女院數(shù)據(jù)結構課程的教學探索與體會

文章編號：1672-5913(2008)19-0067-04

摘 要：本文從教學過程中出現(xiàn)的問題出發(fā)，針對女生智力結構以及數(shù)據(jù)結構課程較強的理論性、實踐性、邏輯性的特點分析了問題出現(xiàn)的原因，指出了教師要在教學過程中結合女生的特點和實際情況，優(yōu)化教學內容和方式，深入淺出，采用直觀形象、形式多樣的教學方法和手段，充分重視實踐教學的重要性，同時在教學過程中給予學生適當?shù)膲毫砑ぐl(fā)學習的動力，讓學生在問題求解的過程中體驗學習的樂趣并獲得心理上的成就感，進而激發(fā)學習熱情，提高教學質量。

關鍵詞：數(shù)據(jù)結構；教學方法；實踐教學

中圖分類號：G642 文獻標識碼：B

1 探討數(shù)據(jù)結構教學方法和手段的必要性和重要性

數(shù)據(jù)結構是計算機學科的一門綜合性的專業(yè)基礎課，也是計算機學科的核心課程，在整個學科知識體系中占據(jù)非常重要的地位。通過該課程的學習，不僅為后續(xù)課程打好理論基礎，而且進一步提高數(shù)據(jù)抽象能力和程序設計能力。數(shù)據(jù)結構課程內容多、概念多、方法多、高度抽象、邏輯性強、技巧性強、實踐性強，這些特點決定了教與學的難度較大，但其教學水平和效果又將直接影響后續(xù)課程的學習以及學生程序設計實踐能力的提高。同時高校教學改革，課程學時壓縮，這更增加了教學的難度。

另外我們授課的對象全是女生，研究表明：女性的智力與男性在總體上基本相同。只是在智力結構上有些差異：在思維方面，女生長于形象思維而弱于抽象思維；在感知方面，女性要比男生敏感、知覺速度也比男生快，而反應速度則比男生慢。男女的智力各有所長，各有所短，這就要求教師了解男女智力結構的差異，有針對性地給予女生適當?shù)慕逃?、指導和幫助，促使她們取長補短，不僅要注意知識的傳授，更要注意方法的指導和能力的培養(yǎng)。另外計算機系大約40%的學生是從我院文科專業(yè)調劑進來的，這就更需要教師有針對性地進行引導。

考慮到數(shù)據(jù)結構課程和女性思維的特點以及我院計算機系生源情況，為了保證和提高數(shù)據(jù)結構的教學水平和教學質量，我認為很有必要分析教學中存在的問題，并進一步探討更適用于具體教學對象的教學方法和手段。

2 教與學的過程中存在的問題以及相應的解決措施

下面從教與學雙方在課程教學過程中存在的問題出發(fā)，分析其原因并尋找解決這些問題的思路，以期提高教學水平、改善教學效果，達到該課程的教學目標。

常見問題有：

(1) 不是自己報考的第一志愿，首先心理上不喜歡，有畏懼感，覺得難學；

(2) 覺得算法理論太抽象，邏輯性太強，難理解，難掌握；

(3) 上課算法理論聽得懂，上機實驗實現(xiàn)算法時覺得無從下手，當編程解決實際問題就感覺更難了；

(4) 內容多，概念多，學習中難以把握整體內容，學完后不知道到底學了些什么；感覺在課堂上思路跟不上，難以消化；

(5) 不知道學習算法在實際中有什么用，逐漸失去了學習興趣；

(6) 教材上的算法多，難以全部上機實現(xiàn)；

(7) 不重視上機實驗，覺得能讀懂算法和書面編寫算法就可以了；等等。

中華女子學院重點教改立項 女性計算機應用型人才的實踐教學研究(2006－2007)

對上述問題總結分析后，筆者覺得可以從以下幾個方面來改善數(shù)據(jù)結構課程的教學方式和效果。

2.1 分析實際情況，有針對性地開展教學

(1) 教師要了解學生的前導課程“程序設計基礎與C語言”的學習掌握情況。“程序設計基礎與C語言”是數(shù)據(jù)結構的前導課程之一，學生對C語言程序設計的掌握程度直接關系到數(shù)據(jù)結構課程的課堂授課和上機實驗的教學效果?！俺绦蛟O計基礎與C語言”是學生接觸到的第一門編程語言，教與學的難度都很大，學生僅僅通過一學期的學習難以熟練掌握融會貫通并具有較高的編程能力。尤其，指針、結構體和函數(shù)等知識點是“程序設計基礎與C語言”中的教學難點，學生普遍理解不深，難以在編程中靈活應用，但這些知識點在數(shù)據(jù)結構課程中頻繁應用。對這些知識點的熟練掌握是在數(shù)據(jù)結構課程中理解理論算法和完成上機實驗的重要保證。為此，我在教學中注意做到以下三點：

●與“程序設計基礎與C語言”的授課教師做好教學的溝通工作，做好課程之間的銜接，將數(shù)據(jù)結構課程中經(jīng)常用到的知識點重點講授并加強上機實踐。

●在講數(shù)據(jù)結構算法之前復習剖析C語言中的指針、結構體和函數(shù)等知識點。具體形式可以是在課堂上以程序實例的形式對這些知識點進行復習，尤其指出學生難理解、容易混淆和犯錯誤的地方；布置涉及這些知識點的課外編程作業(yè)，通過作業(yè)批改發(fā)現(xiàn)學生存在的問題然后集體重點講解；在教學中強調指針、結構體和函數(shù)等在數(shù)據(jù)結構課程中的重要性，讓學生課外重點復習等等。

●靈活使用教材[1]。基于C語言的數(shù)據(jù)結構教材中大部分使用類C語言描述算法，而學生在上學期剛學完C語言程序設計而且實際編程經(jīng)驗少，難以應用自如，因此，類C語言與C語言程序之間的轉換成為不少學生聽課和上機實踐的一道障礙，甚至在學習開始就打擊了不少學生的學習信心和積極性。在教學中我注意采取措施來縮短學生實際情況和教材之間的差距：比如，前幾周的授課和上機實驗中，可以給出算法的完整源程序并詳細講解，這樣為學生實現(xiàn)類C語言算法描述和C語言源程序的轉換提供范例，降低學生進入數(shù)據(jù)結構課程的難度，避免學生因此產生畏難情緒而失去興趣和信心；對于基本操作比較多的數(shù)據(jù)結構類型，在實踐教學中可以給出部分源代碼，讓學生編寫主要的操作函數(shù)，然后直接嵌入源代碼中進行調試，用來降低難度并提高上機實驗的效率；提醒學生充分利用教材隨帶的光盤資料，如程序源碼和算法演示軟件等。

(2) 考慮到女性思維的特點，可以充分利用多媒體技術，采取直觀形象的教學方式。數(shù)據(jù)結構課程抽象、邏輯性強，而女性思維長于形象思維而弱于抽象思維，為此我盡量采取直觀形象的教學。例如利用多媒體課件動態(tài)演示在單鏈表中插入、刪除結點的過程等，演示形象生動加深了學生對算法的理解；盡量對照現(xiàn)實生活中的例子來引入知識點，例如通過在食堂就餐時取、放餐盤的例子引入對棧邏輯特點的講解，用取款排隊的例子引入對隊列邏輯特點的講解，激發(fā)學生對“計算機程序如何實現(xiàn)”的好奇心，調動學生的學習積極性。

(3) 考慮到不同學生的不同情況，采取分層次教學方式。分層次教學方式的目標是讓每個學生都能在學習過程中獲得盡量大的成就感，最大程度地調動學生學習的積極性。

2.2 優(yōu)化教學內容與方式

(1) 教師要分析清楚數(shù)據(jù)結構的知識體系結構，把課程的整體框架提供給學生。課程內容主要包括線性表、樹、圖三大類數(shù)據(jù)結構和查找、排序兩大類算法，其中棧和隊列是線性表的兩個特例，線性表是樹的特例，樹是圖的特例，查找和排序是實施在三大類數(shù)據(jù)結構上的操作，由線性到非線性，由簡單到復雜，這樣有機聯(lián)系地組成數(shù)據(jù)結構的整體框架。

(2) 貫穿三點一線原則。講授過程中貫穿一條主線即從線性到非線性由簡單到復雜的三大類數(shù)據(jù)結構，而每類數(shù)據(jù)結構包括邏輯結構、存儲結構和基本操作的實現(xiàn)。

(3) 把握重點。把握數(shù)據(jù)結構的整體框架，貫穿三點一線原則講授內容，同時要把握好重點，有選擇有層次地教學。例如，線性表是最常用且最簡單的一種數(shù)據(jù)結構，棧和隊列是操作受限的線性表，樹和圖往往要做線性化處理，因此要把線性表作為重中之重的內容進行透徹的剖析。對于線性表的兩種存儲結構順序表和單鏈表，把單鏈表作為重點和難點來講授和上機實驗，把單鏈表中的插入、刪除、查找等基本操作作為重點。再如，二叉樹的遍歷操作作為重點來講授和上機實驗，而哈夫曼算法作為可選的上機實驗內容。查找和排序算法中選擇折半查找、二叉排序樹查找、哈希查找、直接插入排序、冒泡排序、快速排序作為教學和實驗的重點內容。

2.3 理論聯(lián)系實際，激發(fā)學習興趣

興趣是最好的老師，教學過程中要注意采取多種手段激發(fā)學生的學習興趣。

首先，良好的開端是成功的一半，為了不讓學生從一開始就產生畏難情緒，上好第一堂課非常關鍵。第一堂課不能直接進入概念、術語和算法的學習，可以先介紹與數(shù)據(jù)結構相關的現(xiàn)實生活中的例子來激發(fā)學生的好奇心和學習興趣，例如圖書館的書目檢索系統(tǒng)、人機對弈問題等等。另外可結合考研、就業(yè)以及后續(xù)課程的學習等介紹數(shù)據(jù)結構課程的地位和作用。接著引入學生所熟悉的農夫過河問題(農夫、狼、羊、白菜)，先讓學生思考并給出答案，然后介紹用計算機程序解決該問題的思路和步驟，從而讓學生對于數(shù)據(jù)結構課程學什么以及怎么用等有個概括的印象。

其次，在接下來的教學過程中注意理論聯(lián)系實際，通過生活實例來引入數(shù)據(jù)結構及算法，注意介紹算法的背景知識和能解決的問題等。例如，通過現(xiàn)實中的排隊現(xiàn)象引入隊列的概念并介紹隊列可以解決的問題如打印機作業(yè)排隊問題，另外，充分利用多媒體教案和課件的直觀形象以及動態(tài)性也可以提高學生的學習興趣。

2.4 加強實踐教學改革[2]

數(shù)據(jù)結構是一門實踐性很強的課程，不僅要學習理論知識，更要注重上機實踐。通過上機實踐來驗證理論內容并加深對各種算法的透徹理解，同時在實踐中不斷嘗試，不斷地積累經(jīng)驗，逐步養(yǎng)成良好的程序編寫風格，提高程序調試能力以及解決實際應用問題的能力。結合教學的實際情況，我認為可以從以下幾個方面來加強和改進實踐教學。

(1) 開始兩周內可以給出適當?shù)纳蠙C實驗題目復習C程序語言中的指針、結構體和函數(shù)等知識點，并根據(jù)上機實驗的情況對數(shù)據(jù)結構中常用及易出錯的地方進行集體重點講解，為后面算法的上機實驗打好編程語言基礎。另外，為了打消學生的畏難情緒，數(shù)據(jù)結構算法的前兩次上機實驗時教師可以先給出完整的源程序，讓學生在主函數(shù)中添加語句來體驗數(shù)據(jù)結構的基本操作的執(zhí)行，再逐步過渡到自己編寫完整的源程序。

(2) 加強程序調試能力的教學和實驗。通過一學期的編程語言學習，學生掌握了基本知識點，但是程序調試能力還有待于提高。程序調試能力不強是嚴重影響學生上機實驗效果的，也很大程度上打擊學生實驗積極性和學習興趣的一個因素。但調試程序實踐性很強，而剛學完C語言程序設計的學生面對錯誤提示時往往不知道發(fā)生了什么錯誤及如何改正。針對這種情況可以采取以下措施來逐步培養(yǎng)和提高學生的程序調試能力：

●整理歷屆學生在上機實驗過程中易出現(xiàn)的錯誤，給出錯誤信息與錯誤原因的對應關系，讓學生在上機的過程中對照查找自己程序中的錯誤。

●提醒學生養(yǎng)成良好的習慣，每次數(shù)據(jù)結構上機實驗調試程序時要記錄英文錯誤提示信息和解決該錯誤的方法，不斷積累程序調試經(jīng)驗，避免再犯同樣的錯誤，并建議學生通過網(wǎng)絡共享各自的調試經(jīng)驗。

●要加強實驗準備、過程和結果的教學管理。要求學生在上機實驗前必須書面編好源程序并且進行了初步的語法和邏輯檢查，上機實驗課上集中精力去調試程序，才能保證充分利用上機實驗課時間、教師輔導的機會和與同學交流的機會，最大程度上發(fā)揮實驗課的作用。教師對實驗準備、過程和結果的評價都要在實驗成績中體現(xiàn)出來。

(3) 培養(yǎng)良好的程序編寫習慣[3]

數(shù)據(jù)結構課程的學習過程也是復雜程序設計的訓練過程，程序除了能調試通過外，還要求學生編寫的程序結構清楚和正確易讀，符合軟件工程的規(guī)范。良好的編程習慣需要在不斷的實踐中逐漸養(yǎng)成，而且很大程度上影響學生的上機實驗效果。因此，教師可以在以下幾個方面注意引導學生培養(yǎng)良好的編程風格：

●良好的代碼書寫格式。采用良好的書寫格式使代碼可讀性強，便于調試和交流，但一些學生覺得麻煩、沒必要，這需要教師在教學和實踐過程中強調和引導學生認識到書寫格式的重要性，并逐步形成良好的代碼格式書寫習慣。

●良好的注釋習慣。注釋是程序的一個重要組成部分，它可以使代碼更容易理解。而很多學生認為沒有必要寫注釋或者程序調試完后再象征性地補加注釋，教師要強調注釋的重要性，引導學生逐步養(yǎng)成良好的注釋習慣。

●標識符合理命名。教師要強調標識符命名規(guī)范的重要性，標識符命名要清晰、明了，有明確含義。

●重視實驗報告的書寫。實驗報告除了實驗目的、實驗內容、實驗步驟和算法分析等常規(guī)內容外，需要重視實驗中出現(xiàn)的問題、解決的辦法、實驗改進的想法這三項內容的書寫，這樣可以培養(yǎng)學生實驗后總結積累經(jīng)驗的習慣，提高學生分析、改進算法的能力。

(4) 在實踐教學中要注意進行分層次的個性化教學。從不同學生的實際專業(yè)水平、基礎出發(fā)，來設計不同難度的實驗題目，給出不同的實驗條件和要求，盡量讓所有學生通過自己的努力獲得實驗的成功并掌握基本知識，在解決問題的過程中體驗學習的樂趣和成就感，從而最大程度地提高學生實驗的積極性。例如，對堆?？梢栽O計基本操作實驗(建棧、出棧、入棧、銷毀棧等)和后綴表達式求值實驗，學生可以根據(jù)自己的實際情況來選擇完成。另外對于難度小的實驗要求每個學生獨立完成，而對實驗難度稍大的允許以2到3人的小組形式完成或給出部分代碼或提示。在實踐教學中對不同水平的學生給予不同的輔導方式，例如，對水平偏低的學生需要在實驗課中給予重點面對面的輔導，而對于水平較高的學生可以在網(wǎng)絡教學系統(tǒng)中重點輔導。另外為了保證上機實驗課的順利進行，在條件允許的情況下應多安排1到2名輔導老師，或者選擇大三、大四學生中學習成績優(yōu)秀、實踐能力強的來承擔一部分輔導任務，不僅彌補了輔導教師少的不足，而且促使這些學生更深入地進行學習。

(5) 充分利用網(wǎng)絡輔助教學。通過使用清華大學的數(shù)據(jù)結構網(wǎng)絡練習系統(tǒng)，學生可以課外上網(wǎng)編寫算法并編譯、提交，教師可以在網(wǎng)上查看學生的作業(yè)情況并隨時回復、輔導學生，完全不受時空限制。通過教學ftp和博客等網(wǎng)絡方式師生可以互動交流，資料共享等。網(wǎng)絡可以拓展學生學習的空間、時間和方式，有助于提高教學效果。

(6) 改革考核方式，引導學生加強實踐。數(shù)據(jù)結構是一門理論和實踐性都很強的課程，理論指導實踐，也只有通過實踐才能加深對理論的理解和掌握?？己朔绞胶蛢热菀龑W生的學習方向，因此要提高數(shù)據(jù)結構的教學質量，把好考核這一關也非常重要。數(shù)據(jù)結構的考核可以結合使用多種考核方式，考核成績的組成可以包括平時成績、期末筆試成績、期末上機考試成績以及課程設計成績，其中平時成績要綜合考慮實驗準備、過程和結果情況，以及上課回答或提出問題等情況，課程設計也可以考慮采取小組形式完成并結合答辯情況給出成績。

(7) 施加適當?shù)膲毫Χ酱賹W生積極配合教學并體驗學習，進而獲得成就感，提高學習興趣[4]。

教師的教學過程和學生的學習過程是兩個既有聯(lián)系又有區(qū)別的過程。從學生的學習過程來說，學生是受教育的主體，是學好的內因。教育者是客體，是學生學好的外因。內因是事物發(fā)展的根本原因，外因只有通過內因起作用。教育“以愛動其心，以嚴導其行”，啟發(fā)、誘導、影響學生內在的積極性、主動性，但這種啟發(fā)、誘導能不能發(fā)生作用歸根到底還決定于學生內在矛盾因素。

因此，教師除了從自身教學過程的角度出發(fā)努力采取各種措施來提高學生學習的興趣和熱情外，還需要從學生學習過程的角度出發(fā)來分析解決問題。學習的興趣和積極性的培養(yǎng)效果最終取決于學生這一內因，必須采取措施督促和保證學生最大程度地投入到學習中，在學習過程中真正體驗到學習的樂趣，進而激發(fā)內因的變化。比如，在考核方式中加大平時上機實驗和課程設計部分的成績比重，并采取嚴格的考核方式(比如課程設計逐人答辯形式等) “以嚴導其行”。壓力產生動力，學生不管興趣是否濃厚都需要達到基本的要求，在完成任務的過程中學生可以實實在在地體驗學習，才有可能逐步提高學習的興趣和積極性。

另外針對我院計算機系生源的實際情況，也需要全體教職工努力做好部分學生的思想工作：提醒學生不要首先在心理上不停地暗示“不喜歡”和抵觸專業(yè)學習；明確自己四年的任務“我選擇，我喜歡，至少我要努力嘗試喜歡”；鼓勵學生勇敢面對自己的選擇并盡自己最大的努力學好；從學生就業(yè)、考研和未來發(fā)展的角度幫學生分析利害關系，督促學生進一步端正學習態(tài)度等。

3 結論

數(shù)據(jù)結構課程在整個計算機學科的知識體系中具有非常重要的地位和作用，而數(shù)據(jù)結構的理論性、實踐性、邏輯性都很強。教師只有在教學過程中結合學生的實際情況，優(yōu)化教學內容和方式，采用直觀形象、形式多樣的教學方法和手段，充分重視實踐教學的重要性，理論聯(lián)系實際充分調動學生學習的積極性，使學生較好地掌握各種數(shù)據(jù)結構和算法并提高分析解決實際問題的能力，切實提高教學的質量，才能發(fā)揮數(shù)據(jù)結構在計算機學科知識體系中應有的作用。

參考文獻：

[1] 嚴蔚敏，吳偉民. 數(shù)據(jù)結構(Ｃ語言版)[M]. 北京:清華大學出版社，1997.

[2] 顧翔. 數(shù)據(jù)結構實踐教學探討[J]. 信息技術，2005，(30):110-112.

[3] 蔣宗禮. 實施創(chuàng)新教育 培養(yǎng)創(chuàng)新人才[J]. 計算機教育，2008，(3).