提高“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)效果的方法初探

葉 雙 吳清江 緱 錦 陳 霞

摘要:“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”作為計(jì)算機(jī)學(xué)科的一門核心基礎(chǔ)課程,提高教學(xué)質(zhì)量尤為重要。本文在如何提高數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)效果,如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣等方面作了一些研究,就教學(xué)方式、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和網(wǎng)上互動(dòng)等方面的改革提出了一些探索性的方法。

關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);教學(xué)改革;教學(xué)方法;教學(xué)效果

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

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”是高校計(jì)算機(jī)學(xué)科一門非常重要的基礎(chǔ)課程,尤其需要學(xué)生扎實(shí)掌握。但在“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”教學(xué)過(guò)程中筆者也發(fā)現(xiàn)雖然師生都很重視,但學(xué)生學(xué)習(xí)的效果并不與之成正比。學(xué)生普遍反映的問(wèn)題是:課堂上聽(tīng)老師講解覺(jué)得很好理解,但是讓他們自己動(dòng)手設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其算法來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)就感覺(jué)力不從心了。也有些同學(xué)覺(jué)得數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論性太強(qiáng),在實(shí)際的應(yīng)用中往往用不上。筆者對(duì)這個(gè)問(wèn)題也研究了很久,覺(jué)得問(wèn)題的原因應(yīng)該是多方面的。

首先,目前我們?nèi)匀徊捎玫氖莻鹘y(tǒng)的板書(黑板+粉筆)教學(xué)方式,這種方式比起時(shí)下流行的多媒體教學(xué)方式顯然不夠有視覺(jué)沖擊力,不夠生動(dòng)。

其次,由于學(xué)時(shí)有限,教學(xué)任務(wù)繁重,目前的教學(xué)中,還是主要以教師講解為主,缺乏靈活的教學(xué)方法,陷入以“教師為主體”的怪圈中。學(xué)生在遇到困難時(shí)會(huì)有挫折感進(jìn)而很容易置身其外。而太多的內(nèi)容,學(xué)生往往分不清主次,概念也很容易混淆。

再次,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中闡述的抽象數(shù)據(jù)類型,有其獨(dú)立于應(yīng)用的好處,然而這種抽象性反而如一堵墻擋在了它與學(xué)生之間,使學(xué)生在應(yīng)用時(shí)常常覺(jué)得麻煩或無(wú)從下手。如何將這堵墻轉(zhuǎn)變成一架橋梁是廣大教師需要考慮的問(wèn)題。

另外,實(shí)驗(yàn)是加強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用能力的重要環(huán)節(jié)。目前的情況是實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)不足,學(xué)生除了實(shí)現(xiàn)教材中的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其算法外,得不到更多的訓(xùn)練。

所以解決這些問(wèn)題也應(yīng)該從多方面入手考慮,下面總結(jié)了筆者對(duì)上述問(wèn)題一些探索性的解決思路。

1將可視化的多媒體教學(xué)方式與傳統(tǒng)的板書教學(xué)方式相結(jié)合

傳統(tǒng)的板書講解方法能夠使學(xué)生有足夠的時(shí)間思考和消化教師講解的內(nèi)容,而且還可以通過(guò)舉例等手段讓講解更形象。但是學(xué)生的程度不同,吸收知識(shí)的能力也不同,黑板一擦,學(xué)生只能憑記憶復(fù)習(xí)。

而多媒體手段比板書講解更生動(dòng),其次,它利于保存,便于作為一種學(xué)習(xí)資料供學(xué)生課后復(fù)習(xí)。而實(shí)踐也證明了圖、文、聲并茂比單純文字?jǐn)⑹龈兄趯W(xué)生理解和長(zhǎng)期記憶。但現(xiàn)在許多教師一味強(qiáng)調(diào)多媒體手段的好處,擯棄傳統(tǒng)的板書教學(xué)也是不妥當(dāng)?shù)?。筆者曾經(jīng)聽(tīng)過(guò)學(xué)生這樣抱怨:我們老師上課時(shí)就只知道動(dòng)動(dòng)鼠標(biāo),也不寫寫黑板。可見(jiàn)學(xué)生對(duì)這種教學(xué)方式也是有質(zhì)疑的。因?yàn)槎嗝襟w教學(xué)很容易使得教師過(guò)分依賴多媒體手段,忽視教學(xué)的策略和方法,以及與學(xué)生的互動(dòng)過(guò)程;而學(xué)生很容易被課件所牽引,忽視教師的講解以及自我思考。

所以筆者認(rèn)為可以把多媒體手段作為板書教學(xué)的必要補(bǔ)充,兩者相輔相成。充分發(fā)揮多媒體教學(xué)軟件作為課堂和課后的補(bǔ)充教學(xué)手段的作用。例如一些難于用板書講解說(shuō)明的部分,如遞歸過(guò)程等可以在課堂上利用多媒體軟件讓學(xué)生更好地理解。而課后,學(xué)生還可以通過(guò)使用該軟件進(jìn)行必要的復(fù)習(xí)和練習(xí)。

目前教師使用的多媒體手段多為教師自己制作的多媒體課件,以及從網(wǎng)上下載或自己制作的flash動(dòng)畫。當(dāng)然,最好采用專門的多媒體軟件,可以選用國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)多媒體軟件,也可以由教研組組織教師開(kāi)發(fā)符合自身教學(xué)需求的類似軟件。這些軟件除了演示算法過(guò)程外,往往還有其他的好處:(1)允許學(xué)生輸入,進(jìn)而觀察不同條件下算法的演算過(guò)程,不僅更具靈活性,還培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探索的精神。例如演示快速排序時(shí),觀察選取不同的樞軸元素對(duì)效率的影響。(2)算法演示過(guò)程增加單步控制功能,便于學(xué)生控制和觀察演算過(guò)程。(3)增加互動(dòng)部分,如演算到某一步驟時(shí)暫停提出問(wèn)題讓學(xué)生思考。(4)算法演示的每一步驟的動(dòng)畫畫面與其對(duì)應(yīng)的偽碼置于同一界面顯示,方便學(xué)生比對(duì)學(xué)習(xí)。(5)可包括一些啟發(fā)性的練習(xí)題及參考答案供學(xué)生課余時(shí)間有選擇性訓(xùn)練。

2豐富教學(xué)手段,變“以教師為主”為“以學(xué)生為主”

傳統(tǒng)的板書教學(xué)配以現(xiàn)代多媒體教學(xué)手段仍然是不夠的。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中,還要思考用更科學(xué)的教學(xué)方法來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,畢竟教學(xué)本身應(yīng)該是以學(xué)生為主體,教師來(lái)組織和引導(dǎo)的過(guò)程。

(1) 案例教學(xué)法

該方法是現(xiàn)今非常熱門的教學(xué)方法之一,起源于哈佛大學(xué)。一提到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),很多學(xué)生往往將其歸為一門理論課,而實(shí)際上它是對(duì)實(shí)際應(yīng)用具有很強(qiáng)指導(dǎo)性的課程。所以,如果盡可能結(jié)合具體應(yīng)用實(shí)例講解知識(shí)點(diǎn),有了應(yīng)用背景,學(xué)生學(xué)習(xí)更有目的性,教學(xué)效果也會(huì)更突出。例如在介紹稀疏矩陣時(shí)結(jié)合其在圖像壓縮問(wèn)題中的應(yīng)用,這樣學(xué)生學(xué)起來(lái)不會(huì)感覺(jué)枯燥,也更便于他們對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和記憶。

(2) 啟發(fā)式教學(xué)法

研究表明,問(wèn)題可以更好地激發(fā)學(xué)生的求知欲,使學(xué)生注意力集中。學(xué)習(xí)不應(yīng)是簡(jiǎn)單地接受課本一成不變的知識(shí),而應(yīng)在原有問(wèn)題的基礎(chǔ)上不斷引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題。采用提出問(wèn)題的啟發(fā)式教學(xué)方法可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望,拓展思維方式,培養(yǎng)創(chuàng)造精神。

教師可以在講解完課本上的經(jīng)典算法后,啟發(fā)學(xué)生將其修改后應(yīng)用于一個(gè)實(shí)際問(wèn)題中。例如用一維數(shù)組保存?zhèn)€人信息,其中包含“性別”項(xiàng),思考如何運(yùn)用快速排序思想實(shí)現(xiàn)將記錄按男在前女在后的順序排列。此外,還可以整理出一些小問(wèn)題安排給不同的同學(xué)負(fù)責(zé)查閱相關(guān)資料并在課堂上講解。

(3) 討論式教學(xué)法

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中有一些在認(rèn)知上容易混淆的知識(shí)點(diǎn),還有很多知識(shí)點(diǎn)是需要總結(jié)對(duì)比的,例如比較兩種存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)或者比較多種排序方法各自的特點(diǎn),等等。這時(shí)可以采用學(xué)生分組討論+教師引導(dǎo)的方法,即不是由教師直接給出結(jié)論,而是變教師主動(dòng)為學(xué)生主動(dòng)。具體可將學(xué)生按座位臨近原則進(jìn)行大致分組,然后讓他們?cè)谛〗M內(nèi)進(jìn)行討論并記錄得出的結(jié)論,最后在班上綜合討論出結(jié)果來(lái)。這種方法可以讓學(xué)生在團(tuán)體協(xié)作中發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題并逐步完善自身考慮的缺陷,加強(qiáng)理解和記憶過(guò)程。

(4) 比較式教學(xué)法

教師可事先布置一些題目,如迷宮問(wèn)題,讓學(xué)生先根據(jù)自己之前所學(xué)或查閱相關(guān)資料思考解決方法,然后在講解到具體章節(jié)時(shí)讓學(xué)生就采用棧結(jié)構(gòu)的方法與自己先前的方法作比較從而更深刻理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在解決具體問(wèn)題中的應(yīng)用?！氨容^式學(xué)習(xí)法”的另一個(gè)應(yīng)用是鼓勵(lì)學(xué)生采用不同的方法解決同一問(wèn)題,如判斷字符串是否“回文”,可以直接采用順序表,也可以使用堆棧和隊(duì)列的方法,讓學(xué)生對(duì)不同方法進(jìn)行比較分析。

當(dāng)然,多種教學(xué)方法的采用勢(shì)必會(huì)造成課時(shí)不足,所以教師可以對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容作適當(dāng)?shù)姆旨?jí),不同等級(jí)的內(nèi)容要求不同,教學(xué)方法也不同:需要重點(diǎn)掌握的知識(shí)點(diǎn),這部分要利用多種教學(xué)方法和手段強(qiáng)化記憶和強(qiáng)化訓(xùn)練;需要熟悉的知識(shí)點(diǎn),可安排學(xué)生自學(xué)為主,教師講解為輔。例如樹(shù)的等價(jià)問(wèn)題在后面章節(jié)的克魯斯卡爾算法中有所運(yùn)用,因此可布置學(xué)生自行學(xué)習(xí)并在需要應(yīng)用時(shí)由學(xué)生來(lái)講解學(xué)習(xí)心得;需要了解的知識(shí)點(diǎn),這部分主要由教師進(jìn)行擴(kuò)充性的簡(jiǎn)單介紹。課堂時(shí)間不足時(shí),有些問(wèn)題還可以讓學(xué)生課余解決并以書面報(bào)告的形式提交檢查。

3加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的靈活性

實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分其實(shí)是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。只有自己動(dòng)手實(shí)現(xiàn)才能真正理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是什么。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的安排一方面要考慮到學(xué)生專業(yè)水平和認(rèn)知能力等方面的實(shí)際情況;另一方面又要調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,體現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的魅力所在。而目前實(shí)驗(yàn)題目過(guò)于單一,只注重了專業(yè)課程知識(shí)點(diǎn)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),顯然是只考慮了前一方面,而忽視了后一方面。

筆者認(rèn)為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可分為兩部分,一個(gè)是基本算法的實(shí)現(xiàn);另一個(gè)是應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)?；舅惴醋寣W(xué)生實(shí)現(xiàn)某個(gè)抽象數(shù)據(jù)類型,如線性表、堆棧等,這部分屬于基本功練習(xí);而應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)則更生活化更有實(shí)際應(yīng)用背景?？梢赃x用一些將現(xiàn)實(shí)問(wèn)題抽象為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型的問(wèn)題,如利用無(wú)向圖“著色”問(wèn)題解決學(xué)校運(yùn)動(dòng)會(huì)比賽時(shí)間安排問(wèn)題;或者選用一些學(xué)生感興趣的問(wèn)題,如程序設(shè)計(jì)演示下雨場(chǎng)景等。這些實(shí)驗(yàn)更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,而且更能讓學(xué)生體會(huì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在實(shí)際問(wèn)題中的具體應(yīng)用,并對(duì)它在整個(gè)實(shí)際問(wèn)題中所處的位置有更深刻的體會(huì)。

應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和要求由教師提出,學(xué)生每?jī)扇艘唤M,自行選題,并通過(guò)圖書館或網(wǎng)絡(luò)查找相關(guān)資料,完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程。最后抽取做得較好的小組,通過(guò)小組成員講解和其他同學(xué)討論的方式共同學(xué)習(xí)。上交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告中要體現(xiàn)小組成員的分工情況以便評(píng)分。

4教師博客的建立

課堂時(shí)間畢竟有限,學(xué)生在課余學(xué)習(xí)過(guò)程中還需要與教師多交流,目前采用最多的Email方式功能過(guò)于單一。另外,學(xué)校開(kāi)發(fā)的通用教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)也提供了諸如論壇這類形式的交流平臺(tái)方便師生互動(dòng),不過(guò)這種方式缺乏個(gè)性化色彩,也往往受到教育網(wǎng)或校園網(wǎng)的訪問(wèn)限制。所以,教師還可以利用諸如課程博客的方式加強(qiáng)專業(yè)學(xué)術(shù)交流的氛圍。教師可以將自己的教學(xué)理念、學(xué)習(xí)心得以日志的形式呈現(xiàn),也可以將國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀網(wǎng)站資源的鏈接放置于博客中,此外,多媒體軟件、實(shí)驗(yàn)教案也可以上傳供學(xué)生下載。博客的另一個(gè)好處就是可以促進(jìn)教師的自我學(xué)習(xí)、日常反思,提升教師的教學(xué)質(zhì)量。

5結(jié)束語(yǔ)

本文就如何提高“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的教學(xué)效果提出了幾點(diǎn)看法。在實(shí)際應(yīng)用中還應(yīng)充分考慮到教學(xué)的需求和學(xué)生的實(shí)際情況,因材施教,以學(xué)生為中心,注重學(xué)生興趣和能力的培養(yǎng),以便更好地發(fā)揮“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程理論指導(dǎo)實(shí)踐的作用。

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Pilot Study of The Methods to Improve Teaching Effect on Data Structure Course

YE Shuang, WU Qing-jiang, GOU Jin, CHEN Xia

(College of Computer Science & Technology in HuaQiao University, Quanzhou 362021, China)

Abstract: Data Structure is a very important fundamental course in computer science. How to improve teaching effect on data structure course and how to inspire the students interest in learning are big problems we meet.Some new suggections in teaching mode, teaching methods, experimental teaching and network study of Data Structure are offered in this paper.

Key words: Data Structure; teaching reform; teaching methods; teaching effect