《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》實驗教學模式的改革與實踐

楊永斌 朱超平

摘要：為了讓學生能夠在解決實際問題中融會貫通地運用所學理論知識、學以致用、培養(yǎng)學生的實踐動手能力、創(chuàng)新創(chuàng)造能力等，改善、解決目前《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學中存在的問題以及一些不利于學生發(fā)展的狀況，在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》實驗教學中進行了教學模式的改革與實踐，提出了“一題多解”與“多題一解”的案例教學模式，目的在于突破以往重復機械式的實驗模式。通過線性表的具體教學改革實踐，以期能夠?qū)υ撜n程的教師起到一定的引導作用，共同探討《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的教學改革與實踐，提高《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的教學質(zhì)量和教學效果。

關(guān)鍵詞：一題多解;多題一解;數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);實驗;案例教學;算法

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）33-0113-04

1《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程性質(zhì)

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》是計算機類專業(yè)的一門實踐性非常強的專業(yè)核心課程，該課程學習的好壞將直接影響后續(xù)課程的學習狀況，同時在一定程度上影響學生的軟件設(shè)計水平。該課程全面地講解了在軟件開發(fā)過程經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的實現(xiàn)算法，還介紹了各種查找和排序算法以及相關(guān)算法的性能比較。該課程內(nèi)容很多，各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法較抽象，因此理解和掌握其中的原理和相關(guān)算法具有一定的難度，所以通過實驗使理論與應(yīng)用相結(jié)合，將會帶來更好的學習效果。

通過《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的學習，使學生能夠在解決實際問題中融會貫通地運用所學將理論知識、學以致用，養(yǎng)學生的實踐動手能力、創(chuàng)新能力，因此實踐教學是該課程教學過程中不可缺少的、非常關(guān)鍵和重要的環(huán)節(jié)。通過實踐便于學生掌握基本知識，提高學習興趣，使學生能夠應(yīng)用所學知識對實踐任務(wù)進行充分分析、抽象，建立與之相適應(yīng)的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)及算法解決方案，并最終在計算機上實現(xiàn)算法，從而解決問題。通過實踐，學生不僅能夠加深理解所學理論知識，更重要的是培養(yǎng)了學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題及程序設(shè)計等能力，這對進一步培養(yǎng)學生的學習興趣、充分發(fā)揮、激發(fā)學生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力起著重要的作用，同時也能培養(yǎng)學生良好的科學作風。

我校數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐主要通過課程實驗和綜合課程設(shè)計兩個環(huán)節(jié)實現(xiàn)。課程實驗為32學時，獨立成課，課程實驗（包括驗證和設(shè)計實驗）主要較偏重于對課程內(nèi)容的理解和掌握，我校計算機類專業(yè)的。同時專門設(shè)置《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程設(shè)計綜合訓練實踐教學環(huán)節(jié)，單獨2周完成，2個學分。通過2周的課程設(shè)計，讓學生獨立或團隊合作完成一個較復雜的問題，充分彌補課堂教學和課程實驗中的不足，從而實現(xiàn)學生綜合應(yīng)用所學理論知識開發(fā)較大程序的一次良好鍛煉，培養(yǎng)學生舉一反三、融會貫通所學知識的能力、提高學生軟件開發(fā)和軟件調(diào)試的能力、培養(yǎng)學生團隊合作的精神、培養(yǎng)學生針對具體問題進行文字論述與表達的能力等等。

2《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》實驗課程教學目的與要求

2.1教學目的

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗課程著眼于原理和應(yīng)用的結(jié)合點，培養(yǎng)學生針對實際問題在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇和應(yīng)用，讓學生能將所學知識應(yīng)用于實際問題的求解中，培養(yǎng)學生的實際動手能力，加深對概念及相關(guān)算法的理解，靈活、牢固掌握教材內(nèi)容，逐步培養(yǎng)和提高學生的專業(yè)修養(yǎng)和專業(yè)素質(zhì)。

2.2基本要求

學生在上機做實驗前，應(yīng)事先將程序、調(diào)試數(shù)據(jù)、上機操作順序準備好，并提前使用這些調(diào)試數(shù)據(jù)人工執(zhí)行過。目的是提高上機的效率和成功率，嚴禁抄襲或拷貝他人的成果，自覺培養(yǎng)科學、嚴肅的作風。

3“一題多解”與“多題一解”案例教學模式

瑞士著名認知心理學家讓.皮亞杰指出：教育的目標是造就批判性思維的頭腦、敢于驗證問題的頭腦，而不是人云亦云的頭腦;是培養(yǎng)有創(chuàng)造力、有發(fā)現(xiàn)和發(fā)明能力的人，而不是只懂得單純地重復上幾代人工作的人。教育部自2017年2月以來就積極推進新工科建設(shè)，先后形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”，從而開啟了工程教育改革新路徑。“新工科”更強調(diào)學科的實用性、交叉性與綜合性，作為一線高校教師，應(yīng)當結(jié)合社會人才需求、課程特點及學生實際等積極地開展“新工科”背景下的課程教學改革研究與實踐。

在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》實踐教學中應(yīng)用“一題多解”與“多題一解”的案例教學模式，目的是要適應(yīng)“新工科”建設(shè)下人才培養(yǎng)，突破以往重復機械式的實驗模式，讓學生在學習理論知識的過程中，持續(xù)運用不同的知識解決相似問題，使學生不斷對已經(jīng)掌握的知識進行批判接受，進而改造創(chuàng)新，讓學生的探究能力能夠得到持續(xù)發(fā)展。通過“一題多解”與“多題一解”的教學模式，改善、解決目前《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學中存在的問題以及一些不利于學生發(fā)展的狀況。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教學目標之一就是讓學生會寫高效的程序、會設(shè)計算法甚至會發(fā)明、發(fā)現(xiàn)算法。“一題多解”就是讓學生針對同一問題，采用多種算法實現(xiàn)，并從中分析其中的優(yōu)劣。在一些實際問題的解決過程中，常常發(fā)現(xiàn)他們具有一些共性或相似性，就可以嘗試著尋求解決這些問題的相似算法，通過思考與實踐，歸納出相應(yīng)算法思想和算法實現(xiàn)，甚至尋求這類問題的通用算法思路及實現(xiàn)，最后再將此解法進一步投入到實踐中，這就是“多題一解”真正意義所在。通過“一題多解”可以使基礎(chǔ)知識的應(yīng)用更加豐富，通過“多題一解”可以讓學生尋根溯、有效引發(fā)學生思維。在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學中應(yīng)用“一題多解”和“多題一解”案例教學能夠有效激發(fā)學生自主學習熱情，提高學生持續(xù)求知欲望，增強學生探究創(chuàng)新意識。

4“一題多解”與“多題一解”案例教學模式的應(yīng)用實踐

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的重點是線性表、樹、查找和排序等。線性表是最常用最基本的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，線性表基礎(chǔ)打好了、打牢了將有利于樹和二叉樹、圖、查找和排序等后繼知識的學習。線性表的邏輯結(jié)構(gòu)特征是一對一，即數(shù)據(jù)元素之間存在一對一的關(guān)系，除第一個和最后一個元素外每個元素只有唯一的一個直接前驅(qū)和直接后繼。存儲結(jié)構(gòu)主要采用順序存儲和鏈式存儲，即順序表和鏈表。在此以順序表的實踐教學為例探討“一題多解”與“多題一解”案例教學模式的應(yīng)用實踐。

順序表的存儲特點是用一片連續(xù)存儲空間依次存儲線性表的每個元素，邏輯上相鄰物理上一定相鄰。順序表類型描述如下：

5結(jié)束語

從事《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程教學20多年，一直在探索課程的教學改革與應(yīng)用，在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》實驗教學中探索“一題多解”和“多題一解”案例教學模式的改革應(yīng)用，目的在于提高學習的學習能動性，激發(fā)學生的學習興趣，挖掘?qū)W生的學習潛能，提高學生綜合應(yīng)用知識的能力及分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力等等，真正提高課程教學質(zhì)量、教學效果。

在實施“一題多解”和“多題一解”案例教學模式中的案例選擇上，更多地選擇一些企業(yè)的真實面試題目，包括一些知名企業(yè)如華為、百度、微軟、騰訊等，這可以有效地激發(fā)學生的興趣與熱情，但在案例的選擇上需要把握好案例的難度，應(yīng)根據(jù)學生的實際情況，采用層次化的難度系數(shù)以適應(yīng)不同層次的學生，既要避免簡單案例不能激發(fā)學生的“斗志”，也要避免太難而打擊學生的積極性與熱情，讓學生在學習過程中逐步攀升、穩(wěn)步提高。簡單的有，難度大的也有，更多的是難度適中的，在實施中堅持以學生為中心的理念。經(jīng)過實踐證明，在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》實驗教學中應(yīng)用“一題多解”和“多題一解”案例教學模式是切實可行的，學生完成實驗任務(wù)的積極性、熱情明顯提高，完成任務(wù)的質(zhì)量也逐步提高。