“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”實(shí)踐教學(xué)探討與實(shí)踐

摘要:本論文根據(jù)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的特點(diǎn)和我校技術(shù)應(yīng)用型本科教育的理念,分析了目前在課程教學(xué)中存在的不足之處,提出加強(qiáng)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”實(shí)踐教學(xué),并給出了實(shí)踐教學(xué)的九個(gè)案例,通過(guò)這些案例應(yīng)用中的一些問(wèn)題實(shí)踐,讓學(xué)生既知其然,又知其所以然。本文對(duì)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”實(shí)踐教學(xué)中的研究,旨在為計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)教學(xué)提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)和建議,促進(jìn)計(jì)算機(jī)教學(xué)的發(fā)展,豐富教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);實(shí)踐;教學(xué)方法

中圖分類號(hào):G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

1引言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)成分、組織形式、就業(yè)方式、利益關(guān)系、分配方式的多樣化,對(duì)人才素質(zhì)提出了更高的要求,社會(huì)也需求大批應(yīng)用型技術(shù)和技能人才。高等學(xué)校教育也為適應(yīng)社會(huì)需求培養(yǎng)面向基層、面向生產(chǎn)、面向服務(wù)和管理第一線需要的技術(shù)應(yīng)用型人才。

我校致力于技術(shù)本科教育理念,深化教學(xué)改革是一條提高教學(xué)質(zhì)量的有效途徑,在教學(xué)改革中揚(yáng)棄傳統(tǒng)的“以教為中心”的教學(xué)結(jié)構(gòu),逐步建立“學(xué)教并重”和“學(xué)致以用”的教學(xué)結(jié)構(gòu)?？紤]到目前我校教育的現(xiàn)狀,我們?cè)凇皵?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”實(shí)踐教學(xué)中做了有益的探討,讓學(xué)生知道學(xué)習(xí)完成后能夠?qū)嶋H應(yīng)用,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性,培養(yǎng)富有技術(shù)應(yīng)用性的人才,對(duì)我校技術(shù)應(yīng)用性本科教育都具有深遠(yuǎn)的意義。

2 “數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”教學(xué)的現(xiàn)狀

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程主要研究非數(shù)值性、結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù),具體涉及數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、算法和算法復(fù)雜性分析等內(nèi)容。它不僅是一般程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),而且是設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)編譯程序、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等系統(tǒng)程序和大型應(yīng)用程序的重要基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的目的是為了了解計(jì)算機(jī)處理對(duì)象的特性,將實(shí)際問(wèn)題中所涉及的處理對(duì)象在計(jì)算機(jī)中表示出來(lái)并對(duì)它們進(jìn)行處理。同時(shí),通過(guò)算法訓(xùn)練來(lái)提高學(xué)生的思維能力,通過(guò)程序設(shè)計(jì)的技能訓(xùn)練來(lái)促進(jìn)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和專業(yè)素質(zhì)的提高。

目前大多數(shù)高校越來(lái)越重視在實(shí)際教學(xué)中,在“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”教學(xué)中進(jìn)行許多新的教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué),根據(jù)目前所擁有的資料來(lái)看,國(guó)內(nèi)外有影響的現(xiàn)代教學(xué)模式主要有:講授模式、互動(dòng)模式、任務(wù)驅(qū)動(dòng)模式、范例模式等。這些教學(xué)模式體現(xiàn)教師為中心、學(xué)生為主體的教學(xué)關(guān)系,通過(guò)教師提問(wèn)、學(xué)生發(fā)問(wèn)、課堂討論等多種教學(xué)方法讓學(xué)

生參與互動(dòng),充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性,對(duì)于提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果都能起到一定的積極作用。由于種種原因,學(xué)生掌握的情況并不十分理想。這其中一個(gè)非常重要的原因,是實(shí)踐環(huán)節(jié)的不足。學(xué)生在學(xué)完理論后,不能及時(shí)通過(guò)實(shí)踐來(lái)檢驗(yàn)和鞏固所學(xué)知識(shí),導(dǎo)致越學(xué)越糊涂,也越加深了對(duì)這門課程的畏難心理。

下面是目前“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”教學(xué)中存在一些不足的原因:

(1) 概念多

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程內(nèi)容的特點(diǎn)是概念多、邏輯性強(qiáng)、綜合性強(qiáng)、技巧性強(qiáng)。在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn),對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō),剛接觸這門課程時(shí),不知怎么去學(xué),等這門課程結(jié)束時(shí),也不知道自己學(xué)了些什么,對(duì)學(xué)過(guò)的也不知道如何應(yīng)用。

(2) 基礎(chǔ)差

目前數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法是通過(guò)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn),很多學(xué)生在對(duì)這門課程前導(dǎo)課程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言掌握不好,目前大部分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教材算法是用C語(yǔ)言(也有C++語(yǔ)言和JAVA語(yǔ)言)來(lái)實(shí)現(xiàn),大部分學(xué)生對(duì)C語(yǔ)言指針知識(shí)掌握不牢,用起來(lái)生疏,很多使學(xué)生對(duì)算法的思路是清晰的,但也難以用C語(yǔ)言(C++語(yǔ)言和JAVA語(yǔ)言)將算法描述出來(lái)。

(3) 實(shí)踐效果不顯著

人們已經(jīng)普遍認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程是實(shí)踐性、技術(shù)性非常強(qiáng)的課程,需要大力加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié),因此實(shí)踐課課時(shí)的比例也越來(lái)越大。當(dāng)前實(shí)踐課內(nèi)容、形式雖然能在一定程度上提高了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力,但并不一定能提升學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。其一,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大多是課堂教學(xué)內(nèi)容的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),學(xué)生往往是照著葫蘆畫個(gè)瓢,知其然不知其所以然,實(shí)驗(yàn)的時(shí)候?qū)λ鶎W(xué)習(xí)內(nèi)容沒(méi)有充分理解,只是充當(dāng)?shù)拇蜃謫T,結(jié)果出來(lái)后就萬(wàn)事大吉。其二,各個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容各不相關(guān),互相脫節(jié),不能形成一個(gè)問(wèn)題的全部,在以后遇到同類問(wèn)題,不能從全局的角度分析解決,只能部分的解決局部問(wèn)題,不利于能力的提高。其三,對(duì)所學(xué)知識(shí)內(nèi)容,由于程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言掌握不好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念不是很清晰,不能完整的串起來(lái),如二叉樹操作,從建一個(gè)二叉樹,到遍歷二叉樹、求葉結(jié)點(diǎn)數(shù)、求總結(jié)點(diǎn)數(shù)、求樹的深度完整的串起來(lái),對(duì)知識(shí)點(diǎn)掌握和理解要有直觀的認(rèn)識(shí)。

3實(shí)踐教學(xué)改進(jìn)

在“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的學(xué)習(xí)過(guò)程中,學(xué)生比較困擾的是理論脫離實(shí)踐,對(duì)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”潛在的應(yīng)用價(jià)值難以有深刻的認(rèn)識(shí)。在課程建設(shè)中,在努力提高課堂教學(xué)效果和抓好習(xí)作的同時(shí),下大力氣對(duì)上機(jī)實(shí)驗(yàn)的要求和管理進(jìn)行重點(diǎn)建設(shè)。在第一次上實(shí)驗(yàn)課程時(shí),除了給問(wèn)題和要求外,還給出問(wèn)題分析、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、部分詳細(xì)設(shè)計(jì),最后要求學(xué)生進(jìn)行主要算法程序設(shè)計(jì)及調(diào)試。這樣做的目的是讓所有的學(xué)生對(duì)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”實(shí)驗(yàn)有初步了解,在給出的整體框架上將主要算法及應(yīng)用實(shí)現(xiàn)出來(lái),達(dá)到學(xué)習(xí)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的效果。同時(shí),還考慮到學(xué)生的學(xué)習(xí)程度不同,有些學(xué)生底子較薄,對(duì)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)也不夠,認(rèn)為“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”只是理論上的學(xué)習(xí),根本無(wú)法編寫程序和實(shí)際應(yīng)用。根據(jù)這種情況,我們給出部分詳細(xì)設(shè)計(jì)就是要使這部分學(xué)生增強(qiáng)用程序?qū)崿F(xiàn)算法的自信心,繼而模仿編程,最終實(shí)現(xiàn)將理論知識(shí)應(yīng)用到解決實(shí)際問(wèn)題中去,提高應(yīng)用與創(chuàng)新能力。對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)都有具體要求,并鼓勵(lì)學(xué)生課下多編程、上機(jī)調(diào)試,每次試驗(yàn)結(jié)束后要求學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告及調(diào)試分析,算法的時(shí)空分析以及經(jīng)驗(yàn)體會(huì),為將來(lái)進(jìn)行軟件開發(fā)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

以下是我們?cè)凇皵?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)中的幾點(diǎn)做法:

(1) 引發(fā)學(xué)生興趣,明確實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

學(xué)生普遍認(rèn)為“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”實(shí)驗(yàn)難于上手,而且不知道它的應(yīng)用。這就需讓學(xué)生了解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性,告訴學(xué)生,在計(jì)算機(jī)科學(xué)中,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不僅是一般程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),而且是設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)編譯程序、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)及其他系統(tǒng)程序和大型應(yīng)用程序的重要基礎(chǔ)。從而引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

在課堂授課中,還要向?qū)W生介紹各章節(jié)內(nèi)容的意義、算法的思想以及實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容。筆者在授課時(shí),將各章實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分成以下幾個(gè)部分:順序表、單鏈表、雙向循環(huán)鏈表、順序棧、鏈隊(duì)列、循環(huán)隊(duì)列、串、壓縮矩陣、樹與二叉樹、圖、查找與排序。在開始階段,教師最好給出一些簡(jiǎn)單程序的源代碼,以供學(xué)生參考,激發(fā)學(xué)生上機(jī)的積極性。筆者在授課的開始階段就前幾章節(jié)的算法實(shí)現(xiàn),都親自編寫源程序,供學(xué)生參考,并上機(jī)講解,幫助學(xué)生調(diào)試成功,增強(qiáng)學(xué)生自信,從而激發(fā)了學(xué)生的上機(jī)興趣。

(2) 強(qiáng)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的程序開發(fā)能力

“工欲善其事,必先利其器?！痹凇皵?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,上機(jī)實(shí)現(xiàn)程序,必須先對(duì)所使用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言工具有所精通。教師可根據(jù)學(xué)生對(duì)C語(yǔ)言(或其他語(yǔ)言)掌握的情況,有目的地講授一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所涉及的C程序語(yǔ)言的疑難點(diǎn),如動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)函數(shù)使用、靜態(tài)數(shù)組、指針等知識(shí),幫助學(xué)生盡快上機(jī)編程,從而也更好地配合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)教學(xué),達(dá)到事半功倍的效果。否則,學(xué)生不能參與實(shí)踐,對(duì)課程就漸漸失去興趣。

首先教師給出程序案例的框架結(jié)構(gòu),學(xué)生經(jīng)過(guò)思考,選擇合適的算法和指令語(yǔ)句,經(jīng)互相討論,完善和豐富程序案例,然后上機(jī)調(diào)試,通過(guò)運(yùn)行來(lái)檢驗(yàn)結(jié)果。程序案例的教學(xué)法是從興趣入手,首先給人們編程的樂(lè)趣,繼而帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入程序的天地,提高了探索的欲望,使學(xué)習(xí)編程變得生動(dòng)而有趣。

(3) 精選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,編程實(shí)現(xiàn)典型算法

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”教學(xué)中的上機(jī)是理論聯(lián)系實(shí)際的重要教學(xué)環(huán)節(jié),針對(duì)具體的教學(xué)內(nèi)容和目前的學(xué)生能力,專門設(shè)計(jì)出“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”,在選擇典型算法的時(shí)候,從以下三個(gè)方面進(jìn)行考慮:

代表性:算法應(yīng)該能夠集中體現(xiàn)某個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本特征。

難度適中:算法既不是很簡(jiǎn)單,也不應(yīng)該很難,要使多數(shù)學(xué)生經(jīng)過(guò)努力可以實(shí)現(xiàn)。

綜合性:算法要有一定理論深度。既有助學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),又有助于提高編程能力。

該系統(tǒng)為學(xué)生精選的、難度適當(dāng)?shù)拇蠹s50個(gè)典型算法為基礎(chǔ),包括順序表、鏈表、堆棧、隊(duì)列、串、矩陣和廣義表、二叉樹、圖、查找和排序等部分,系統(tǒng)對(duì)每種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都設(shè)計(jì)了相應(yīng)的基本操作及應(yīng)用操作,組裝一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)演示系統(tǒng),完成一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的實(shí)訓(xùn)。

該系統(tǒng)具體內(nèi)容是:

實(shí)驗(yàn)1線性表子系統(tǒng):主要算法有建表、插入、刪除、顯示。

實(shí)驗(yàn)2棧隊(duì)子系統(tǒng):主要算法有建棧、進(jìn)棧、出棧、顯示、數(shù)制轉(zhuǎn)換、逆波蘭式。

實(shí)驗(yàn)3隊(duì)列子系統(tǒng):主要算法有建隊(duì)列、進(jìn)隊(duì)、出隊(duì)、讀隊(duì)頭、顯示雙向隊(duì)。

實(shí)驗(yàn)4串子系統(tǒng):主要算法有建串、連接兩串、取出子串、刪除子串、插入子串、模式匹配、比較大小、顯示。

實(shí)驗(yàn)5稀疏矩陣和廣義表子系統(tǒng):主要算法有稀疏矩陣建立、轉(zhuǎn)置、顯示、廣義表建立、查找和顯示。

實(shí)驗(yàn)6樹子系統(tǒng):主要算法有建二叉樹、凹入顯示、先序遍歷、中序遍歷、后序遍歷、層次遍歷、葉結(jié)點(diǎn)數(shù)、總結(jié)點(diǎn)數(shù)、樹的深度。

實(shí)驗(yàn)7圖子系統(tǒng):主要算法圖的建立、建立鄰接矩陣、深度優(yōu)先遍歷、廣度優(yōu)先遍歷。

實(shí)驗(yàn)8子系統(tǒng):主要算法有建立查找表、順序查找、二分查找、二叉排序樹、建排序樹、查找結(jié)點(diǎn)、插入結(jié)點(diǎn)、刪除結(jié)點(diǎn)、輸出。

實(shí)驗(yàn)9排序子系統(tǒng):主要算法有數(shù)據(jù)輸入、插入排序、希爾排序、冒泡排序、快速排序、選擇排序、歸并排序、堆排序。

實(shí)踐表明,多數(shù)學(xué)生經(jīng)過(guò)努力,大部分同學(xué)都可完成以上的算法。通過(guò)這九個(gè)實(shí)驗(yàn),就等于學(xué)習(xí)一個(gè)小型系統(tǒng)開發(fā)的全過(guò)程,所以它既不同于一個(gè)大型的完整的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)演示軟件,也不是一般意義上的復(fù)雜的系統(tǒng)開發(fā)指導(dǎo)。

4結(jié)束語(yǔ)

在本課程教學(xué)設(shè)置上,我們既要考慮到本科教育的基礎(chǔ)性和階段性,也要充分考慮到技術(shù)應(yīng)用型人才適應(yīng)第一線工作的要求,體現(xiàn)了既要有一定的學(xué)術(shù)性,又要有一定的實(shí)踐性。在教學(xué)方式上除要加強(qiáng)正常教學(xué)外,重視實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)和通過(guò)項(xiàng)目活動(dòng)過(guò)程突出應(yīng)用專業(yè)技術(shù)能力的培養(yǎng),使技術(shù)本科學(xué)生不但知其然,而且能知其所以然。培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實(shí)、動(dòng)手操作能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高的應(yīng)用型人才,已成為高等教育工作的重心。

實(shí)踐表明,只有將理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)密切結(jié)合,才能使學(xué)生掌握好各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法,從而切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量,貫徹完成大綱要求。

參考文獻(xiàn):

[1] 曾立慶,童懷水.《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討[J]. 職業(yè)教育研究,2006(11):160-161.

[2] 陳元春,王淮亭. 基于Internet的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)設(shè)計(jì)[J]. 上海電機(jī)學(xué)院學(xué)報(bào),2005,8(2):67-70.

[3] 郭業(yè)才.“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程建設(shè)與教學(xué)改革實(shí)踐[J]. 高等理科教育,2006(6):100-102.

[4] 顧翔.“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”實(shí)踐教學(xué)探討[J]. 文教資料,2005(30):110-112.

[5] 陳元春,張亮,王勇. 實(shí)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[M]. 2版. 北京:中國(guó)鐵道出版社,2007:272-273.