數據結構教學中培養學生思維能力的教學范例

董思妤

摘 要： 《數據結構》是一門比較抽象、理論性強、難度較大又極其重要的課程，通過高效、優質的課堂提問，對于學員邏輯思維能力和創造力的培養有非常重要的作用。本文從教學實踐出發，通過具體教學實例，探討如何提高學員的思維能力。

關鍵詞： 《數據結構》 思維能力 優質提問教學法 教學實踐 教學方法

引言

《數據結構》是武警初級指揮生長干部四年制“學歷教育合訓”本科學員指揮信息系統工程專業的專業基礎必修課。對學員信息素質的培養、信息系統的開發等技能具有一定的指導作用，訓練學員分析和解決問題的能力，使學員了解數據結構在解決現實問題中的重要應用，培養學員探索精神，提高學員綜合素質，實現知識、能力與素質協調發展，為培養具有較強創新能力的高素質新型軍事人才奠定基礎。

1.優質提問教學法

課堂提問是教學中的一個重要環節，通過提問，可以提高學員注意力，激發學員積極思考，使課堂氣氛變得活躍，進而提高學員的學習興趣；通過提問，可促使學員對已學知識進行回顧，對未學的知識進行探索，并將各知識點串聯起來，形成更完整、更具體的知識體系[1]。為了提高學員的思維能力，培養學員解決問題的能力，教員在授課時就要有意識地引導學員思考，通過教員的引導使學員形成自己的思維過程。因此，教員應掌握一定的課堂提問技巧，因為不合理的提問反而會影響教學效果。

優質提問教學法指教員一定要科學設問。提出的問題需要掌握一定的技巧，問題要設置在關鍵之處，如在回顧舊知識引入新課及重要知識點之間的銜接時，都可以設問。課堂設問的難易程度要適中，以能激發學員的學習興趣為前提。教員在設置問題時，應循序漸進，通過問題的層層深入，讓學員掌握理解問題本質的思維方法，使學員分析問題的能力得以提高。

2.教學范例：線性表的單鏈式存儲結構

“線性表的單鏈式存儲結構”教學內容安排在“線性表的順序存儲結構（包含特殊線性表棧和隊列）”之后[2]，首先回顧線性表的順序存儲結構，用類比法引入新課。將在座每一位同學類比為數據元素，將教室每一個座位類比為計算機的存儲單元，前面學習的順序存儲方式就好比每一位同學按學號依次就座，座位是固定的，而今天要學習的鏈式存儲結構，可不按順序就座，只要有空位就可以坐，讓每一位同學記住學號在你后面的下一位同學的位置即可。單鏈表只能單方向查找，就好比我們經常看的諜戰片，你只知道你的下線，卻永遠不知道你的上線是誰。從生活中的事例引入，很快就讓學員明白了，而不會覺得很抽象。回到數據結構中，鏈式存儲將每一個數據元素看做一個結點，每一個結點的存儲單元不需要是連續的，每一個結點中存放它后繼結點的地址。第一個結點的地址通過頭結點獲取，之后每一個結點都可以通過它的前驅結點找到。

這時，提出第一個問題：（1）在一個已知結點之前插入刪除數據容易呢？還是在已知結點之后插入刪除數據容易？這時學員就會思考如果已知結點p，那么p的后繼結點地址可輕松地通過p->next獲取，如果在p結點后插入結點s的話很容易，只需要s->next=p->next；p->next=s；重新鏈接一下指針就可以了，時間復雜度為O（1）。而p的前驅結點能不能直接獲取到呢？由前面所學的知識學員很快就明白了，不行，只能通過頭指針L依次從頭結點開始獲取，q=L->next；while（q->next！=p）q=q->next；此時q指向的結點就是p的前驅結點，查找結點的時間復雜度為O（n），再通過q->next=s；s->next=p，就可以成功地在p結點前插入結點s了。而刪除操作亦然。引導學員分析完后，學員在認真思考下，很快就能給出答案：當然是在已知結點之后插入刪除數據容易了。

掌握了這部分知識點之后，接著拋出第二個問題：（2）對于棧這種操作受限的線性表，它只能在一端進行插入和刪除，它的鏈式存儲結構—鏈棧，結點的插入和刪除操作應該放在鏈首還是鏈尾？教員再引導學員通過前面所學的知識思考：如果在鏈首操作，就應該是在頭結點之后插入和刪除，而頭結點的地址容易獲取嗎？顯而易見，通過頭指針可以直接獲取到，時間復雜度為O（1），這就轉化為第一個問題中的已知結點（頭結點L->next）之后插入和刪除的問題。而若在鏈尾操作，插入結點需要獲取最后一個結點的地址，刪除最后一個結點需要獲取倒數第二個結點的地址，這些都需要從頭指針處開始查找，時間復雜度為O（n）。這時學員很快就能給出答案：對于鏈棧，結點的插入和刪除操作應該放在鏈首。并且引導學員依照第一個問題寫出程序代碼。

對于鏈棧的操作大家明白了，請思考最后一個問題：（3）對于隊列這種操作受限的線性表，它只能在一端進行插入另一端進行刪除，它的鏈式存儲結構—鏈隊列，結點的插入和刪除操作應該放在鏈首還是鏈尾呢？首先要讓學員明白鏈隊列的頭指針與鏈棧的不同，是一結構體，其中Q.front始終指向頭結點，Q.rear始終指向尾結點，如圖1。

若在鏈首刪除鏈尾插入，則引導學員分析，學員通過前面所學知識，很容易就能寫出實現代碼。

鏈首刪除（出隊）：p=Q.front->next；Q.front->next=p->next；free（p）；考慮當只剩下一個結點刪除后隊列為空的情況：if（Q.rear==p）；Q.rear=Q.front；free（p）；時間復雜度為O（1）；

鏈尾插入（入隊）：Q.rear->next=S；Q.rear=S；時間復雜度為O（1）。

反過來，若在鏈首插入鏈尾刪除，則讓學員自己分析。

鏈首插入（入隊）：與鏈棧操作相同。S->next=Q.front->next；Q.front->next=S；時間復雜度為O（1）。

鏈尾刪除（出隊）：即是要刪除Q.rear指向的結點，刪除后Q.rear指向前驅結點。讓學員思考該怎么做，Q.rear的前驅結點地址如何獲取？這時學員馬上就會想到只能從Q.front處開始查找獲取，時間復雜度為O（n）。隨后讓學員自己寫出實現代碼。

最后，學員給出答案：鏈隊列出隊在鏈首，入隊在鏈尾比較好。

以上這三個問題是將不同章節的知識點串聯起來，對授課內容進行重組，所提出的問題環環相扣，由易到難、循序漸進。不僅讓學員有效掌握了對鏈式存儲結構操作的相關知識，而且啟發了學員的思維，調動了學員學習的積極性，鍛煉了學員的邏輯思維和獨立思考問題的能力。

3.結語

本文通過具體教學案例，探討了以教員充分引導和啟發學員思維相結合為主要特征的優質提問教學法。通過構建“問題鏈”，創設問題情境，恰當地呈現問題，激發學員的興趣，激發學員參與解決問題的欲望，調動他們主動探索問題的積極性，對學員思維能力的培養起到重要作用，對教員課堂教學質量的提高也起到積極作用。

參考文獻：

[1]嚴太山，郭觀七，李文彬.課堂設問的技巧及其在《數據結構》課程教學中的應用[J].湖南理工學院學報（自然科學版），2015（3）：81-83.

[2]嚴蔚敏，吳偉民.數據結構（C語言版）[M].清華大學出版社，2007.