應用型人才培養(yǎng)目標下《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學方法探討

牛秋月，唐國良

（河南中醫(yī)藥大學信息技術(shù)學院，鄭州 450046）

應用型人才培養(yǎng)目標下《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學方法探討

牛秋月，唐國良

（河南中醫(yī)藥大學信息技術(shù)學院，鄭州 450046）

針對應用型人才培養(yǎng)目標下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教學實際，分析當前《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學過程中存在的問題。探討如何在理論教學中運用翻轉(zhuǎn)課堂、實際案例等方法，如何在實驗教學中運用以問題為導向的原則，使學生牢固掌握《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》的知識并將其應用到實際生活中去。

0 引言

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》是計算機科學與技術(shù)專業(yè)學生必修的一門專業(yè)主干課程，也是其他電氣類專業(yè)學生學習程序設計思想和方法的入門課程。該課程主要講解數(shù)據(jù)在計算機中的邏輯組織和物理存儲結(jié)構(gòu)，不僅涉及到編碼理論、存儲裝置和存取方法等計算機硬件的研究范圍，還和計算機軟件的設計與實現(xiàn)密切相關(guān)。通過該課程的學習，使學生掌握日常生活中求解非數(shù)值計算問題的基本方法與過程，重在培養(yǎng)學生的計算思維和實踐創(chuàng)新能力。

1 教學現(xiàn)狀分析

雖然數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)處于計算機課程體系中的核心位置，但在實際教學中仍存在很多問題。由于該課程內(nèi)容多，概念抽象，算法繁多且較難理解，部分學生學起來難度較大，特別是對先修課程（程序設計基礎(chǔ)和離散數(shù)學）基礎(chǔ)知識掌握不牢固的學生，學起來難度更大[1]。此外，由于傳統(tǒng)教學無法展示抽象的算法實現(xiàn)過程，只靠填鴨式的灌輸，效果甚微，學生也容易產(chǎn)生厭學心理。實驗教學環(huán)節(jié)，由于實驗學時較少，實驗課只能完成基礎(chǔ)算法的實現(xiàn)，遇到實際問題的時候，學生不知如何下手，容易產(chǎn)生畏難情緒，從而喪失學習的興趣和自信心。針對當前《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學中存在的若干問題，本文結(jié)合應用型人才培養(yǎng)模式的目標，進行了新的教學模式和教學方法探索，力爭在有限的時間內(nèi)讓學生掌握課程的知識點，提高學生的實踐動手能力。

2 理論教學

傳統(tǒng)的課堂教學一般是以教師為主體，教材為依據(jù)的填鴨式灌輸教學，忽視了學生主體性。此外，該課程整個教學過程都按照前期編寫的教學周歷和教學大綱進行，在有限的課堂時間內(nèi)，教師單純靠講解教材或PPT上的理論知識無法達到良好的教學效果。隨著時間的推移，課程不斷深入，難度也越來越大，而學生面對生澀難懂的知識點，學習興趣減弱[2]，失去學習的自信心。

為了提高學生學習的主動性，激發(fā)學生的學習興趣，借助網(wǎng)絡教學平臺，在理論課教學過程中，根據(jù)每章節(jié)內(nèi)容的特點，采用多元化的教學方法與手段，以期達到良好的教學效果。

（1）引入翻轉(zhuǎn)課堂，提高學生學習的主動性

翻轉(zhuǎn)課堂改變了傳統(tǒng)面授的教學主體，學生通過網(wǎng)絡教學平臺自主的對新知識進行學習[3]。課前教師需將相應章節(jié)的教學大綱、PPT、教學視頻、自測題等教學資源上傳到網(wǎng)絡教學平臺，并要求學生在課前進行自主學習，自學過程中產(chǎn)生的疑問可以在平臺上與教師、同學進行交流，或帶到課堂上進行探討。課程教學中，教師首先針對學生在課前自學過程中遇到的問題給出解答。然后教師再根據(jù)學生的學習情況設計研討題目，要求學生在規(guī)定時間內(nèi)分組進行討論，討論結(jié)束后每組推選出一位代表總結(jié)發(fā)言。小組代表總結(jié)發(fā)言時，教師可適當?shù)奶岢鲆蓡枺渌〗M的學生也可提出質(zhì)疑并發(fā)表自己的見解。最后，教師針對學生課堂的表現(xiàn)情況做出總結(jié)，理清本次課程知識點的脈絡，對學生掌握不牢固的知識點，再次布置任務，加深學生對知識的理解。

（2）以實際案例為主線，使學生學以致用

該課程理論性強，操作復雜，如果學生看不到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實用性和重要性，學起來積極性不高，遇到實際問題時也不知從何下手。若教師在講授過程中能夠結(jié)合生活實際拋出問題，引導學生思考解決，或在翻轉(zhuǎn)課堂中設置案例，組織學生分析研討，讓學生根據(jù)所學內(nèi)容找出合理的組織對象并加以解決。例如學習隊列時，可結(jié)合日常生活中的排隊現(xiàn)象來引出隊列，根據(jù)排隊的過程引出隊列的表示和實現(xiàn)。通過實例的分析，不僅能夠提高學生綜合分析問題的能力，更能夠讓學生將所學的知識應用到實際問題的解決，符合應用型人才培養(yǎng)模式的目標。

（3）借助多種輔助教學手段，使教學內(nèi)容更加生動形象

該課程內(nèi)容較多，算法復雜抽象，教師在講解算法實現(xiàn)時，若不能面面俱到，學生很難聽懂，也給教師的教學也帶來了很大的壓力。若將算法實現(xiàn)過程制作成Flash動畫，在講解算法后，輔以觀看動畫，不僅使教學內(nèi)容變得生動形象，還能加深學生對算法的理解，從而提高教學效果[4]。

（4）穿插翻轉(zhuǎn)式教學法，加深學生對知識的理解

翻轉(zhuǎn)式教學[5]使傳統(tǒng)的以“教師講解為主”轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴皩W生講解為主”，針對該課程中內(nèi)容相對較易、知識點關(guān)聯(lián)性不強的部分章節(jié)可采用翻轉(zhuǎn)式教學法，比如第十章的內(nèi)部排序，主要講解插入排序、交換排序、選擇排序、歸并排序等幾種典型的排序方法，教師可提前將本章節(jié)的教學大綱上傳到網(wǎng)絡教學平臺，然后布置講解任務，以小組為單位，每組準備講解一個排序方法，課堂中具體由誰來講解，教師隨機確定。翻轉(zhuǎn)式教學法的應用不僅可以加深學生對知識的理解，還可活躍課堂氛圍，提高學生的語言表達能力。

3 實踐教學

目前，該課程的實驗教學流程多為：（1）教師根據(jù)實驗教學大綱編寫實驗指導書；（2）教師通過教學軟件分發(fā)實驗指導書，并對核心算法做簡單介紹；（3）學生對算法進行驗證，編寫代碼并不斷調(diào)試，在此過程中，教師會巡回指導，對出現(xiàn)較多的問題統(tǒng)一進行講解。（4）學生書寫實驗報告并提交給教師。經(jīng)過長時間的觀察和調(diào)查，上述實驗教學效率較低。一是實驗內(nèi)容多為驗證課堂講授的算法，枯燥無味，無法解決實際的問題，學生興趣不高，也缺乏獨立思考的空間。二是學生提交的實驗報告質(zhì)量不高，少數(shù)無法獨立完成實驗的同學往往企圖復制他人的代碼蒙混過關(guān)，教師僅根據(jù)實驗報告做評定成績，缺乏良好的監(jiān)管機制。針對上述實驗教學過程中存在的問題，結(jié)合本院應用型人才培養(yǎng)方案的要求。本文借助第三方網(wǎng)絡教學平臺提出“以實際問題為導向”的實驗教學流程，主要分為教師實驗準備、學生課前自主學習、課堂分組活動、反饋與評價四個階段[6]。

（1）教師實驗準備

此環(huán)節(jié)主要由課程組老師根據(jù)實驗教學大綱編制實驗指導書，設計實驗內(nèi)容，提出實驗要求，對實驗中較難理解的部分可提供詳細的操作提示或上傳相關(guān)學習資料。

實驗內(nèi)容的設計應結(jié)合實驗教學大綱，以問題為導向，從數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)設計、算法的分析與設計等方面，培養(yǎng)學生分析解決問題的能力。

實驗項目難度應適宜，考慮到學生層次不同，基礎(chǔ)知識的掌握程度和動手能力等方面都存在較大差異，每個實驗項目都分為兩部分驗證性實驗和設計性實驗兩部分。驗證性實驗要求每個學生必做，主要考查學生對典型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本操作的掌握程度，如求圖的拓撲排序、關(guān)鍵路徑、最短路徑等基本操作。設計性實驗為選做部分，以實際問題為導向，內(nèi)容較新，具有一定的綜合應用性，高層次的學生可在驗證性實驗的基礎(chǔ)上做一次拔高。如學習完圖的操作之后，可讓學生采用圖的結(jié)構(gòu)設計一個交通咨詢系統(tǒng)，這個系統(tǒng)可以回答用戶提出的各種問題。例如一位用戶要從城市A到飛到城市B，希望選擇一條中轉(zhuǎn)次數(shù)最少的路線，還有的用戶可能會選擇最省錢的路線。諸如此類的設計性實驗重在培養(yǎng)學生解決實際問題的能力，某種程度上也能激發(fā)學生的學習興趣。

（2）學生課前自主學習

學生在課前通過網(wǎng)絡教學平臺查閱實驗指導書，了解實驗內(nèi)容及要求，設計實驗方案。對于較難理解的實驗內(nèi)容，可參考相關(guān)學習資料，或通過網(wǎng)絡教學平臺與教師或其他同學交流討論。

（3）課堂分組活動

每六人一組，如果課前通過自主學習已經(jīng)寫出實驗方案，小組交流后，可選代表進行匯報。如果實驗題目較復雜，問題還沒有解決，可先分組進行討論并找出解決問題方法，此時教師可進行巡回答疑指導。

（4）反饋與評價

小組分組匯報時，組與組之間應相互評價，小組內(nèi)部成員也應根據(jù)實際情況進行自評。此外，實驗結(jié)束后，學生應按照實驗指導書的要求書寫實驗報告，完成后通過網(wǎng)絡教學平臺提交給教師。教師可根據(jù)學生實驗課的表現(xiàn)及實驗報告中的內(nèi)容給出綜合評價。

4 結(jié)語

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學的重點是幫助學生理解抽象難懂的知識，為日后程序設計和解決非數(shù)值計算問題做準備。本文從現(xiàn)階段《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》存在的實際問題出發(fā)進行了大膽的嘗試和探索，分別在理論和實驗教學提出了相應的改革思路，提高學生學習的主動性，激發(fā)學生的學習興趣，活躍課堂氛圍，加深學生對知識的理解并能夠?qū)W以致用，為社會培養(yǎng)更多復合型的應用型人才。

[1]杜小坤，涂韜.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學方法探討[J].計算機教育，2014（18）：46-49.

[2]蘭曉俐，蘇有邦，謝樹云.基于微課程的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程教學模式研究[J].軟件導刊，2016，15（11）：223-225.

[3]黃璐，于紅，谷軍.翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)面授混合教學模式研究[J].計算機教育，2016（9）：167-170.

[4]賈丹，周軍.基于創(chuàng)新應用型人才培養(yǎng)模式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學改革[J].遼寧工業(yè)大學學報（社會科學版），2015，17（2）：132-134.

[5]魏洪偉，王博，王建華.應用型人才培養(yǎng)目標下離散數(shù)學課程的教學方法研究[J].計算機教育，2016（6）：11-13.

[6]趙慶聰.基于翻轉(zhuǎn)課堂的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程實驗教學模式研究[J].大學教育，2016（2）：9-10.

Discussion of Data Structure Teaching Method in Applied Talents Training

NIU Qiu-yue，TANG Guo-liang
（School of Information Technology，Henan University of Chinese Medicine，Zhengzhou 450046）

According to the Data Structure teaching actual in applied talents,analyzes the existing problems in the current teaching process of Data Structure.Discusses how to use the flipped classroom and practical case in theory teaching,how to use the problem oriented principle in ex?periment teaching,so that students master the knowledge of data structure and apply it in the real life.

應用型人才；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；翻轉(zhuǎn)課堂；實際案例

1007-1423（2017）28-0038-03

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.28.010

牛秋月（1990-），女，河南鄭州人，碩士研究生，初級講師，研究方向為模式識別與人工智能

唐國良（1970-），男，河南鄭州人，碩士研究生，副教授，研究方向為醫(yī)學圖像處理

2017-07-25

2017-09-25

Applied Talents；Data Structure；Flipped Classroom；Practical Case