應(yīng)用型高校“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”教學(xué)改革探索

蔡敏?汪世義

摘要：“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”是計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門核心課程，但實(shí)際教學(xué)效果卻往往難以令人滿意。結(jié)合應(yīng)用型高校學(xué)生的實(shí)際情況，在教學(xué)過程中進(jìn)行了多方面探索和改革，對(duì)培養(yǎng)和保持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生的分析和解決問題的能力方面起到很好的效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；現(xiàn)場(chǎng)編程；聯(lián)動(dòng)教學(xué)改革；C語(yǔ)言

作者簡(jiǎn)介：蔡敏（1975-），男，安徽巢湖人，巢湖學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，講師；汪世義（1974-），男，安徽桐城人，巢湖學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，副教授。（安徽 合肥 238000）

基金項(xiàng)目：本文系巢湖學(xué)院教研項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：Jyxm201102）、安徽省省級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：20100970）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）07-0103-02

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程對(duì)于培養(yǎng)應(yīng)用型計(jì)算機(jī)專業(yè)人才至關(guān)重要。但因其理論抽象、邏輯性強(qiáng)、對(duì)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)要求比較高，學(xué)生普遍感覺這門課程難以理解，上機(jī)實(shí)踐也不知從何著手，對(duì)該課程缺乏應(yīng)有的興趣。王曉東教授指出：學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣受專業(yè)基礎(chǔ)課程成績(jī)和對(duì)課程學(xué)習(xí)重要性認(rèn)識(shí)的影響，增加實(shí)踐性教學(xué)和以案例為先導(dǎo)的理論課教學(xué)方式更有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。[1]本文以此為指導(dǎo)思想，開展了一系列教學(xué)改革探索。

一、與C編程語(yǔ)言聯(lián)動(dòng)改革

學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)離不開編程。所學(xué)的理論只有落實(shí)到程序?qū)崿F(xiàn)上，學(xué)生才會(huì)真正感到“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的用處。以前教師只試圖通過一些有趣或?qū)嵱玫睦觼?lái)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，如猴子選大王、24點(diǎn)游戲等問題，但這種興趣并不能成為學(xué)生嘗試編程實(shí)現(xiàn)的動(dòng)力，其根本原因不是學(xué)生偷懶，而是他們的編程基礎(chǔ)比較差。在這種情形下，要求學(xué)生運(yùn)用理論去解決實(shí)際問題是不切實(shí)際的。因此，如果只是單純對(duì)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”教學(xué)進(jìn)行改革，不解決學(xué)生編程基礎(chǔ)差的問題，改革必定難以取得成功。我校開設(shè)的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”以C語(yǔ)言為描述工具的，因此對(duì)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”與“C語(yǔ)言”兩門課程進(jìn)行了聯(lián)動(dòng)教學(xué)改革。

有的教師課堂駕馭能力較好，教學(xué)也非常負(fù)責(zé)，但在C語(yǔ)言教學(xué)過程中，有意或無(wú)意把公共C語(yǔ)言等級(jí)考試的大綱當(dāng)作計(jì)算機(jī)專業(yè)C語(yǔ)言教學(xué)大綱來(lái)開展教學(xué)。他們?cè)诮虒W(xué)中比較注重語(yǔ)法細(xì)節(jié)的教學(xué)，沒有將教學(xué)重點(diǎn)放在算法上。這種教學(xué)對(duì)提高非計(jì)算機(jī)上專業(yè)學(xué)生等級(jí)考試通過率效果非常顯著，但對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生卻效果不好。

C語(yǔ)言本身概念復(fù)雜、規(guī)則繁多、靈活而易錯(cuò)，在教學(xué)過程中要“淡化語(yǔ)法規(guī)則，注重算法，以練代記”。提高編程能力的唯一途徑就是不斷編程，只有在反復(fù)實(shí)踐中才能掌握并靈活使用諸多繁雜的規(guī)則。把語(yǔ)法知識(shí)分為三類，第一類是教師須重點(diǎn)講解的語(yǔ)法，比如for語(yǔ)句，應(yīng)重點(diǎn)講解其結(jié)構(gòu)以及嵌套方法，并輔以足夠的練習(xí)；第二類是非重點(diǎn)語(yǔ)法，這類語(yǔ)法不應(yīng)占用課堂時(shí)間，比如for語(yǔ)句的各種省略形式，如果實(shí)踐中遇到需使用這類語(yǔ)法的情況，可引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)；第三類是盡量不用的語(yǔ)法，主張?jiān)诰幊虝r(shí)使用簡(jiǎn)單明了的語(yǔ)句，比如在表達(dá)式里要求不用（i++）+（++i）+（i++）形式。

過度地強(qiáng)調(diào)語(yǔ)法一方面偏離了計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)目標(biāo)，另一方面占據(jù)了過多課時(shí)，使得后面的指針、結(jié)構(gòu)體等內(nèi)容得不到充分學(xué)習(xí)，而這些內(nèi)容恰恰是C語(yǔ)言的難點(diǎn)和精華，也是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的重要基礎(chǔ)。缺乏這些知識(shí)，將很難理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

二、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)改革

1.一題多解、一題多變、一題多用

教師在講解課本算法時(shí)要廣開思路，不能就題論題，應(yīng)適當(dāng)加以擴(kuò)展、發(fā)散，盡量做到一題多解、一題多變、一題多用。這既有利于學(xué)生更透徹地理解課本算法，又能開闊學(xué)生思維，激發(fā)學(xué)生積極思考。實(shí)踐表明，這種方法課堂氣氛熱烈，學(xué)生參與度高。

例如課本例題：有兩個(gè)順序表LA和LB，其元素均為非遞減有序排列，試編寫一個(gè)算法，將它們合并成一個(gè)順序表LC，要求LC也是非遞減有序排列。[2]

課本算法思路是：首先根據(jù)LA和LB中數(shù)據(jù)元素個(gè)數(shù)之和，為L(zhǎng)C分配空間；其次依次從表頭到表尾掃描LA和LB中元素，比較它們當(dāng)前元素的值，將值較小者插入LC中，直到其中一個(gè)順序表掃描完畢；最后將另一順序表中剩余元素逐個(gè)插入LC中。

對(duì)此例題準(zhǔn)備了兩個(gè)發(fā)散點(diǎn)。發(fā)散點(diǎn)一：如果希望LC合并后的結(jié)果是非遞增有序排列，經(jīng)討論得到可得到兩種辦法，一種是掃描方向不變，而把插入方向反過來(lái)，即從表尾往表頭方向插入；另一種是插入方向不變，把掃描方向反過來(lái)，但每次將值較大者插入到LC。如果把掃描和插入方向都反過來(lái)，每次比較時(shí)將值較大者插入LC，就可以得到原題另一解法。發(fā)散點(diǎn)二：課本算法使用了3個(gè)循環(huán)，其中后兩個(gè)循環(huán)只會(huì)執(zhí)行其中一個(gè)，那么可不可以只要一個(gè)循環(huán)就能達(dá)到目的呢？[3]首先帶學(xué)生分析為什么課本算法要三個(gè)循環(huán)。這是因?yàn)榈谝粋€(gè)循環(huán)后必有一個(gè)順序表中會(huì)有剩余元素。要想在一個(gè)循環(huán)就能實(shí)現(xiàn)，必須在這個(gè)循環(huán)內(nèi)讓所有元素都能插入到LC中。方法是在兩個(gè)順序表尾各加一個(gè)無(wú)窮大。注意控制循環(huán)條件，不要把無(wú)窮大也插入到LC中了。

可以發(fā)散的例子很多，比如再講二分查找時(shí)，可以發(fā)散到三分查找，也會(huì)引發(fā)有趣的討論。再比如折半查找還可以用來(lái)迅速找到第k小的元素，等等。

2. 適當(dāng)采用現(xiàn)場(chǎng)編程示范

很多學(xué)生反映上課算法思路能聽懂，許多問題他們心里知道如何去解決問題，但就是不知道如何用編程語(yǔ)言或算法表達(dá)出來(lái)。教師可利用多媒體教室，在課堂上可適當(dāng)采用現(xiàn)場(chǎng)編程方式。[4]這種方法可以讓學(xué)生見習(xí)教師把自己的思路轉(zhuǎn)變成代碼的全過程。程序從無(wú)到有，到最終運(yùn)行通過，對(duì)學(xué)生編寫和調(diào)試程序起到很好的示范作用。C語(yǔ)言教學(xué)中涉及的程序通常較短，最好能讓學(xué)生主寫，而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)程序通常比較長(zhǎng)，也更復(fù)雜一些，可由教師來(lái)主寫，邊寫邊講解。教師也可故意制造一些問題，由學(xué)生積極獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策加以解決?，F(xiàn)場(chǎng)編序雖然比較耗費(fèi)課時(shí)，但適當(dāng)示范還是必要的。

例如猴子選大王問題，教師先帶著學(xué)生先把算法總體思想寫出來(lái)，這個(gè)算法不依賴于具體的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。接下來(lái)分別用順序結(jié)構(gòu)和鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)加以實(shí)現(xiàn)。這對(duì)學(xué)生深刻理解緒論中“算法的設(shè)計(jì)只取決于邏輯結(jié)構(gòu)，而算法的實(shí)現(xiàn)則依賴于具體的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)”這句話很有幫助。也能讓學(xué)生體會(huì)到用類C語(yǔ)言表示的算法與用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的程序的區(qū)別。同時(shí)，學(xué)生也能認(rèn)識(shí)到，算法并非只是抽象的理論，而是可以運(yùn)用到實(shí)踐中的。

經(jīng)過這次課的講解，直接把課本算法照抄到電腦上運(yùn)行的學(xué)生大大減少，不少學(xué)生課后按自己的思路，寫出了程序，極大地增強(qiáng)了學(xué)生編程的自信心。

3.培養(yǎng)學(xué)生編程意志和自信心

意志與興趣并不矛盾，有興趣固然是好，但沒有產(chǎn)生興趣之前，意志就顯得特別重要了。當(dāng)學(xué)生能解決很多問題時(shí)，往往就有興趣了，至少不覺得痛苦。學(xué)習(xí)編程也一樣不可能一帆風(fēng)順，雖然教師布置任務(wù)時(shí)總希望由易到難，循序漸進(jìn)，但實(shí)踐中總會(huì)遇到一些相對(duì)復(fù)雜的問題，需要花費(fèi)較多時(shí)間和精力。如果學(xué)生沒有堅(jiān)強(qiáng)的編程意志，知難而退，最終也難以成為高質(zhì)量的應(yīng)用型人才。比如24點(diǎn)游戲，因?yàn)閾?dān)心學(xué)生意志力不夠會(huì)中途放棄，所以采用逐次增加任務(wù)的方法。首先讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)課本表達(dá)式求值算法，然后要求他們修改程序和結(jié)構(gòu)，隨機(jī)產(chǎn)生1至13的整數(shù)，當(dāng)輸入一個(gè)表達(dá)式后，能判斷是否正確，最后再要求如果用戶輸入“？”應(yīng)能給出一種解，或提示無(wú)解。等全部實(shí)現(xiàn)完之后，學(xué)生發(fā)現(xiàn)已經(jīng)寫了幾百行程序，特別有成就感。學(xué)生在完成該課程設(shè)計(jì)題的過程中，經(jīng)歷了反復(fù)認(rèn)真的思考，耐心的調(diào)試，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生編程意志和編程自信心起到很好的效果。

三、其他輔助措施

1.及時(shí)給學(xué)生提供幫助

由于每次上機(jī)實(shí)驗(yàn)的學(xué)生數(shù)較多，有些學(xué)生的問題不能得到及時(shí)解決，如果學(xué)生問題積壓多了，也會(huì)逐漸失去興趣。教師可通過電子郵件、QQ等方式給他們提供及時(shí)幫助，還可以開展編程興趣小組，讓編程能力強(qiáng)的同學(xué)幫助編程基礎(chǔ)差的同學(xué)，也為他們相互交流編程心得提供了方便。

2.嚴(yán)格考核方式

在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，一些學(xué)生不愿獨(dú)立思考，把同學(xué)做好的作業(yè)直接拷貝過來(lái)。因?yàn)閷W(xué)生數(shù)較多，難以逐個(gè)甄別，為此教師采取了隨機(jī)抽查答辯的方式。每次抽取一半學(xué)生當(dāng)面給教師解釋所提交的程序的部分代碼，如果不能正確解答，則本次作業(yè)被視為不合格。這種方式至少能鞭策學(xué)生設(shè)法弄懂拷貝來(lái)的程序，這也是一種收獲，而大部分學(xué)生都能獨(dú)立地或經(jīng)過與同學(xué)討論完成作業(yè)。

四、結(jié)束語(yǔ)

興趣是學(xué)習(xí)的內(nèi)在動(dòng)力。只有讓學(xué)生對(duì)編程產(chǎn)生興趣，學(xué)生才有可能主動(dòng)把理論應(yīng)用于實(shí)踐，主動(dòng)去提高自己解決問題的能力，以后的教學(xué)才能事半功倍，應(yīng)用型計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)才能最終得以實(shí)現(xiàn)。好的編程基礎(chǔ)是學(xué)習(xí)興趣的前提條件，如何使學(xué)生產(chǎn)生和保持編程興趣，值得進(jìn)一步深入研究。

參考文獻(xiàn)：

[1].王曉東，吳英杰，等.算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)興趣影響因素分析[J].計(jì)算機(jī)教育，2010，（12）：73-76.

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[3]T.Cormen，C.Leiserson，R.Rivest，等.算法導(dǎo)論[M].潘金貴，等，譯.

北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[4] 董洪偉.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)改革初探[J].無(wú)錫教育學(xué)院學(xué)報(bào)，

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（責(zé)任編輯：宋秀麗）