數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐教學(xué)的改革與實踐

莊鎖法,馬　潤

（安徽科技學(xué)院,安徽 滁州 233100）

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐教學(xué)的改革與實踐

莊鎖法,馬潤

（安徽科技學(xué)院,安徽 滁州 233100）

摘要：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程是一門實踐性很強的專業(yè)基礎(chǔ)課程。文章分析了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)過程中存在的問題和困難，提出了保證基礎(chǔ)實驗，強化設(shè)計實驗，推動綜合實驗多層次的實踐教學(xué)內(nèi)容的改革，同時對實踐教學(xué)方法進行探索，通過實踐取得良好效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；實驗教學(xué)；啟發(fā)式；教學(xué)方法

0　引言

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程是計算機科學(xué)與技術(shù)的一門核心專業(yè)基礎(chǔ)課程，與計算機各門主干課都有密切聯(lián)系，具有獨特的承上啟下的重要位置[1]。同時數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)又是一門實踐性極強的技術(shù)基本課，其內(nèi)容隨計算機科學(xué)與技術(shù)的飛速發(fā)展而不斷更新。本課程系統(tǒng)地介紹各種典型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括它們的概念、性質(zhì)、實現(xiàn)方法和應(yīng)用。通過講授、練習和上機實踐，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)求解的要求，選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用抽象數(shù)據(jù)類型的思想方法，組織數(shù)據(jù)和算法的能力，進一步提高程序設(shè)計水平，培養(yǎng)良好的程序設(shè)計方法，為將來學(xué)習和后繼課程打好基礎(chǔ)，因此更新數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實驗教學(xué)教學(xué)內(nèi)容，改進實驗教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量對培養(yǎng)高素質(zhì)軟件人才起著決定性的作用。

1　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐教學(xué)中困難

在長期數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)過程中。我們發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐教學(xué)中存在以些問題和困難，主要表現(xiàn)在如下幾個方面。

1.1課程較為抽象，學(xué)生理解困難

在教學(xué)過程中，學(xué)生普遍反映學(xué)習難度較大，理論性太強。的確，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一門理論性強、思維抽象、難度較大的課程，是基礎(chǔ)課和專業(yè)課之間的橋梁。該課程的先行課程是計算機基礎(chǔ)、程序設(shè)計語言、離散數(shù)學(xué)等，后續(xù)課程有操作系統(tǒng)、編譯原理、數(shù)據(jù)庫原理、軟件工程等。因此即使理論課老師采用各種可行的方法，例如項目驅(qū)動和案列教學(xué)法等方法，但效果并不理想，實驗課學(xué)生仍然找不到解決的辦法，造成老師講得累，學(xué)生聽不懂，上機很難進行的局面。筆者在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，感到學(xué)生在上機實驗方面，普遍存在很大的困惑與難點。

1.2學(xué)生對程序設(shè)計語言掌握不夠

程序設(shè)計語言是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的先修課程，我們學(xué)校在大學(xué)一年級開設(shè)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程在第三學(xué)期開設(shè)，近幾年，在第一學(xué)期開設(shè)程序設(shè)計課程，學(xué)生剛進大學(xué)，由于學(xué)習目的性不強，學(xué)習方法不正確，對程序設(shè)計的興趣不濃，學(xué)生難以適應(yīng)，程序設(shè)計語言課程掌握不夠，從實踐教學(xué)的角度要求學(xué)生必須掌握函數(shù)、結(jié)構(gòu)體、指針、遞歸程序設(shè)計方法、動態(tài)內(nèi)存分配方法等語言要素。而這些方面正好是學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)，直接影響到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的實踐教學(xué)正常進行。

1.3實驗內(nèi)容設(shè)計不合理

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實驗內(nèi)容選擇都是教材中的一些算法或是課后的練習，或者是課后的實驗。一方面?zhèn)鹘y(tǒng)實踐教學(xué)中，實驗題目僅針對某一個問題，體現(xiàn)不出綜合性，也沒有和具體的應(yīng)用相結(jié)合，體現(xiàn)不出應(yīng)用性[2]。另一方面，教材中的算法是無法直接在機器中執(zhí)行的，必須要把算法思想轉(zhuǎn)化成完整的程序才行，在實驗時要想象應(yīng)用環(huán)境，分析邏輯結(jié)構(gòu)，選擇存儲結(jié)構(gòu)，算法的調(diào)用需要做哪些準備等等，所以，沒有很好的引導(dǎo)和很強的編程能力也是無法自行完成的。

2　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐教學(xué)內(nèi)容的改革

長期以來，課程組重視實踐教學(xué)，致力于理論基礎(chǔ)和實踐教學(xué)的完美結(jié)合，形成了保證基礎(chǔ)實驗，強化設(shè)計實驗，推動綜合實驗多層次的實踐教學(xué)體系[3]。

2.1基礎(chǔ)實驗屬于基本算法題目

針對課堂上講解的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本算法給出程序的大體框架和相關(guān)算法，主要是用來驗證算法的基本思想。首先按照實驗大綱要求每章編制以驗證為主的基礎(chǔ)性實驗指導(dǎo)書，每個實驗分三個部分，第一部分，預(yù)備知識介紹本次實驗的指導(dǎo)思想和實驗一般方法，內(nèi)容組織結(jié)構(gòu)概述，需要的基礎(chǔ)和準備工作及環(huán)境安裝，注意事項；第二部分，實驗小題，把本次實驗的實驗算法用實驗小題的形式給出，主要要求學(xué)生在理解算法的基礎(chǔ)上，如何調(diào)用這些算法；第三部分，采用分步驟填空的方式如何實現(xiàn)每一個小題，實際上就是分步驟填寫采用的存在結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)如何存入計算機，如何調(diào)用算法，需要的數(shù)據(jù)如何提供，調(diào)用后如何得到運行結(jié)果。

2.2設(shè)計實驗屬于應(yīng)用性題目

設(shè)計實驗是在基礎(chǔ)實驗的基礎(chǔ)上，利用已經(jīng)學(xué)過的基本算法，讓學(xué)生自己動手來完成一些具體的應(yīng)用問題。通過設(shè)計實驗一方面降低了學(xué)習數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的難度，增強了學(xué)生學(xué)習數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的興趣，了解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍，同時也鍛煉了學(xué)生的編程能力。課程組根據(jù)大綱和教材設(shè)計了如一元多項式加法計算、表達式分析與計算、迷宮、停車場管理問題、醫(yī)院病人就診、約瑟夫環(huán)問題、高速公路建設(shè)問題、教學(xué)計劃編排等問題。對每一個問題，給出具體指導(dǎo)和要求，比如，以一元多項式加法為例，具體指導(dǎo)內(nèi)容包括：首先給出兩個多項式相加的實際例子，其次采用何種類型的存儲結(jié)構(gòu)來存儲多項式的系數(shù)，多項式相加中合并同類項如何實現(xiàn)，如何建立多項式，如何輸出多項式等等引導(dǎo)學(xué)生去思考，要求學(xué)生利用課后時間，對每一個指導(dǎo)步驟得到準確回答，題目可以集體討論解決，也可以一個學(xué)生獨立完成。這類實驗題目，學(xué)生積極性高，興趣濃，由于可以討論，也增強了學(xué)習主動性和合作精神。

2.3綜合實驗屬于課程設(shè)計實驗

綜合實驗是給出面向?qū)嶋H應(yīng)用的稍大一些的實踐題目，課程組根據(jù)大綱要求，編寫了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計實驗指導(dǎo)，設(shè)置了學(xué)生信息管理系統(tǒng)、圖書管理系統(tǒng)、集合運算、車票管理系統(tǒng)等綜合實驗題目。每一題目給出了題目描述、程序應(yīng)該完成功能和題目要求。以學(xué)分管理程序為例，題目描述：請設(shè)計一個學(xué)生的學(xué)分管理程序，假設(shè)每位學(xué)生必須完成基礎(chǔ)課50學(xué)分、專業(yè)課50學(xué)分、選修課24學(xué)分、人文類課程8學(xué)分、實驗性課程20學(xué)分才能夠畢業(yè)，因此在管理學(xué)分時，要考慮每個學(xué)分所屬于的課程類別。程序應(yīng)完成功能：（1）通過鍵盤輸入某位學(xué)生的學(xué)分；（2）給定學(xué)號，顯示某位學(xué)生的學(xué)分完成情況；（3）給定某個班級的班號，顯示該班所有學(xué)生學(xué)分完成情況；（4）給定某位學(xué)生的學(xué)號，修改該學(xué)生的學(xué)分信息；（5）按照某類課程的學(xué)分高低進行排序；（6）提供一些統(tǒng)計各類信息的功能。題目要求：1）存儲結(jié)構(gòu)采用順序表或鏈表；2）用本學(xué)期所學(xué)算法實現(xiàn)各模塊；3）主函數(shù)設(shè)計一個菜單，通過菜單進入各模塊測試。

3　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐教學(xué)方法的改革

在教學(xué)過程中僅僅有合適的教學(xué)內(nèi)容，如果沒有配套的實踐教學(xué)方法，那么實驗教學(xué)內(nèi)容就不能很好落實，實驗教學(xué)質(zhì)量也很難保證，因此，針對實踐教學(xué)中存在的問題，對實驗內(nèi)容進行設(shè)計的基礎(chǔ)上，對實驗教學(xué)方法要進行不斷的探索和改進，我們課程組通過認真實踐，摸索出一套數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐教學(xué)方法。

3.1加強編程能力的培養(yǎng)

針對學(xué)生程序設(shè)計基礎(chǔ)差，實踐動手能力差的特點，有針對性進行學(xué)習和訓(xùn)練。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中頻繁使用C 語言的函數(shù)參數(shù)傳遞、指針和結(jié)構(gòu)體等，對于理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)起到舉足輕重的作用，因此，教師必須根據(jù)學(xué)生對 C 語言掌握的情況，有目的地講授一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所涉及的 C 語言知識，強化學(xué)生 C 語言的運用能力，從而更好地完成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實驗教學(xué)，達到事半功倍的效果，我校在開設(shè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之前，特地開設(shè)程序設(shè)計技能訓(xùn)練，而且這門課程由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教師來教授，這樣我們課程組教師就可以有針對性的進行項目訓(xùn)練，并且在此基礎(chǔ)上把數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的有關(guān)算法引入該課程，讓學(xué)生先知道怎樣用了，以后再學(xué)習數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時，學(xué)生就更好的理解所學(xué)概念和知識的來龍去脈了。

3.2采用啟發(fā)式教學(xué)方法提高實驗教學(xué)效果

所謂啟發(fā)式教學(xué)，就是教師根據(jù)教學(xué)目的、內(nèi)容、學(xué)生的識水平和知識規(guī)律，運用多種教學(xué)手段，采用啟發(fā)誘導(dǎo)辦法傳授知定的分析問題、解決問題和編寫程序的能力[4]。課程組教師在進行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)實驗時，課前讓學(xué)生預(yù)習預(yù)備知識，實驗課時，課程組在方法上進行指導(dǎo)，同時結(jié)合實際應(yīng)用作一些啟發(fā)性的提問，使學(xué)生知道從哪里入手做，以及從哪些方面可以作些變化。例如，在學(xué)生鏈表實驗時，根據(jù)教材內(nèi)容，問學(xué)生，建立鏈表有什么方法，學(xué)生肯定回答，有頭插入法和尾插人法，教師追問，能不能用插入算法來實現(xiàn)呢？怎么做就可以達到頭插入法效果？怎么做就可以達到尾插人法的效果？關(guān)于鏈表長度算法，常常用“順藤摸瓜”來比喻，那么輸出模塊是不是也可以摸一個輸出一個呢？通過一些列的啟發(fā)提問，學(xué)生漸漸的學(xué)會舉一反三，收到良好效果。

3.3綜合性實驗采用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)方法

綜合性實驗屬于課程設(shè)計實踐是前兩項實踐內(nèi)容的提高過程，按照任務(wù)驅(qū)動式的教學(xué)方法，對于實踐內(nèi)容、實踐目的、實踐結(jié)果更有針對性[5]。每個任務(wù)按軟件工程的方法來實踐，教師提供可選題目，學(xué)生根據(jù)自身興趣進行選題，老師給出每個題目邏輯分析，學(xué)生進行需求分析，寫出需求分析報告，在老師的指導(dǎo)下，學(xué)生進行題目的概要設(shè)計、對每一模塊進行詳細設(shè)計，最后代碼編寫、上機調(diào)試。通過這樣的交流和討論，一方面老師能了解學(xué)生的學(xué)習情況，另一方面，學(xué)生對應(yīng)用程序設(shè)計有較深的認識，也有效杜絕了抄襲程序的現(xiàn)象。

3.4實驗考核方式的改革

考核方式是檢驗教學(xué)內(nèi)容的正確性及教學(xué)方法的合理性的重要手段。我們針對實驗內(nèi)容和形式的不同，采用不同的考核方式，對于基礎(chǔ)實驗，采用隨堂評分的方法，每次實驗結(jié)束前對每個學(xué)生進行檢查，根據(jù)學(xué)生實驗課的學(xué)習態(tài)度、出現(xiàn)錯誤情況、調(diào)試程序能力和實驗完成情況給學(xué)生評分。對于設(shè)計實驗，我們采用包括程序演示、回答問題、程序改進和實驗報告四個過程。程序演示過程由學(xué)生向教師演示自己的編寫程序，教師檢查學(xué)生程序是否達到預(yù)期要求；回答問題過程教師向?qū)W生提出與題目相關(guān)的問題，例如題目真正要完成的任務(wù)，每一個模塊的算法的思想，而且要求由非編寫模塊的同學(xué)回答，這樣起到相互學(xué)習，取長補短的作用；根據(jù)前兩個過程，教師提出設(shè)計中存在的問題和不足，希望學(xué)生再進行改進，使得程序基本達到預(yù)期目標；實驗報告要求按指定的格式完成，同時把應(yīng)用實例寫進實驗報告中，另外還要寫明程序在編寫過程中出現(xiàn)的問題，以及解決的方法和實驗收獲。

4　結(jié)束語

經(jīng)過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗內(nèi)容的調(diào)整和設(shè)計，實驗教學(xué)方法的改進和實施，取得了不少寶貴的經(jīng)驗和可喜的成績，使得我校這幾年數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的課程教學(xué)效果有了很大提高，形成了學(xué)生愛好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的良好局面。當然，教學(xué)改革和探索是沒有止境的。因此，今后我們課程組將繼續(xù)探索下去，設(shè)計最合理的實踐教學(xué)內(nèi)容，掌握最有效的實踐教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力，為培養(yǎng)合格的計算機專業(yè)應(yīng)用型人才多作貢獻。

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基金項目：安徽科技學(xué)院教學(xué)研究項目資助（編號：X2012030）

作者簡介：莊鎖法（1965-）,男,副教授,研究方向：信息管理，網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)與研究。