“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的實驗創(chuàng)新探討

李宗璞

文章編號：1672-5913(2009)08-0124-02

摘要：“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程是計算機學科的專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門實踐性比較強的課程。課程中的實驗環(huán)節(jié)顯得尤為重要，該環(huán)節(jié)可以鍛煉和提高學生對復(fù)雜程序的設(shè)計能力。筆者在多年的教學過程中摸索出實驗環(huán)節(jié)的教學模式，與大家共同探討。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；教學內(nèi)容；組織形式；考核方式

中圖分類號：G642

文獻標識碼：B

利用計算機來解決實際問題的步驟是：給出問題描述，將問題抽象成數(shù)學模型，根據(jù)數(shù)學模型寫出求解問題的算法，再根據(jù)算法寫出程序代碼，最后上機調(diào)試并分析結(jié)果。在上述過程中，非數(shù)值的數(shù)學模型是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)研究的主體，它操作實現(xiàn)主要是通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實驗教學環(huán)節(jié)來完成的，在該教學環(huán)節(jié)中作為教學主體的學生，首先要具備抽象思維能力和語言基礎(chǔ)。往往在環(huán)節(jié)實施過程中，語言基礎(chǔ)是薄弱環(huán)節(jié)，以至于課時用完了，學生還是寫不出滿意的算法及代碼。鑒于此，我們在教學內(nèi)容、組織形式、考核方式等教學環(huán)節(jié)中進行了一些設(shè)計，與大家一起來探討。

1教學內(nèi)容

我們在教學內(nèi)容上，圍繞課內(nèi)、課外兩條主線進行改革，給學生較大的自主學習空間，有利于學生創(chuàng)新精神及實踐能力培養(yǎng)。整個實驗教學由淺入深，重在基礎(chǔ)、提高能力、挖掘潛力、拓展思路。在課時內(nèi)的教學主要以基礎(chǔ)性實驗為主，安排一個綜合性實驗；課時外的教學主要以設(shè)計性實驗和綜合性實驗為主。

1.1學時內(nèi)的教學內(nèi)容

在我校數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程共64學時，理論課48學時，實驗課16學時。安排了5個實驗項目，由于多數(shù)學生語言基礎(chǔ)不算太好，特別是指針的運用和結(jié)構(gòu)體的定義是薄弱環(huán)節(jié)，所以在做實驗項目時，主要是從教材上的算法出發(fā)，使得學生有章可循：

項目1：順序表的操作

主要訓練學生對順序存儲結(jié)構(gòu)的理解，掌握順序表的查找、插入和刪除等基本操作；同時引導學生對于靜態(tài)參數(shù)傳遞和動態(tài)參數(shù)傳遞的使用方法。

項目2：單鏈表的操作

主要是與順序存儲結(jié)構(gòu)進行比較，完成線性表在鏈式存儲結(jié)構(gòu)上的查找、求長度、插入、刪除等基本操作。

項目3：棧和隊列的應(yīng)用—停車場的管理

深入了解棧和隊列的特征，以便在實際問題背景下靈活運用；利用兩個棧和一個隊列模擬停車場管理及相關(guān)操作。

項目4：二叉樹的遍歷

掌握二叉樹的結(jié)構(gòu)特征，以及二叉鏈表存儲結(jié)構(gòu)的特點；掌握二叉樹三種(先序、中序和后序)遍歷方法；熟悉并且掌握遞歸算法。

項目5：折半查找和快速排序

掌握折半查找和快速排序的方法，掌握要進行折半查找應(yīng)該采取的存儲結(jié)構(gòu)形式。并進行對其進行時間復(fù)雜度的分析。

對于每個實驗項目的實驗?zāi)康暮蛯嶒炓螅崆?周放在教學平臺上。在實驗前1周，利用輔導課時間，以測試的形式，讓學生寫出算法代碼，由于每個實驗基本上可以在教材中找到源代碼痕跡，所以難度不大。

在實驗教學過程中，采用任務(wù)驅(qū)動式的教學模式，首先從總體思路上講解10分鐘左右，邊輔導邊發(fā)現(xiàn)問題，每半個小時總結(jié)1次。由于學生已經(jīng)在課前作好了準備，在實驗室里他們贏得了更多的自主時間用來調(diào)試程序，分析結(jié)果。學生水平參差不齊，在上課過程中穿插實驗驗收考核，考核的形式是現(xiàn)場寫出主要操作的代碼，在規(guī)定的時間內(nèi)進行調(diào)試、分析。驗收完一個模塊，學生再進行下一個任務(wù)。教師通過講課、輔導、驗收使得實驗課堂充實起來，由于學生每個時間段都有活干，所以課堂氣氛非?；钴S，討論熱烈。

1.2學時外的教學內(nèi)容

在學時外，以課程設(shè)計的形式，利用開放實驗室時間，嚴格按照軟件工程的思想進行訓練。

在課程設(shè)計時，教師列出多個設(shè)計課題，每個課題都有相應(yīng)的要求或說明。各課題的難易度是有差異的，每個課題后以標準分的形式標出了難易度。例如：

課題1：設(shè)有n個人圍坐在圓桌周圍，現(xiàn)從某個位置m(1≤m≤n)上的人開始報數(shù)，報數(shù)到k的人就站出來。下一個人，即原來的第k+1個位置上的人，又從1開始報數(shù)，再報數(shù)到k的人站出來。依此重復(fù)下去，直到全部的人都站出來為止。試設(shè)計一個程序求出出列序列(難易度90)。

課題2：用遞歸算法和非遞歸算法實現(xiàn)下面問題，并比較其算法優(yōu)勢。把一只老鼠放進一個無蓋的大箱內(nèi), 箱內(nèi)設(shè)置若干隔板，使老鼠走動的方向受到阻礙，看其如何找到一條通道，走出大箱(難易度80)。

“難易度90”表示設(shè)計中的各項全部達到要求時的最高得分大致為90。因此，參加課程設(shè)計的學生首先要了解設(shè)計的任務(wù)，仔細閱讀各題的設(shè)計要求，然后根據(jù)自己的基礎(chǔ)和能力情況從中選擇一題。一般來說，選擇課題應(yīng)以在規(guī)定的時間內(nèi)能完成，并能得到應(yīng)有的鍛煉為基本原則。課程設(shè)計的總體思路是：數(shù)據(jù)模型選取→構(gòu)造求解算法→選擇存儲結(jié)構(gòu)→編寫程序代碼→調(diào)試測試→總結(jié)分析。

在做課程設(shè)計時，不再拘泥于語言環(huán)境的限制和存儲結(jié)構(gòu)的限制，主要鍛煉學生的開放思維能力和綜合知識的應(yīng)用能力。同時，引導學生從結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計到面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的思考。例如學生正在學習C#，在做課題1時，除了傳統(tǒng)的設(shè)計方法外，可以引導學生畫出類圖和順序圖，寫出C#的代碼。

設(shè)計結(jié)束后要寫出課程設(shè)計報告，以作為整個課程設(shè)計評分的書面依據(jù)和存檔材料。主要包括：需求分析、概要設(shè)計、詳細設(shè)計、調(diào)試分析、用戶使用說明、測試結(jié)果、參考文獻等。課時外的訓練主要是為畢業(yè)設(shè)計打下基礎(chǔ)，同時也培養(yǎng)了學生的團隊協(xié)作精神。

2組織形式

2.1學生的組織

對于學生進行分組，每組中按照好、中、差的學生進行搭配。由于學生水平參差不齊，早做完的學生，進行考核驗收。驗收合格，同時給出相關(guān)思考題，可以再對于思考題進行進一步的思考，鍛煉創(chuàng)新精神。同時，讓已完成任務(wù)的學生輔導未完成任務(wù)的學生，這樣培養(yǎng)了學生的團隊協(xié)作精神，課堂氣氛非?；钴S，激發(fā)了學生學習的主動性。對于教師的工作也減輕了一些，教師主要是總體部署，分步考核，可以有充足的時間進行驗收，比較清楚地掌握總體情況，以便講評。這樣組織學生，可以解決“優(yōu)等生吃不飽，差等生吃不了”的局面，實現(xiàn)了“因才施教”。

2.2內(nèi)容的組織

對于每一個實驗項目的實驗?zāi)康?、相關(guān)要求等，以實驗指導書的形式與學生見面，一本好的實驗指導書能給學生的上機實驗帶來事半功倍的效果。

首先，讓學生明確實驗?zāi)康暮鸵?。每個實驗項目都給出了實驗?zāi)康?，并且提出了具體要求。有了實驗?zāi)康?，學生才有方向性；有了具體要求，學生實驗時才有章可循。對于要求，要按時間分塊執(zhí)行。比如單鏈表的操作為2學時，第一個學時完成建立、查找、部分主函數(shù)工作；第二學時在第一學時基礎(chǔ)上完成插入、刪除操作，完善主函數(shù)。每一個學時在最后進行驗收，若有問題通過小組完成。

其次，讓學生掌握實驗步驟。每一個實驗項目按照軟件工程的思想去組織，先需求分析，抽象出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型，再明確數(shù)據(jù)類型，詳細設(shè)計，最后給出類C語言的算法描述。要求學生要嚴格遵循實驗步驟來思考問題，這樣，可以培養(yǎng)學生良好的工作作風和解決問題的方法，并且為后續(xù)課程做準備。

3考核方式

市場經(jīng)濟體制下的學生不如計劃經(jīng)濟體制下的學生好教育，特別目前高校擴招，入學的學生素質(zhì)參差不齊，基礎(chǔ)相對薄弱，自學能力不強，不少學生在學習上存在畏難心理。而對于高等教育也不能降低要求，這樣就要求在教學模式上進行革新，我校對教和學提出兩個轉(zhuǎn)變，“變學生管理為學習管理，變管理學生為服務(wù)學生”。對于課程教學，不能再采取應(yīng)試教育下的考核形式。鑒于此，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教學過程中，特別是實驗教學，探索出了新的考核形式。

分數(shù)對學生來說是非常重要的，以此作為課程管理的抓手。對于教學計劃內(nèi)的實驗項目成績分成兩個部分，一個是個人成績，一個是小組成績。個人成績主要考核學生個人能力，小組成績主要是考核學生的團隊協(xié)作精神。對于個人成績考核形式有兩個方面，一個方面是學生的程序代碼調(diào)試技能的測試，一個方面是書寫實驗報告，從實驗報告上可以考查學生的邏輯組織能力。筆者把該考核模式稱為“實驗2+2”模式。每個實驗項目結(jié)束前進行驗收考核，經(jīng)常進行階段性考核，主要是激發(fā)學生的學習興趣，保證了課堂教學紀律，基本沒有缺勤的學生，讓學生找不出來不學習的理由，因為每處都與成績掛鉤，都在拼命的去“掙分”。

對于課程設(shè)計部分，實驗室開放時間結(jié)束時，由學生提交課程設(shè)計源代碼和設(shè)計總結(jié)報告。源代碼提交時，要生成可執(zhí)行文件，對文件進行壓縮，壓縮文件名為“學號+姓名”形式，發(fā)送到指定郵箱地址。課程設(shè)計成績根據(jù)學生設(shè)計任務(wù)完成情況、設(shè)計報告、設(shè)計成果的質(zhì)量以及答辯情況綜合評定。完成情況主要包括：功能實現(xiàn)情況和程序設(shè)計情況；設(shè)計報告包括課程設(shè)計報告格式，課程設(shè)計思路及設(shè)計過程，以及對設(shè)計的自我評價，收獲和體會等；答辯要求思路清晰，模塊關(guān)系清楚，回答問題敏捷。

對于學生的學業(yè)成績采用結(jié)構(gòu)化成績，把100分不再作為一個整體看待，把它融進教學的全過程中去。學生的學業(yè)成績由平時成績、副卷成績和主卷成績構(gòu)成，平時成績占20%，副卷成績占20%，主卷成績占60%。在平時成績中課程設(shè)計10分，作業(yè)和平時課堂表現(xiàn)5分，小考5分；副卷成績中個人成績15分(其中程序調(diào)試10分，實驗報告5分)，小組成績5分。

4結(jié)論

通過實施驗證，效果是良好的。實驗的創(chuàng)新也帶動了整個課程的進步，特別是上課出勤率，基本上是全勤。課堂氣氛活躍，問題討論熱烈，學生的學習主動性大大提高了，網(wǎng)絡(luò)教學平臺登錄次數(shù)明顯增多。在問題答疑和考核驗收方面，雖然增加了教師的教學工作量，但是提高了教師的工作熱情。真正實現(xiàn)了“教”和“學”的良好互動，提高了教學質(zhì)量。

參考文獻：

[1] 周蘇. “數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”的教學改革和實驗創(chuàng)新[J].計算機教育,2007,(15).

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