《數(shù)據(jù)結構》課程實踐教學探索

熊 炎 尤 磊

[摘要] 《數(shù)據(jù)結構》是計算機專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎課程,本文就《數(shù)據(jù)結構》課程實踐教學中存在的問題進行了細致的分析,提出了對該課程的實踐教學進行改革的建議,介紹了在課程設計環(huán)節(jié)的具體做法,以提高該課程的教學效果,增強學生的實踐能力。

[關鍵詞] 數(shù)據(jù)結構實踐教學課程設計

1.引言

《數(shù)據(jù)結構》是計算機學科的核心課程,也是一門十分重要的綜合性專業(yè)基礎課程;既是程序設計的理論基礎,也是多門后續(xù)課程的學習基礎,在整個教學體系中占據(jù)非常重要的地位。特別是自2009年起全國碩士研究生入學考試計算機學科專業(yè)基礎課實行統(tǒng)考后,對于如何提高《數(shù)據(jù)結構》課程的教學效果和教學質量,提高學生考研成績,已成為廣大從事計算機專業(yè)教學的教師們共同關心的課題。

多年來由于各種原因,特別是在《數(shù)據(jù)結構》的教學中忽視了實踐教學的重要性,理論與實踐脫節(jié),實際的教學效果離我們期望值有較大的差距。因為《數(shù)據(jù)結構》是一門實踐性很強的課程,實驗是教學環(huán)節(jié)中必不可少的組成部分。但在教學的實驗環(huán)節(jié)中,學生普遍存在很大的困惑與疑問,即使很多學生有時理論理解了,但實驗卻難以上手,最終還是達不到學習的效果。本文就此分析實踐教學中存在的問題,并提出改革措施。

2.實踐教學中存在的問題

(1)《數(shù)據(jù)結構》課程概念多、內容廣,具有很強的抽象性和技巧性,并且涉及順序表、鏈表、棧、隊列、二叉樹、圖等多種數(shù)據(jù)結構和排序、檢索等眾多的算法,這些都是比較重要、需要掌握的方面。但先修課程中所介紹的相關專業(yè)知識又不多,使學生在學習過程中常常覺得教材中的內容與具體的設計題目相距甚遠,無從下手。所以學生在學習過程中很容易產生畏難和茫然的情緒,在實驗時往往反映為缺乏信心,無從下手,于是很容易失去學習的積極性。

(2)在傳統(tǒng)的實驗課程教學中,學生大都是完成一些驗證型的實驗,只是被動地接受和機械地操作,以完成教學內容的驗證,單純這樣的實驗教學使得學生缺乏主觀能動性以及獨立思考問題的能力,不利于綜合素質的提高和自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng),而且這樣的實驗不能使整個課程內容融會貫通,教學效果不好。

(3) 《數(shù)據(jù)結構》課程實驗雖是運用某種程序設計語言(C、C++或Java)設計并實現(xiàn)特定問題的數(shù)據(jù)結構、求解算法以及相關的運算,但與程序設計課程又有很大的不同。它強調的是數(shù)據(jù)的表示和存儲及算法的設計,要求學生對給定的問題設計出合理的數(shù)據(jù)結構,并在此基礎上設計求解算法,實現(xiàn)問題的求解。因而《數(shù)據(jù)結構》并不是簡單的程序設計,是在程序設計的基礎上又上了一個層次。但學生在進行實驗時,最容易犯的錯誤就是延用程序設計課程實驗的方法,沒有實驗前的準備工作,也沒有考慮數(shù)據(jù)的邏輯結構和存儲結構,程序寫完后立刻編譯運行,最后會發(fā)現(xiàn),運行結果與預想的相差甚遠,錯誤的原因卻很難找到。

基于上述原因,該課程的實踐環(huán)節(jié)往往流于形式,達不到實踐的目的,很難促進學生對理論知識的理解,更無法鍛煉學生運用所學知識解決實際問題的能力,教學效果也就不好。

3.實踐教學改革

由于實踐是學生學好《數(shù)據(jù)結構》課程、培養(yǎng)實踐能力最關鍵的環(huán)節(jié),針對實踐教學中存在的問題,我們既要強調課程實驗的重要性,鞏固課堂上所學的算法與數(shù)據(jù)結構的基本內容;更要在綜合課程設計上下功夫,激發(fā)學生的興趣,在實驗過程中充分發(fā)揮每個學生的思維能力和實踐能力。

(1)課程實驗

由于《數(shù)據(jù)結構》課程不具有明顯的整體性,各種數(shù)據(jù)結構之間相對獨立,因此一種數(shù)據(jù)結構學習結束后,就要布置基本操作題來進行基本算法的練習。這樣既鞏固了學生對基本算法的掌握,加深了學生對基本知識的理解,又增強了實踐能力,為綜合課程設計打下堅實的基礎。

“針對入門難的問題,開始階段,我們給出一些簡單程序的源代碼,供學生參考,激發(fā)學生上機的積極性。在講授前幾章節(jié)的算法時,我們都親自編寫源程序,并上機講解,從而激發(fā)了學生的上機興趣。

為了更好地指導學生的上機實驗,我們根據(jù)教學大綱和實驗大綱編制了實驗指導書,避免學生上機實驗的盲目性,讓學生更加明確實驗要求與任務。并且每次實驗過后,都要求學生寫實驗報告,不僅介紹實驗的操作過程,還要總結每次實驗的收獲體會,同時又培養(yǎng)了學生編寫規(guī)范化軟件設計文檔的能力。

(2)課程設計

為了增強學生綜合應用能力和分析問題的能力,加強實踐環(huán)節(jié),我們增加了《數(shù)據(jù)結構》課程設計。課程設計是指和課程相關的一個實踐環(huán)節(jié),更強調綜合性、設計性。無論從綜合性、設計性要求,還是從規(guī)模上講,課程設計的復雜度都高于課程實驗。特別是課程設計在于引導學生邁出將所學的知識用于解決實際問題的第一步。

《數(shù)據(jù)結構》綜合課程設計要求學生對給定的具有一定規(guī)模和復雜度的、需要用數(shù)據(jù)結構中的模型以及求解方法才能(或更清晰、更好地)描述和求解的、以數(shù)據(jù)結構與算法的設計為核心的程序設計類問題,進行從問題建模到數(shù)據(jù)結構設計、算法設計與實現(xiàn)、系統(tǒng)測試等環(huán)節(jié)的知識與技術的綜合運用,并在完成設計任務和指標的前提下撰寫設計報告。要做好課程設計,學生必須要特別的努力,對本門課程學過的內容進行認真的復習和總結,綜合應用學過的知識才能達到要求。經過這樣的訓練,在很大程度上提高了學生的學習興趣、自主性以及實踐應用能力。

我們具體的做法是給出一些典型的題目,每個題目所涉及的知識和能力各有側重。學生可以從中任選一個,并按要求在一個學期內完成相應的工作。

例如關于棋盤中馬的周游這個題目:在中國象棋棋盤上,對任一位置上放置的一個馬,均能選擇一個合適的路線,使得該棋子能按象棋的規(guī)則不重復地走過棋盤上的每一個位置。要求依次輸出所走過的各位置的坐標;最好能畫出棋盤的圖形形式,并在其上動態(tài)地標注行走過程。本題目重點是:棋盤的表示方法;路徑的搜索及選擇策略;算法設計與實現(xiàn);其他一些輔助性運算及其實現(xiàn)等。

另外,在課題的選擇上除了要體現(xiàn)分析設計能力的培養(yǎng)外,課題的難度要有區(qū)分度,采用針對不同學生進行教學方法,即分層次教學。通過實驗,使每個學生都有不同程度的收獲,以提高他們對該課程學習的自信心。有一定難度的題目,學生也可以統(tǒng)一組織成若干個學習小組,協(xié)作完成課程設計,這樣又培養(yǎng)了學生團隊合作的精神。

《數(shù)據(jù)結構》綜合課程設計這個環(huán)節(jié)的增加,使學生通過課題的設計與實現(xiàn)過程的訓練,培養(yǎng)了能綜合運用數(shù)據(jù)結構以及程序設計、離散數(shù)學等相關課程的基礎知識,系統(tǒng)學習和掌握問題建模、數(shù)據(jù)結構設計、算法設計與實現(xiàn)、測試等各環(huán)節(jié)的方法和能力。

4.小結

《數(shù)據(jù)結構》在整個計算機科學的知識體系中有著非常重要的地位和作用,其較強的理論性和實踐性使得它更需要有效地組織實踐教學,而我們往往忽視了這一點,即使強調了實驗內容,但傳統(tǒng)的驗證型的課程實驗很難培養(yǎng)現(xiàn)代大學生的創(chuàng)新精神和運用所學知識解決實際問題的能力。因此,我們既要合理、系統(tǒng)地安排實驗教學,更要精心地組織課程設計,來加強該課程的實踐教學環(huán)節(jié),從而加強理論教學的效果、提高學生分析問題和解決問題的能力。

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,2004

[2] 曾立慶,童懷水.《數(shù)據(jù)結構》實驗教學探討[J].職業(yè)教育研究,2006,11

[3] 楊慧.《數(shù)據(jù)結構》實驗教學改革探討[J].赤峰學院學報,2009, 3

[4] 黃晗文,李健,陳劍英.《數(shù)據(jù)結構》課程教學途徑探討[J].湖南工業(yè)職業(yè)技術學院學報,2009,2