錄的插入、刪除、查找等運算，最后整理成菜單形式，整合通訊錄以上功能。

1.2研究性教學方法

1.2.1教學方式

（1）案例教學。案例教學可將各章節內容有機組合，一個案例可貫穿整個教學實踐，起到導入作用[3]。案例選擇要貼近學生日常生活或是學生感興趣的內容。比如：①線性表，用學生成績管理系統、學生通訊錄導入；②棧和隊列，用停車場的停車管理、食堂排隊打飯導入。在導入案例時，一定要注意充分挖掘案例的趣味性、啟發性，要恰到好處地從案例過渡到具體的數據結構。

（2） 問題啟發。以問題為中心，在案例引入后，首先提出問題。比如，引入學生成績管理系統案例后，提出問題：如何組織學生的姓名、學號、各科成績等數據，快速實現查找、插入、刪除等操作；在樓房建設問題中，如何施工以求工期最短等。

（3）任務（項目）開發。任務驅動法是一種以解決問題、完成任務為主的多維互動式教學理念，特別適合實踐教學。它的特點是以任務為主線，教師為主導，學生為主體，通過設計任務、提出任務、分析任務、完成任務、評價任務等環節使學生成為主體，鍛煉其能力，可極大地調動學生的自主學習興趣，培養學生分析問題、解決問題的能力。

（4）分組研習。分組研習是一種以小組為單位進行自主學習、討論，協作解決問題的教學方法。在最近三屆學生的《數據結構》教學中，課題組采用分組研習的教學方法，取得了較好的教學效果。學生分組上臺講解指定內容，組長給各組員分工，組員分別完成分析教材算法、準備PPT、準備教案、準備上臺講解、給他組提問題工作，臺前幕后分工明確。學生在完成各自的任務中，提高了計算思維能力、自主學習能力與解決問題的能力。

以培養計算思維能力為主線的研究性教學方法如圖1所示。

1.2.2開展協同教學

研究性教學的主要目的是發揮學生的主觀能動性，調動學生的學習興趣，使學生成為學習主體[4]。在長期的教學中，師生協同是最有針對性的教學方法。協同教學是一種新的教學方式，它不僅指教師之間的協同，還包括教師與學生間的協同，學科與學科之間的協同，學生與學生之間的協同。

（1）建立課程群。將《數據結構》的前修課與后繼課的授課教師均加入到課程組中，比如《高級語言程序設計》、《離散數學》、《算法設計與分析》、《數據庫系統原理》等相關課程的老師。這樣可以將計算機專業課程體系中的相關課程之間協調更合理，知識點的銜接更暢通，避免了課程之間知識點的重復講授，體現了教師與教師之間、教師與課程之間的協同性。

（2）學生之間的協同性分別體現在理論教學、實踐教學與考核評價體系中。①理論分組研習。如前所述，同組學生協作完成教師分配的講課任務，將教師對全體學生答疑輔導的現狀改為學生之間的互助答疑，本組學生向他組提問答疑，增加了學生之間的協作關系；②實踐分組協作，指小組協作完成實驗任務。根據學生的能力差異，多層次分級設計實踐環節，提高學生動手能力。如，在學完線性結構時，讓學生分三個層次完成通訊錄管理實驗。第一層次：選用鏈表或順序表等一種存儲結構，實現插入、刪除、查找算法；第二層次：前述基礎上，用菜單形式，實現頭插法建鏈表、尾插法建鏈表、刪除鏈表中結點、按值查找、按位序查找、退出等多項運算；第三層次，把以上結構體具體到“學生通訊錄”問題中，仍然用菜單形式，實現通訊錄的插入、刪除、查找等管理功能。通過對這些實驗項目的分析、設計、編程實現，學生不但體會到了線性表和隊列這樣的數據結構如何從現實問題中抽象出來，解決現實問題，而且體現了計算思維過程，增強了協作能力；③考核評價，引入過程性考核指標，每小組可給他組同學打分，所有分數加權處理后形成學生評價分。引入協同教學，不僅在教學上發揮了學生的主觀能動性和合作奉獻精神，而且在課程考核方面，突破了傳統的教師給學生打分的評價體系桎梏，學生之間互評，使考核體現了公平與量化，增加了學生之間的互動協作，提高了實踐能力和協作能力。

2計算思維理念培養

2006 年 3 月，周以真在 Communications of the ACM 上首次提出，計算思維可分解為：遞歸抽象和分解、保護、冗余、容錯、糾錯和恢復、推理、規劃、學習和調度等。計算思維與數據結構本身有相似之處，計算思維可概括為“模型+算法”，數據結構可概括為“（邏輯|存儲）結構+算法”，它們都是靜態結構和動態操作的結合，都可理解成是一個抽象建模的過程，只不過計算思維的概念更寬泛，它還要考慮問題的可計算性。利用數據結構中的插入、選擇、冒泡排序等排序算法，滲透講解計算思維思想，層層抽象和分解，把排序問題轉換為簡單的小問題。利用數據結構中的二叉樹遍歷問題，滲透講解計算思維中的“遞歸”思想，比如，中序遍歷“左根右”，對左或右子樹繼續利用“左根右”思想遍歷，體現遞歸思想。在《數據結構》中培養計算思維能力，可加強學生自學能力、質疑能力、問題解決能力和創新能力的培養。

3結語

本文以計算思維為主線，采用“案例導入，問題啟發，任務驅動，分組研習”的研究性教學方法對《數據結構》課程進行教學改革。開展協同教學，多方位、多角度對該課程進行深層次的教學改革創新，培養了學生的計算思維能力、自主解決問題能力和協作創新能力。

參考文獻：

[1]徐薇，王志海. 數據結構課程研究性教學理論與方法探索[J].計算機教育，2012 （1）：3538.

[2]朱煥，馬文靜，孫玉梅.研究性教學在《數據結構》課程中的探索與實踐[J].大慶社會科學，2015（3）：144145.

[3]紀玉玲，劉麗杰，于成江.研究性教學方法在《數據結構》課程中的應用[J].中國電力教育，2013 （1）：9293.

[4]李靜.研究性學習在《數據結構》課程中的應用研究[J].軟件導刊，2012，11（12）：222223.

責任編輯（責任編輯：杜能鋼）