《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)改革與實踐

于 麗

(新疆警察學(xué)院 信息安全工程系，新疆 烏魯木齊830011)

0 引言

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程是計算機程序設(shè)計的重要基礎(chǔ)課程，它不僅是計算機專業(yè)的核心課程，而且已成為許多高校信息類相關(guān)專業(yè)的重要課程，是設(shè)計和實現(xiàn)編譯程序、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及其它系統(tǒng)程序和大型應(yīng)用程序的重要基礎(chǔ)，研究數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的目的是為了編寫更高效的程序。同時它也是計算機專業(yè)研究生考試、大專學(xué)生專升本的首選考試課程[1-2]。學(xué)生雖然認識到該課程的重要性，但學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程時，在課程中涉及到大量的概念、數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)以及各種各樣的算法，這些對于剛學(xué)過一門編程語言的新生來說，是非常抽象的。在教學(xué)過程中學(xué)生普遍反映學(xué)習(xí)起來非常困難，教師也反映教學(xué)效果不盡如人意。因此，如何學(xué)好、怎樣教好《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》成為學(xué)生和教師普遍關(guān)注的一個問題。

1 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)中存在的問題

1.1 學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不足

在教學(xué)中，學(xué)生剛接觸到《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程時，總認為《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》是一門理論課，感到枯燥、乏味，學(xué)習(xí)興趣不濃，甚至有學(xué)生認為不學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)照樣能編出程序。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是門理論性與實踐性并重的課程，注重培養(yǎng)學(xué)生利用理論知識解決具體問題的能力的培養(yǎng)。如果僅僅滿足于講解清楚，而不注意教學(xué)的生動性，學(xué)生的學(xué)習(xí)行為只能是種被動行為，為了考試而學(xué)習(xí)。最后導(dǎo)致學(xué)生死記硬背課堂講解的知識點，把一門實踐性很強的課程變成了一門內(nèi)容枯燥、乏味，需要大量記憶知識點，與實踐完全脫鉤的課程。

1.2 對前導(dǎo)課程掌握不夠扎實，程序設(shè)計能力不足

學(xué)生在學(xué)習(xí)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程時，由于其前導(dǎo)課程掌握不好或沒能熟練掌握（高級程序設(shè)計語言或面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計），導(dǎo)致學(xué)習(xí)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程時感覺很困難。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的算法多數(shù)由類C/C++ 實現(xiàn)，在學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之前，已經(jīng)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過C 語言的相關(guān)知識，但由于學(xué)生剛剛開始接觸程序設(shè)計語言，對其中的很多知識的掌握只停留在紙面上，沒有能夠融會貫通，導(dǎo)致用計算機解決問題不可能得心應(yīng)手。同時對C 語言描述的高度抽象的算法理解困難，算法思路有，但編制程序又無從下手，特別是C 語言中的指針和結(jié)構(gòu)體部分，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用得較多，在設(shè)計算法以及上機調(diào)試時有困難，學(xué)生對程序語言的掌握程度直接影響算法設(shè)計的質(zhì)量。

1.3 教學(xué)模式陳舊，教學(xué)手段單一

在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的教學(xué)過程中，長期以來，我們遵循以教師為主體，學(xué)生被動學(xué)習(xí)的傳統(tǒng)教學(xué)模式，僅局限教師 “滿堂灌”、“填鴨式”。對于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這樣一門概念、算法繁多，需要較強邏輯思維能力的課程仍采取傳統(tǒng)教學(xué)模式，就很難取得良好的教學(xué)效果和達到預(yù)期的教學(xué)目的[3]。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中有些算法的演示利用傳統(tǒng)的粉筆加黑板的教學(xué)方式，缺乏直觀性效果，難以充分展示算法的動態(tài)變化過程，學(xué)生難以想象數(shù)據(jù)之間的復(fù)雜關(guān)系。近年來，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教學(xué)已經(jīng)大量采用多媒體教學(xué)，但是采用簡單的PPT，仍然不能很好的解決這樣的問題，且存在多媒體授課信息量大，學(xué)生聽課時強度大，理解困難，嚴重影響了教學(xué)效果。

1.4 理論教學(xué)與實際應(yīng)用脫節(jié)

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程本是一門實用性很強的課程，但內(nèi)容抽象、瑣碎、龐雜，涉及很多概念和技術(shù)。所有這此內(nèi)容均自成體系，相互之間的銜接線索很少，總體感覺內(nèi)容零散，沒有個整體的知識框架體系。這些內(nèi)容在實際應(yīng)用中又都很重要，而現(xiàn)行的教學(xué)計劃實踐課時普遍不足，實驗課安排的實驗項目很難含蓋課程的所有知識點。同時實驗內(nèi)容的設(shè)置上，往往都是大量的驗證性實驗內(nèi)容，缺乏對實際問題的解決，學(xué)生在實驗之后仍然不知道學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在解決實際問題的。因而在具體應(yīng)用上并沒有教會學(xué)生解決問題的思路、算法思想和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的使用，在實驗中只能停留在完成課本內(nèi)容，而對實際問題則是無從下手，這些都是教學(xué)脫離實際的最現(xiàn)實寫照。

1.5 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程中的結(jié)構(gòu)比較抽象

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程本身是一門抽象程度較高的課程，對于缺乏實際應(yīng)用經(jīng)驗的學(xué)生來說，理解起來具有一定的難度。我們通常所說的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，指的是數(shù)據(jù)間的邏輯結(jié)構(gòu)，如線性表、二叉樹和圖結(jié)構(gòu)[4]。盡管很多教材為了使理論更加直觀和易于理解，在編寫時配了很多圖示，但在實現(xiàn)這些結(jié)構(gòu)的操作時，學(xué)生還是感到不知如何下手。不少同學(xué)反映學(xué)完該課程之后不知道能用在什么地方、 能夠解決什么問題，即使教材上所講內(nèi)容都完全掌握，仍然無法應(yīng)用到實際問題當(dāng)中，除了課堂上講的例子外，找不出該知識點的其他應(yīng)用，同時遇到實際問題時，也想不出該問題的抽象數(shù)據(jù)類型。

2 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)改革措施

2.1 注重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

俗話說，“興趣是最好的老師”，如果要學(xué)生學(xué)得好，首先就要讓學(xué)生對該門課程產(chǎn)生興趣。教好《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》這門課，一定要從培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣開始，因此在進行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課的第一次授課中，并不急于介紹理論，而是強調(diào)應(yīng)用，通過介紹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在實踐中的應(yīng)用來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如多岔路口交通燈管理問題；1997 年轟動一時的國際象棋“人機”大戰(zhàn)，由國際象棋大師與IBM 公司的計算機進行國際象棋比賽，為什么最終計算機能夠取得勝利問題；圖書館的書目檢索系統(tǒng)，如何組織圖書的登錄號、書名、分類號等數(shù)據(jù)才能快速實現(xiàn)查找、插入、刪除操作；旅游路線設(shè)計問題，如想去上海、南京、杭州、蘇州等地旅游，怎么樣安排線路以求花費最少等等。以上應(yīng)用都是貼近生活，學(xué)生比較熟悉，通過實際問題的分析，明確數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的重要性與實用性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)興趣。此外，如果教師在講授該門課程過程中，同時，能夠引入一些生活中的實例，引導(dǎo)學(xué)生巧妙處理生活中的日常問題，讓學(xué)生感受到《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》這門課程與現(xiàn)實生活中的關(guān)系，就更加能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.2 教學(xué)中補充前導(dǎo)課程的教學(xué)內(nèi)容，加強編程訓(xùn)練

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程是在學(xué)生有一定的程序設(shè)計基礎(chǔ)的前提開設(shè)的，C 語言程序設(shè)計是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的前導(dǎo)課程之一，學(xué)生對它的熟悉掌握程度，直接關(guān)系到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)效果。C 語言本身的靈活性，對于剛剛學(xué)完C 語言程序設(shè)計的學(xué)生而言，運用不一定很自如。另外，C 語言難點就是指針、函數(shù)、數(shù)組作為函數(shù)參數(shù)以及結(jié)構(gòu)體類型等，而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)過程中主要運用這些知識點來分析、解決問題的。對于大部分學(xué)生來說，C 語言運用能力不是很強，如果上課時直接切入主題，他們就會有“云山霧罩”的感覺。如何來解決這個問題呢？我們可以利用一、兩次課的時間（2-4 學(xué)時）來復(fù)習(xí)C 語言的相關(guān)知識，即數(shù)組、指針、函數(shù)和結(jié)構(gòu)體等?？梢詫⑦@些學(xué)時納入到教學(xué)進度表中，教師在復(fù)習(xí)并不是面面俱到，而是將與本課相關(guān)的內(nèi)容做以歸納總結(jié)，這樣既可以復(fù)習(xí)以前的知識，加深印象，強化理解，又可以為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)做鋪墊。

基于C 語言的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，一個算法對應(yīng)一個函數(shù)，這樣做的目的是為了擺脫源程序的繁瑣，以便將精力集中在算法思想上。所以在大部分教材中，幾乎看不到一個完整的程序，也正是這個原因，給初學(xué)者帶來了很大的不便。對剛進入本課程學(xué)習(xí)的前幾個算法給出完整的程序，并加以詳細講解，使學(xué)生理解算法和源程序之間的關(guān)系。

當(dāng)然，進行一定的編程訓(xùn)練也是必不可少的?？梢酝ㄟ^課堂練習(xí)、實驗和大作業(yè)訓(xùn)練，可以讓學(xué)生對C 語言各方面知識作一個整體掌握，對比較重要的內(nèi)容更要加強練習(xí)。同時，還可以將所學(xué)的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的知識具體化，與實際問題相結(jié)合，提高綜合解決實際問題的能力。

2.3 搭建整體知識框架

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”內(nèi)容繁復(fù)，高度抽象，廣泛涉及軟、硬件的各種知識，應(yīng)給學(xué)生理出清晰的幾條主線，在他們頭腦中搭建課程的整體框架。在教學(xué)過程中，首先，要分析教材各個章節(jié)的關(guān)系，從課程要求的大局出發(fā)，由淺入深把握主線，采用縱橫對比的方法，詳細介紹《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程體系。《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》是研究非數(shù)值計算的程序設(shè)計問題中所出現(xiàn)的計算機操作對象（數(shù)據(jù)）、數(shù)據(jù)之間的關(guān)系（數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)）、對數(shù)據(jù)的操作（各種不同算法）、算法復(fù)雜性分析等內(nèi)容的一門學(xué)科。每一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，都要搞清其邏輯結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)、常用操作、算法性能分析、實際應(yīng)用五個方面。其次，要吃透教材、突出重點[5]。對于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程，其基礎(chǔ)的且為重點的內(nèi)容應(yīng)該是“表、樹、圖”三大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和“查找、排序”兩大類算法。還有很重要的是講好課程介紹即第一堂課，使得學(xué)生能夠理解該課程在整個計算機專業(yè)體系中所處的位置和該課程的重要性，為學(xué)好課程打好基礎(chǔ)。

2.4 采用多種教學(xué)手段

在教學(xué)過程中要始終貫徹以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式。教學(xué)方式要力求多樣化，對不同章節(jié)的不同內(nèi)容可采用不同教學(xué)方法。

采用問題驅(qū)動教學(xué)法。問題驅(qū)動是指學(xué)生在教師創(chuàng)設(shè)的情景下，應(yīng)用已學(xué)知識提出相關(guān)問題，繼而解決問題的過程。在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的教學(xué)過程中，教學(xué)除了講解基本的理論知識外，還要注意引導(dǎo)學(xué)生去分析問題、抓住本質(zhì)、組織數(shù)據(jù)、設(shè)計算法、解決問題，并且要求學(xué)生能舉一反三，觸類旁通，從而培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

實例教學(xué)法?！稊?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程理論性和邏輯性較強，學(xué)生理解起來有一定難度，在講授的時候，結(jié)合生活中常見的實例進行講解并與學(xué)生互動，會有利于學(xué)生的理解。在教授過程中可以提出一些模擬現(xiàn)實的課題，分組來組織學(xué)生對課題展開討論，在討論的過程中發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，老師參與學(xué)生的討論，并針對問題講述解決問題所需要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的知識。這樣既增強了師生之間的交流，也讓學(xué)生由被動的“聽課”變主動地學(xué)習(xí)課程，可充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性；同時，學(xué)生的分析問題、解決問題的能力也可得到很大提高。

為了讓學(xué)生在有限的時間內(nèi)更好的掌握知識，可以采用融合了多媒體技術(shù)的計算機輔助教學(xué)（CAI）。還可以采用現(xiàn)有的DSDEMO 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課件演示系統(tǒng)，進行演示，這樣可以使教學(xué)內(nèi)容變得更直觀、形象、生動和有趣，從而取得良好的教學(xué)效果。

同時利用計算機網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建教學(xué)支持平臺。充分發(fā)揮校園網(wǎng)的作用，利用計算機網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)，將《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的教學(xué)大綱、電子教案、電子課件、程序案例以及相應(yīng)的教學(xué)資料，進行匯集整理，逐步積累，最終集成一個資料豐富的網(wǎng)站，放在校園網(wǎng)上師生共享，形成一種全新的教學(xué)模式，因材施教，以便充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主觀能動性。另外也可以設(shè)立輔導(dǎo)答疑時間，利用網(wǎng)絡(luò)進行答疑，解決同學(xué)們在課余時間遇到的問題。

2.5 加強實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生實踐能力

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程有很強的實踐性，應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生利用理論知識解決具體問題的能力培養(yǎng)。為使學(xué)生真正學(xué)好“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”，除了在課堂上要采用行之有效的教學(xué)方法外，還要讓學(xué)生勤動手，多實踐。上機實踐是對學(xué)生綜合素質(zhì)進行訓(xùn)練的一種最基本方法，是與課堂聽課、課余自學(xué)和練習(xí)相輔相成的、必不可少的一個教學(xué)環(huán)節(jié)。在實踐中遇到的問題往往比平時的習(xí)題要復(fù)雜得多，也更接近于實際。在安排實訓(xùn)項目時，從簡單程序起步，逐步加大難度，使學(xué)生的編程能力得到鍛煉。在授課過程中重點從以下幾個方面進行了探索實踐：第一，合理設(shè)置實訓(xùn)內(nèi)容，力爭與理論課的重點、難點及實用知識聯(lián)系起來，選擇有具體應(yīng)用背景的實訓(xùn)題目，充分發(fā)揮學(xué)生的主動性；第二，注重實踐過程，注重學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)；第三，為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和團隊協(xié)作精神，促進學(xué)生之間的交流和協(xié)作，使不同水平的學(xué)生都能在大型實驗項目中擔(dān)負起相應(yīng)的工作，特別設(shè)計了一套針對綜合型實驗和探索創(chuàng)新型實驗考核方法。

根據(jù)不同的實驗項目采取不同的考核方式，基礎(chǔ)型和設(shè)計型實驗項目安排在平時每周的上機實驗課進行，根據(jù)學(xué)生提交的實驗報告進行考核。綜合型和創(chuàng)新型實驗項目較大，需要學(xué)生分工合作，共同完成，一般對學(xué)生進行分組，每組完成一個實驗項目，在課程設(shè)計環(huán)節(jié)完成，一般有兩周時間，教師根據(jù)每個學(xué)生在組內(nèi)的表現(xiàn)給出一個考核成績，項目完成后，再根據(jù)各組提交的項目報告和項目的質(zhì)量給出合理考核成績。這樣既激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，又提高了學(xué)生的團隊合作精神。

3 結(jié)束語

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計算機專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的核心課程，是計算機程序設(shè)計的重要理論基礎(chǔ)。對該課程的教學(xué)改革是一項長期而艱巨的任務(wù)，既要重視基礎(chǔ)理論知識的學(xué)習(xí)，又要重視實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。針對在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)過程中所發(fā)現(xiàn)的問題進行討論和改革，實踐證明該措施取得了良好的教學(xué)效果，對進一步的改革提出了一些建議，希望能夠更好地提高教學(xué)效果。

［1］嚴蔚敏，吳偉民.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(C 語言版)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.

［2］彭波.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

［3］孫岐峰.“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)反思與改革[J].計算機教育，2009(11)：66-68.

［4］張敬芝.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革研究[J].長春師范學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2005，2：147-148.

［5］杜作陽.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)改革的研究[J].高教論壇，2007(6)：46-48.