信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)改革研究

邱祥慶 （福建江夏學(xué)院電子信息科學(xué)學(xué)院，福建 福州350108）

1 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)的現(xiàn)狀及普遍存在的問題

1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的預(yù)備知識掌握不牢 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程一般在大學(xué)二年級開設(shè)，要求學(xué)生先修一門程序設(shè)計語言，但由于學(xué)生在大學(xué)一年級的時候剛剛開始接觸程序設(shè)計語言，沒有建立起基本的程序設(shè)計思想，不能利用計算機(jī)解決問題，更談不上把所學(xué)的知識融會貫通。很多同學(xué)甚至對程序設(shè)計產(chǎn)生了恐懼心理，只要看到程序，不管程序的難易就先入為主地覺得自己不會，因此在學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時，往往只理解了某數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念，一旦碰到用具體程序來描述某數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或算法時就顯得力不從心。

2）教材理論性、抽象性太強(qiáng) 雖然目前市面上有很多優(yōu)秀的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教材，如清華大學(xué)嚴(yán)蔚敏教授組織編寫的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》等國家“十一五”規(guī)劃教材，然而這些教材的理論性都比較強(qiáng)，教材中嚴(yán)格采用算法設(shè)計的語言來描述算法。這對于國內(nèi)“一本”大學(xué)的計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生來說理解起來也許難度不大，但對于那些應(yīng)用型本科高校的非純計算機(jī)專業(yè)學(xué)生來說很難將課本的中的含有一定設(shè)計技巧的算法轉(zhuǎn)換為程序上機(jī)調(diào)試通過，在一定程度上挫傷了學(xué)生編寫程序的積極性，阻礙了學(xué)生實踐能力的提高。

3）教學(xué)方式和方法單一 目前大部分從事《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)的教師來自于計算機(jī)學(xué)科，這些教師具有豐富的計算機(jī)學(xué)科的專業(yè)知識，通過板書和講解可以達(dá)到讓學(xué)生掌握相關(guān)知識點的目的，但在教學(xué)過程中缺乏讓數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)同信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè) （簡稱信管專業(yè)）的有機(jī)地融合，使學(xué)生誤認(rèn)為學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)僅僅是為了掌握相關(guān)的計算機(jī)技術(shù)，而與本專業(yè)的知識結(jié)構(gòu)體系沒有直接聯(lián)系。同時，由于《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程在傳統(tǒng)教學(xué)中需要大量的板書演示，因此學(xué)生忙于作筆記，雙方嚴(yán)重缺乏互動，課堂氣氛沉悶，學(xué)生提不起學(xué)習(xí)的興趣，雖然現(xiàn)在也大多采用多媒體課件的方式進(jìn)行教學(xué)，但這又容易導(dǎo)致學(xué)生既要關(guān)注屏幕內(nèi)容又要忙著作筆記無暇思考問題，課后難以消化，“聽課”變成“看課”。這樣一來學(xué)生就很難把握該課程的知識脈絡(luò)，自然也不知道數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與本專業(yè)的聯(lián)系體現(xiàn)在哪些方面，對于學(xué)習(xí)這些知識在以后工作中有什么用處感覺很迷茫。

4）教學(xué)實踐環(huán)節(jié)設(shè)計不合理 傳統(tǒng)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》的實踐教學(xué)主要是讓學(xué)生在學(xué)習(xí)完每一章節(jié)后完成若干上機(jī)實驗作業(yè)，想由此達(dá)到提高學(xué)生實踐能力，深化理論教學(xué)的目的。然而，大部分實驗與現(xiàn)實聯(lián)系不夠緊密，僅僅是為了考查知識點而設(shè)計實驗，學(xué)生無法驗證所完成實驗的正確性和實用性，很多同學(xué)只知道將代碼敲進(jìn)去，然后調(diào)試通過出來結(jié)果就行了，并沒有思考這個實驗在現(xiàn)實中有什么實際應(yīng)用；而且這種實驗只有少數(shù)基礎(chǔ)較好的學(xué)生從中受益，大部分學(xué)生卻收效甚微，與實踐教學(xué)改革的既定目標(biāo)相差甚遠(yuǎn)。

2 信管專業(yè)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程存在的特有問題

除了以上4個普遍存在的問題外，信管專業(yè)在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的教學(xué)中還存在其特有的問題：課程培養(yǎng)目標(biāo)與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)脫節(jié)。信管專業(yè)并不是一門純計算機(jī)的專業(yè)，該專業(yè)學(xué)生相比計算機(jī)系學(xué)生在計算機(jī)語言及其他計算機(jī)基礎(chǔ)知識上掌握也存在差距，這使得信管專業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)更容易產(chǎn)生問題。信管專業(yè)主要側(cè)重于研究信息的構(gòu)成與分布特征，信息系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計的理論、原則和方法，解決信息的獲取、加工、檢索、控制和利用等一系列重要問題，為科學(xué)研究和管理決策提供高質(zhì)量的信息服務(wù)。這其中信息組織、信息存儲與檢索是本專業(yè)的核心知識模塊。然而目前的現(xiàn)狀是大部分學(xué)校在編寫信管專業(yè)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)大綱時只注重數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中計算機(jī)學(xué)科角度的知識點的設(shè)計而忽略了其在信管專業(yè)中的作用的體現(xiàn)。這就導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程后并不了解該課程的學(xué)習(xí)對于信管專業(yè)的專業(yè)培養(yǎng)有何幫助，甚至覺得學(xué)習(xí)這門課程沒有任何作用。

3 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的教改措施

1）課程目標(biāo)建設(shè) 對于《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》這門課程的建設(shè)目標(biāo)，研究型本科側(cè)重于數(shù)據(jù)對象的特性、算法分析等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論問題的研究，注重理論的系統(tǒng)性、完整性和探索新結(jié)構(gòu)新方法的創(chuàng)新性；而應(yīng)用型本科則側(cè)重數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)和在特定結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的算法實現(xiàn)，注重結(jié)構(gòu)的特性、算法的效率性和在實際問題中選擇結(jié)構(gòu)與算法的應(yīng)用性［1］。

此外，針對信管專業(yè)的特點，在制定課程目標(biāo)編寫教學(xué)大綱時，不僅需要從計算機(jī)學(xué)科的角度來把握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本原理和基本方法，更重要的是如何與專業(yè)知識和專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)相結(jié)合，要體現(xiàn)出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)本身與信息組織、信息存儲與檢索之間的聯(lián)系，即數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與信息組織的研究對象是一致的；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)研究內(nèi)容是為信息組織服務(wù)；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中的物理結(jié)構(gòu)就是研究信息的存儲方式；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中算法為信息檢索服務(wù)［2］。

2）教學(xué)資源建設(shè) 學(xué)生在學(xué)習(xí)一門課程的過程中除了老師的課堂傳授外，還需要大量其他的教學(xué)資源，如教材、參考書、教學(xué)網(wǎng)站等。因此為學(xué)生提供豐富的教學(xué)資源也是提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣以及強(qiáng)化知識吸收的一個重要手段。

目前市面上《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的教材琳瑯滿目，針對應(yīng)用型本科特點，應(yīng)當(dāng)選擇一套體系科學(xué)、適合二本、三本學(xué)校學(xué)生、教學(xué)內(nèi)容與應(yīng)用實例能有機(jī)融合的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教材。經(jīng)過多方對比，筆者選擇了王紅梅教授編著的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) （C＋＋）版》系列教材，該套教材具有如下特點［3］：① 定位準(zhǔn)確，合理規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容，能夠抓牢核心概念，提煉基礎(chǔ)性內(nèi)容，側(cè)重工程實踐，減少形式化描述；②知識拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)合理，主線清晰；③書中精心安排了人物小傳和思想火花，激發(fā)學(xué)生興趣；④分析難點，針對處理，全書有250多張插圖，降低了理解問題的復(fù)雜性；⑤立體化教材保證教學(xué)有效實施，該套教材既包括學(xué)生用書、學(xué)習(xí)輔導(dǎo)和實驗指導(dǎo)，還包括教師用書、教學(xué)課件、教學(xué)網(wǎng)站，這樣可以為師生提供一種綜合性和全方位的教學(xué)資源，最大限度地滿足教學(xué)需要。

除了采用上述立體化教材化外，將《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》中一些經(jīng)典的算法設(shè)計成Flash動畫的形式也是教學(xué)資源建設(shè)中很重要的一塊，學(xué)生通過互動式的動畫演示可以很直觀的理解一些算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特性。

3）教學(xué)方法及教學(xué)內(nèi)容的組織 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程知識豐富，內(nèi)容抽象，在教學(xué)中要避免對課程知識的割裂，要教給學(xué)生完整連貫的知識。因此應(yīng)當(dāng)綜合運用多種教學(xué)手段在教學(xué)中以“點線面體”的形式進(jìn)行立體組織授課。整個教學(xué)體系要開成若干主線，注重培養(yǎng)學(xué)生掌握各個知識點之間的聯(lián)系，形成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的理論教學(xué)面。該課程的理論教學(xué)應(yīng)該抓住3條主線：①明線，即教材中的章、節(jié)、目，這些是教材的骨架。②暗線，即教材的章、節(jié)、目之間的內(nèi)在聯(lián)系，是教材的經(jīng)絡(luò)，反映課程內(nèi)容的隱含關(guān)系。如在講授每一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時以抽象數(shù)據(jù)類型為主線，按照“定義→設(shè)計→實現(xiàn)”這3個層次展開討論；對于復(fù)雜的算法，從問題入手，采用“提出問題→分析問題→解決問題”的過程，采用“圖示理解問題及求解思想→代碼描述算法→C＋＋描述算法”的三級模式，建立抽象化思想并掌握相關(guān)技術(shù)。③虛線，即數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程涉及的相關(guān)學(xué)科知識，是教材的血脈，體現(xiàn)了課程內(nèi)容的深度和廣度，這一點也是很重要的。要講好該課程僅靠一本教材是不夠的，要參考多本教材，要了解該課程的知識在后續(xù)過程中的應(yīng)用，特別是在信管專業(yè)中的應(yīng)用。

圖1 基本概念的網(wǎng)狀理解

特別地，在對于基本概念的講解上可以采用網(wǎng)狀理解教學(xué)法（見圖1）。首先通過貼近生活的教學(xué)設(shè)計加深學(xué)生對概念的理解，同時對于復(fù)雜的概念進(jìn)行分解，提取關(guān)鍵詞，學(xué)會把問題拆開來思考，培養(yǎng)學(xué)生的開放性思維；再者通過適當(dāng)?shù)男蜗髨D示來直觀地展現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的一些算法原理。最后還要注意總結(jié)，形成模式，對于某些概念還要適當(dāng)進(jìn)行引申，強(qiáng)調(diào)用應(yīng)用的觀點理解基本概念。

此外，在教學(xué)中還應(yīng)當(dāng)采取“課前－課堂－課后”三管齊下的辦法進(jìn)行教學(xué)的組織，做到少講、精講。除了正常的課堂教學(xué)外，對課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)任務(wù)進(jìn)一步細(xì)化，讓學(xué)生有明確的預(yù)習(xí)任務(wù)，而不只是簡單的看書。對于一些較容易掌握的知識點提倡學(xué)生在課前自學(xué)完成，在課堂上重點介紹一些重要的比較難于理解的知識點，在課后布置一些應(yīng)用型的練習(xí)來提高學(xué)生靈活運用知識點的能力。

以《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》中的“線性表”為例，該章節(jié)的明線就是線性表的邏輯結(jié)構(gòu)→線性表的存儲結(jié)構(gòu)。對于線性表的邏輯結(jié)構(gòu)從線性表的定義出發(fā)，抓住要點深刻理解概念，為了便于理解，先將線性表拆成“線性”和“表”，讓學(xué)生分別理解什么是線性，什么是表，接著再引申出線性表的特性及邏輯特征，最后再通過總結(jié)給出線性表的抽象數(shù)據(jù)類型的定義。對于線性表的存儲結(jié)構(gòu)，則要把握2條支線：順序存儲結(jié)構(gòu)和鏈接存儲結(jié)構(gòu)。對于每種存儲結(jié)構(gòu)，從存儲思想出發(fā)，根據(jù)存儲示意圖理解存儲要點，然后再基于存儲結(jié)構(gòu)設(shè)計線性表的抽象數(shù)據(jù)類型。同時在教學(xué)設(shè)計中，課前先讓學(xué)生去找出現(xiàn)實中線性表有哪些應(yīng)用，在課堂上進(jìn)行適當(dāng)討論，在講授順序表的插入這一概念時以現(xiàn)實中排隊的插隊為例進(jìn)行類比，使得學(xué)生更容易理解順序表插入的操作特性。

4）教學(xué)實踐環(huán)節(jié)的設(shè)計 在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》實驗教學(xué)方面同樣形成主線，以編程實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)組織和算法為手段提高學(xué)生的動手能力，最后將理論和實驗兩者結(jié)合起來進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的課程設(shè)計實踐，進(jìn)一步提高學(xué)生解決實際問題的能力。同時為了避免實驗與實際應(yīng)用的脫節(jié)，要把課程必須掌握的技能點設(shè)定多層次的實驗要求，精心選擇與課程教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)的典型案例。將實驗分為驗證型、設(shè)計型、綜合型3種不同層次。驗證型實驗讓學(xué)生了解各數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本算法實現(xiàn)；設(shè)計型實驗讓學(xué)生針對具體問題應(yīng)用某一知識點設(shè)計相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，并上機(jī)實現(xiàn)，以培養(yǎng)學(xué)生對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的簡單應(yīng)用能力；綜合型實驗作為課后的拓展要求，主要是針對現(xiàn)實中的具體問題應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的若干個知識點解決，培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。

以“棧和隊列”章節(jié)為例，在進(jìn)行實踐教學(xué)設(shè)計時，先直接給出順序棧和鏈隊列的實驗代碼，讓學(xué)生進(jìn)行驗證實驗，了解棧的基本操作原理和實現(xiàn)方法，接著再以“火車車廂重排問題”為例讓學(xué)生進(jìn)行設(shè)計實驗，培養(yǎng)學(xué)生對隊列的簡單應(yīng)用，最后再設(shè)計一個“表達(dá)式求值”的綜合性實驗，讓學(xué)生能夠靈活運行棧的相關(guān)知識點解決實際問題。

［1］寧正元 .應(yīng)用型本科“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)改革的研究與實踐 ［J］.計算機(jī)教育，2009（17）：119－121.

［2］熊回香 .試論信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的教學(xué) ［J］.高等函授學(xué)報，2007（4）：11－12.

［3］王紅梅 .數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) （C＋＋版）［M］.第2版 .北京：清華大學(xué)出版，2011：130－131.