淺談《算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》中的主線和模塊教學(xué)

宋 暉 華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院，廣州 510006

淺談《算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》中的主線和模塊教學(xué)

宋 暉 華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院，廣州 510006

本文針對(duì)算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程邏輯性強(qiáng)、抽象的特點(diǎn)，提出了整體認(rèn)知——局部探究——整體掌握的教學(xué)思路，即把握主線，各模塊擊破的教學(xué)方法。教學(xué)實(shí)踐表明，通過(guò)主線和模塊化的教學(xué)方法，學(xué)生建立了系統(tǒng)化的知識(shí)結(jié)構(gòu)，對(duì)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中抽象的知識(shí)也更容易理解和掌握，教學(xué)效果得到了明顯的提高。

主線，模塊教學(xué)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

引言

《算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》是作為一門專業(yè)必修課程，是一門理論性和實(shí)踐性均很強(qiáng)的課程,不僅要學(xué)習(xí)基本理論知識(shí),還要注重上機(jī)實(shí)踐,通過(guò)上機(jī)實(shí)踐驗(yàn)證算法的正確性,掌握和鞏固所學(xué)理論知識(shí)。同時(shí),本課程又是軟件開發(fā)與設(shè)計(jì)等課程的基礎(chǔ)。由于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是介于數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算機(jī)軟件三者之間的一門核心課程，它涉及到高等數(shù)學(xué)、離散數(shù)學(xué)、概率統(tǒng)計(jì)、計(jì)算機(jī)原理、程序設(shè)計(jì)等各方面知識(shí)，又由于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程具有多——概念多、內(nèi)容多、方法多;雜——數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、算法復(fù)雜;實(shí)踐性強(qiáng)——要求學(xué)生學(xué)會(huì)分析數(shù)據(jù)對(duì)象的特性,并選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)來(lái)完成較為復(fù)雜的程序設(shè)計(jì)等特點(diǎn),所以學(xué)習(xí)起來(lái)難度較大。根據(jù)課程的上述特點(diǎn)，就要求老師采用高效的教學(xué)方法去培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，提高學(xué)生對(duì)問題的分析能力和實(shí)踐應(yīng)用能力。因此，合理清晰的教學(xué)思路是老師教好這門課，學(xué)生學(xué)好這門課的前提和重要保障。

整體認(rèn)知——局部探究——整體掌握的教學(xué)思路是本人在進(jìn)行《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)中采用的方法，為了實(shí)踐這一教學(xué)思路，要求教師在教學(xué)前必須非常熟悉教材，吃透教材，并參閱大量相關(guān)資料和書籍，在此基礎(chǔ)上將教學(xué)內(nèi)容綜合分析思考，從中提煉共性的、規(guī)律性的知識(shí)體系，使知識(shí)系統(tǒng)化。

一、整體認(rèn)知——課程主線的發(fā)掘與強(qiáng)化

首先從教材的整體來(lái)看，邏輯結(jié)構(gòu)這條主線貫穿始終，將各章節(jié)內(nèi)容從總體上直接串聯(lián)起來(lái)，這點(diǎn)從教材的目錄中有所體現(xiàn)——從線性表到樹再到圖。教材先從線性表入手，再到非線性結(jié)構(gòu)（樹、圖）的邏輯結(jié)構(gòu)展開的。這種安排為教師的教和學(xué)生的學(xué)提供了一條非常有條理的線索，也符合由淺入深、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的邏輯。

我們通過(guò)邏輯結(jié)構(gòu)這條主線將各個(gè)章節(jié)內(nèi)容從總體上直接串聯(lián)起來(lái)，為學(xué)生搭建數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的整體框架。因此，在具體教學(xué)過(guò)程中這部分內(nèi)容講授起來(lái)層次分明、條理清楚，并且可以聯(lián)系生活中的一些實(shí)例，通過(guò)舉例來(lái)形象直觀地說(shuō)明數(shù)據(jù)元素之間的相互關(guān)系，使得學(xué)生較容易掌握。如線性結(jié)構(gòu)中的隊(duì)列、二叉樹、圖中的最小生成樹等都特別形象、直觀地顯示數(shù)據(jù)元素之間的相互關(guān)系。

二、局部探究——模塊化的教學(xué)模式

接下來(lái)我們細(xì)化到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的每個(gè)章節(jié)，發(fā)現(xiàn)每一章的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、算法這三部分內(nèi)容貫穿于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)始終，形成了結(jié)構(gòu)完整、層次分明、條理清楚的清晰思路。存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)是邏輯結(jié)構(gòu)在計(jì)算機(jī)中的具體實(shí)現(xiàn)。存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)是抽象的、具體的。在教材的安排中，每一章都要將某一確定的邏輯結(jié)構(gòu)映射到存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)表示。并且，對(duì)于不同的邏輯結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，它們的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)都是相通的，只是根據(jù)不同邏輯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)選用不同的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。算法即為求解問題的一系列步驟。《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程在算法這一部分中，從空間與時(shí)間復(fù)雜度兩方面對(duì)算法進(jìn)行比較評(píng)價(jià)，其目的是通過(guò)對(duì)算法的學(xué)習(xí)讓學(xué)生在具體編程序時(shí)選擇最佳的算法，從而使編出的程序盡可能占用最少的存儲(chǔ)空間和花費(fèi)最少的時(shí)間。教材的最后兩個(gè)章節(jié)——排序、查找講述的就是不同的算法。

在具體的教學(xué)過(guò)程中我們對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行模塊劃分:數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的研究?jī)?nèi)容及基本概念為一模塊，按照數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)的不同，將線性表、棧、隊(duì)列和數(shù)組作為一個(gè)模塊，樹及圖各自為一模塊，而專門講解算法的排序、查找合為一模塊，這樣使得課程內(nèi)容清晰，模塊內(nèi)容完整;其次，對(duì)于線性表、樹、圖各模塊，以從數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，可采用何種存儲(chǔ)方式，到不同存儲(chǔ)方式下一些基本運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)為主線索進(jìn)行教學(xué)，這樣有利于學(xué)生多方向思維，提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

三、整體掌握——知識(shí)系統(tǒng)化

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程授課一般是依教材的內(nèi)容和次序進(jìn)行組織，一模塊一模塊內(nèi)容、一堂課一堂課講解，因此，學(xué)生積累的是點(diǎn)，最多也就是面的知識(shí)。而《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程中有很多內(nèi)容是層層遞進(jìn),前后聯(lián)系的。例如鏈接存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，在第二章線性表中有單鏈表、雙鏈表和循環(huán)鏈表三種，而后面的章節(jié)如棧和隊(duì)列的鏈表表示、樹的鏈表表示、圖的鄰接表以及鏈接法解決散列表沖突都是鏈表這部分內(nèi)容的應(yīng)用。因此我們?cè)谑谡n時(shí)應(yīng)注意將這幾部分內(nèi)容聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行歸納提煉并使其系統(tǒng)化,使學(xué)生能較好地理解各個(gè)知識(shí)點(diǎn)間的聯(lián)系, 做到舉一反三，從而“削減”課程的復(fù)雜度。也就是要把學(xué)生掌握的面的知識(shí)變成立體的知識(shí)并形成系統(tǒng)，這樣所學(xué)知識(shí)才能活起來(lái)、才能有用。

因此，我們?cè)谡n程結(jié)束前，對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)和綜合，包括將每一章節(jié)模塊的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和算法聯(lián)系在一起、理解不同邏輯結(jié)構(gòu)到存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的映射，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)表示。邏輯結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和算法三部分內(nèi)容相互穿插、聯(lián)系最后形成系統(tǒng)，使學(xué)生數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程知識(shí)系統(tǒng)化。

四、小結(jié)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的邏輯復(fù)雜，同其它計(jì)算機(jī)專業(yè)課程的知識(shí)聯(lián)系較多。把握這門課必須注意章節(jié)之間的聯(lián)系，以及與其它專業(yè)課程之間的聯(lián)系，通過(guò)反復(fù)的抽象、分類，理出從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念到具體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)，這種關(guān)聯(lián)是邏輯結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)之間多對(duì)多的聯(lián)系。重視線性表及各種派生數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本運(yùn)算的算法設(shè)計(jì)思想及時(shí)間效率和空間效率的度量是學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。

[1] 徐孝凱.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)用教程(第二版)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社.2006.9

[2] 吳立鋒.提高《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)效果的探索[J]. 現(xiàn)代計(jì)算機(jī).2010.6:80-82[3] 曲爽,姚艷秋.《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)方法研究與實(shí)踐[J].吉林廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào). 2010,12:1-2

A Discussion on the Teaching of Thread and Module in "Algorithms and Data Structures"

Song Hui The School of Physics & Telecommunication Engineering, South China Normal University, Guangzhou, China, 510006

To the characteristics of data structure course,which are strong logic and Abstract, a teaching method of thread and module is been proposed in this article. Through this method, Systematization knowledge of data structure is understood for students and it can enhance teaching effects.

thread；modular teaching；data structure

G424

A

宋暉，女，1980年生，江西新余人，漢族，博士，講師。目前主要從事計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)等方向的教學(xué)和科研工作。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.174