基于Flash的獨立學院《數據結構與算法》教學改革的研究

劉海霞，冉宇瑤，王菊雅

（浙江理工大學科技與藝術學院，上虞 312369）

0 引言

《數據結構與算法》是應用型本科院校（獨立學院）計算機科學與技術及其相關專業的專業基礎課程，是許多后續課程如數據庫原理、算法分析、操作系統等的基礎[1]。該課程主要培養學生抽象思維能力、邏輯思維能力等，鍛煉學生分析問題、解決問題的能力，抽象程度較高，這使得《數據結構與算法》成為一門公認的比較難學的課程。如何培養學生利用抽象的理論為，解決世界軟件設計中的問題，是高校教師應該特別關注并亟待解決的問題。對于獨立學院，這些注重應用型的本科院校，學生本身的特點是理論基礎較差、學習積極性不高，很難達到好的教學效果。因此，提高學生數據結構與算法的理解與分析能力，采用動畫教學模式對《數據結構與算法》實施教學改革，吸引學生學習的興趣，提高教學效率是刻不容緩的問題。

1 《數據結構與算法》教學中存在的不足

（1）先修課程掌握不夠扎實

課程的學習需要學生先修高等數學、C語言或C++語言、離散數學等學科，存在部分學生前面的語言及本課程理論學習掌握不夠扎實，在課堂上能聽懂，一旦動手上機，就顯得力不從心。

（2）課程理論性強

《數據結構與算法》中涉及到很多的概念、抽象模型及算法，對模型和算法的理解，需要學生掌握扎實的數學基礎和和邏輯推理能力[2]。而獨立院校的學生數學基礎相對較弱，邏輯分析不強，學習興趣也不高，因此在學習《數據結構與算法》課程時，顯得更加困難。

（3）學生實踐能力弱

在理論教學過程中，很多學生反映，課堂上教師講的知識點都能聽懂，對課后布置的涉及少量的邏輯結構的書面作業也能夠認真地完成。但是，課后自己獨立編寫程序卻無從下手。而《數據結構與算法》書上的代碼都是偽代碼，任何一個算法的實現都需要編寫主函數、定義各類變量等，因此實現起來更加困難。

對于目前存在的問題，主要從兩個大的方面對《數據結構與算法》進行改革：理論方面采用動畫和案例展現每個知識點的運行過程；實踐方面采用驗證性實踐、設計性實踐、綜合性實踐等由淺入深的方式進行。首先激發學生學習的興趣，掌握扎實的理論基礎，然后逐步介入編程，提高動手能力。

2 主要改革方案

2.1 理論教學改革

（1）“啟發式”教學模式

啟發式教學，就是根據教學目的、內容、學生的知識水平和知識規律，運用各種教學手段，采用啟發誘導辦法傳授知識、培養能力，使學生積極主動地學習，以促進身心發展。《數據結構與算法》課程理論性強、概念多、算法解決方式靈活[3]，因此，在課堂教學方面首先采用“啟發式”的教學模式，課堂上討論的方式，形成“問題-討論-分析-總結”的模式。

例如：在講棧和隊列這一章時，先介紹了棧和隊列的特性，然后進行舉例。隊列采用順序表存儲機構，在模擬運算時，出現了“假溢出”現象。如何解決呢？請學生結合生活中排隊現象，提出問題解決方案。如元素遷移、計數、采用循環隊列等，再逐步分析各方案的優缺點，由學生自己選擇采用哪種方案更佳，逐步深入。另外，若采用循環隊列解決，又會出現判斷隊列滿或空相同的情況，如何進行解決？一次逐步引出問題，并解決問題；提出解決方案，分析解決方案的優劣，最終達到認識問題并解決問題的目的。通過這種方式的教學，學生從發現問題到解決問題整個過程都積極參與，學習采用借鑒的手段，認識到解決問題的多種方案，學習分析評價的方法，選擇更適合需求的解決辦法。

（2）“案例+動畫式”教學模式

在教學中選擇基礎的知識點作為案例，通過“案例”內容的研究學習，激發學生深入探究的興趣。例如講解棧和隊列一章時，將我們日常生活中常碰到的疊盤子、食堂排隊買飯等現象聯系起來進行比喻說明。采用這樣的方式，學生不僅聽起來有興趣，并且易于理解。根據各個章節內容的知識點，利用Flash動畫進行展示抽象的內容實現過程，使學生通俗易懂的理解掌握各個概念，更深理解課堂內容。眼睛看到的比耳朵聽到的更加真實、更加直觀，同時會吸引學生學習的興趣，提高了教學效率。

2.2 實踐教學改革

通過對獨立學院學生的調查與分析，根據機電系各個專業的培養計劃，修訂實踐教學項目，設計實踐教學案例。堅持由簡到難，由淺入深的原則，開展實踐教學。主要分為驗證性實踐、設計性實踐和綜合性實踐，其中通信專業、電子專業、自動化專業只需要做到驗證性實踐和設計性實踐，對學習能力比較強的學生，可以去選做綜合性實踐；計算機科學與技術專業，要求做到綜合性實踐，并掌握解決實際問題的能力，實踐教學層次如表1所示：

表1 實踐性教學

3 主要改革方法

根據本學院課程內容先進行整體設計，如表2所示。然后根據不同教學方式，再分布進行方案的整理。

（1）動畫教學

《數據結構與算法》是一門內容多、概念多、邏輯性強、高度抽象、實踐性強的課程，很多學生在接觸這門課的時候，普遍存在上課能聽懂、下課不會做這種眼高手低的現象。為了解決將抽象思維進行簡單、具體化，使學生更好理解，本次改革采用動畫的教學方式，將數據結構課程分成4個大模塊：線性結構（線性表、棧和隊列、串、數組和廣義表）、樹狀結構（樹、二叉樹和哈夫曼樹）、圖形結構（有向圖、無向圖）、混合結構（查找和排序）。對不同的學習模塊和知識點，用仿真動畫的方式將問題及解決方案展示出來。如線性表的生成、插入、刪除等；入棧、出棧、入隊列、出隊列等；三元組的轉換，二叉樹的生成、遍歷，樹與二叉樹的轉換、哈夫曼樹的構建等；圖的遍歷、拓撲排序、最小生成樹、求關鍵路徑和最短路徑的過程以及各類查找和排序，等等，圖1顯示各個動畫實例列表，圖2是圖的深度遍歷動畫，從V4節點開始遍歷。

表2 整體課程內容設計圖

圖1 動畫實例列表

圖2 圖的深度優先遍歷

（2）分組討論的啟發式教學法

本次教學改革注重學生的主觀能動性，教師重點做引導進行開展。根據學生的水平進行分組，直接參與課題討論和問題解決，引導學生樹立客觀的學習態度和掌握科學的實際方法，培養他們的計算思維和創新能力。例如，在講解矩陣轉置時，可以采用對比的方式：先介紹內容，引導學生利用已經學過的線性代數知識點進行轉置，然后采用剛剛學三元組表示進行轉置。兩種解法做對比，啟發學生進行思考，從空間復雜度、時間復雜度、操作效率等多方面討論二者的優劣。在討論的過程中，任課教師進行適當的提醒和引導，幫助學生在理解的基礎上掌握所學知識。

（3）案例教學

本次教學改革首先采用啟發和動畫教學，每一章比較抽象的知識點都制作成Flash動畫，根據動畫模擬進行理解。章節學習結束，每一章內容布置一到兩個大的綜合案例，先組織學生進行討論，提出解決問題的關鍵，選擇合適存儲方式和算法，然后進行上機檢驗。通過一個學期的學習，采用案例教學法能充分調動學生的學習積極性，開拓他們的思維方式，使學生能夠主動分析問題、設計程序，最終解決問題。

4 結語

《數據結構與算法》的動畫制作，由相關參與教學改革的教師花費了3個月的時間進行完成。通過一個學期的應用實踐，學生對數據結構與算法的理解相對深入很多，大部分學生感覺數據結構也不是太難。案例的設計是根據不同專業學生情況進行開展的，整體來說，計算機科學與技術專業的學生動手能力相對比較強，通信專業的學生在動手方面比較欠缺，在實現課本上偽代碼時，還是有一定的困難。后期需要修訂的方面主要體現在：（1）動畫實例的優化，使動畫更加生動；案例的更新，使其更貼近生活；（2）知識點題庫的整理，供學生課下練習；（3）手機微信端App的開發，方便學生想學就學，想練就練。