程序設(shè)計基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)兩門課程的教學(xué)銜接

郭艷燕　童向榮　孫雪姣　賀利堅

摘要：針對程序設(shè)計基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程在實際教學(xué)過程中存在的教學(xué)銜接問題，闡述問題存在的原因，提出兩門課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及教學(xué)實踐等方面進(jìn)行銜接的新方法和思路。

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計基礎(chǔ)；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；計算思維；教學(xué)銜接

0、引言

程序設(shè)計基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計算機(jī)類專業(yè)的兩門專業(yè)基礎(chǔ)課，在計算機(jī)類專業(yè)教學(xué)中具有舉足輕重的作用，都旨在培養(yǎng)學(xué)生的編程能力和計算思維能力，并為后續(xù)課程打下堅實的專業(yè)基礎(chǔ)，但在這兩門課程的教學(xué)過程中，存在一系列問題，嚴(yán)重影響課程的教學(xué)效果。筆者分析和研究產(chǎn)生這些實際問題的原因，對這兩門課程的知識融合、內(nèi)容銜接以及教學(xué)實踐等進(jìn)行探討，提出切實可行的解決方案，更好地實現(xiàn)兩門課程的教學(xué)目標(biāo)。

1、課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)

程序設(shè)計基礎(chǔ)課程是學(xué)生接觸的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課，也是進(jìn)行計算機(jī)編程的入門課程。課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握程序設(shè)計的基本方法，培養(yǎng)其擁有良好的程序設(shè)計風(fēng)格、較強(qiáng)的軟件開發(fā)能力以及一定的計算思維能力，為后續(xù)課程打下良好的基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是繼程序設(shè)計基礎(chǔ)課程之后的一門綜合專業(yè)基礎(chǔ)課，是計算機(jī)類專業(yè)的核心課程之一，具有舉足輕重的作用。它是程序設(shè)計基礎(chǔ)課程所講知識的自然延伸和具體應(yīng)用。對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的理解、掌握和應(yīng)用拓展，將對學(xué)生解決具體實際問題時的數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)處理和編程能力有著深遠(yuǎn)的影響。課程的教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生縝密的邏輯思維和數(shù)據(jù)抽象能力以及學(xué)生在軟件設(shè)計領(lǐng)域中科學(xué)的計算思維能力，幫助學(xué)生將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法與具體的編程實現(xiàn)相結(jié)合并靈活地應(yīng)用到實踐和工程實際中。

2、兩門課程間的關(guān)系

從程序與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)本身的關(guān)系來說，一個好的程序離不開合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中算法的實現(xiàn)離不開具體的程序設(shè)計。在計算機(jī)類專業(yè)的課程體系中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計基礎(chǔ)課程雖然獨(dú)立開設(shè)，但是它們之間的聯(lián)系是緊密的。在課程設(shè)置上，程序設(shè)計基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的前導(dǎo)課程，兩門課程一脈相承，不可分割。

學(xué)生對程序設(shè)計基礎(chǔ)課程的掌握程度、具備的計算思維和編程能力，直接關(guān)系到以程序設(shè)計語言實現(xiàn)算法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)效果。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程通過創(chuàng)造性思維的訓(xùn)練，重點突出數(shù)據(jù)抽象與程序抽象能力的培養(yǎng)，從而進(jìn)一步提升學(xué)生的計算思維能力和編程能力，但兩門課程在實際教學(xué)中存在一些問題，主要原因是課程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)實踐方式等多方面存在缺陷。經(jīng)分析，對程序設(shè)計基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程進(jìn)行知識整合和內(nèi)容銜接，采用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方式，改進(jìn)教學(xué)實踐是探討和研究的主要內(nèi)容。

3、兩門課程在實際教學(xué)中存在的銜接問題

3.1 兩門課程教學(xué)內(nèi)容的脫離

目前，在實際教學(xué)中，程序設(shè)計基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程雖然關(guān)系緊密，但是一直被設(shè)定為兩門完全獨(dú)立的課程，而且教師在制訂教學(xué)大綱和教學(xué)目標(biāo)時容易忽視兩門課程問的聯(lián)系，在教學(xué)過程中出現(xiàn)一些盲區(qū)，要么兩門課程在教學(xué)內(nèi)容上出現(xiàn)不同程度的交叉，要么出現(xiàn)知識銜接的斷層，令學(xué)生對兩門課程的內(nèi)在聯(lián)系沒有整體概念和認(rèn)識，從而導(dǎo)致不能深入系統(tǒng)地學(xué)習(xí)相關(guān)知識。尤其是先行課程序設(shè)計基礎(chǔ)的教學(xué)內(nèi)容和課程案例完全脫離了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程，使數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中最頻繁使用的知識和內(nèi)容在程序設(shè)計基礎(chǔ)課程中甚少提及，不能為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的講解打下扎實的程序設(shè)計基礎(chǔ)。

3.2 程序設(shè)計編程語言與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)語言不一致

程序設(shè)計基礎(chǔ)課程所教授的編程語言與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教材或?qū)嶒炈褂玫膶崿F(xiàn)語言不一致，如將C++語言作為程序設(shè)計基礎(chǔ)的教授語言，而在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)上選擇c語言或Java語言，以至于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的理論教學(xué)與具體上機(jī)編程實現(xiàn)脫節(jié)，嚴(yán)重影響了上機(jī)實驗和課程設(shè)計環(huán)節(jié)。

3.3 程序設(shè)計方法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)方法不一致

程序設(shè)計基礎(chǔ)課程中或注重面向過程的程序設(shè)計方法，或注重面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法，但在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中卻很難利用前導(dǎo)課程中學(xué)到的程序設(shè)計方法實現(xiàn)相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，從而影響了學(xué)生對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程知識的應(yīng)用與實現(xiàn)。另一方面，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中沒有充分理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的作用和實際意義，以至于在實際項目和問題中不知使用什么方法（面向過程或面向?qū)ο螅┓治鼋鉀Q問題，不知如何運(yùn)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識解決實際問題。

3.4 前導(dǎo)課程對后續(xù)課程實踐環(huán)節(jié)的影響

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗環(huán)節(jié)相對課堂理論環(huán)節(jié)較薄弱。此問題的存在多半是因為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具體實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)在程序設(shè)計基礎(chǔ)課中未被講解或強(qiáng)調(diào)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法從理論到偽代碼、再由偽代碼到真代碼轉(zhuǎn)換的過程中難以真正編程實現(xiàn)，使學(xué)生對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的理解和掌握僅停留在抽象層、概念層、理論層，難以上升到實現(xiàn)層，從而影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。同時，課程中的實踐項目過于單一且相對獨(dú)立，使實踐環(huán)節(jié)與實際項目的聯(lián)系過于松散，學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識解決實際問題的能力和實際工程能力很難得以鍛煉。

3.5 缺少計算思維能力的培養(yǎng)，缺乏理論知識與實際應(yīng)用的聯(lián)系

提高學(xué)生計算思維能力是程序設(shè)計基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程共同的目標(biāo)。計算思維是抽象的多個層次上的思維，而抽象是表達(dá)實際的方法。然而，現(xiàn)行教學(xué)方法過多關(guān)注程序設(shè)計和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識點的講解，缺乏對學(xué)生思維能力的培養(yǎng)。

如果缺乏理論聯(lián)系實際，那么將影響學(xué)生計算思維的培養(yǎng)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的知識又太抽象，如果缺乏相應(yīng)的實際案例對抽象知識加以應(yīng)用，那么就會導(dǎo)致學(xué)生不知道怎樣將所學(xué)的知識應(yīng)用到實際中，缺乏具體問題具體分析和解決的能力。

3.6 教師本身知識結(jié)構(gòu)欠缺，上機(jī)實踐指導(dǎo)教師數(shù)量不足

授課教師知識結(jié)構(gòu)的缺乏將導(dǎo)致一些現(xiàn)實問題：如果程序設(shè)計基礎(chǔ)的教師不懂?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，那么其自然不會將相關(guān)知識引入課堂，同時也缺乏用所教授的語言具體實現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)和算法的能力；如果數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教師缺乏相關(guān)編程語言知識，那么就會給上機(jī)輔導(dǎo)帶來困難。同時，兩門課程具有很強(qiáng)的實踐性，若上機(jī)實踐輔導(dǎo)教師不足，將不利于學(xué)生編程能力的提升以及相關(guān)軟件大賽學(xué)生的培養(yǎng)和輔導(dǎo)。endprint

針對以上實際教學(xué)中存在的問題，可知為提高程序設(shè)計基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)效果，根據(jù)計算機(jī)類專業(yè)這兩門課程教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)，對兩門課程進(jìn)行知識整合和內(nèi)容銜接的必要性，對課程銜接的方法和思路等進(jìn)行探討勢在必行。同時，課程教學(xué)不僅要關(guān)注知識的傳授，還要培養(yǎng)學(xué)生主動獲取知識并綜合已有知識創(chuàng)造新知識的能力。

4、程序設(shè)計基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程銜接的新方法和思路

4.1 做好兩門課程教學(xué)內(nèi)容的融合和銜接

教師需緊密結(jié)合計算機(jī)類專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，精心設(shè)計程序設(shè)計基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)內(nèi)容，既要滿足課程的專業(yè)基礎(chǔ)性，又要滿足后續(xù)課程學(xué)習(xí)的需要，嚴(yán)密制訂教學(xué)大綱，做好程序設(shè)計基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)內(nèi)容的銜接以及相關(guān)教材的選定。

在程序設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)中，教師需要關(guān)注學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)，將重點放在講解思路上，教學(xué)生如何對問題進(jìn)行抽象，還要介紹一些簡單的基礎(chǔ)算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。程序設(shè)計與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的聯(lián)系過程必須做到循序漸進(jìn)，若引入的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相關(guān)知識過難，會打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。例如，教師講數(shù)組時可引入幾種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中簡單的排序算法冒泡排序、選擇排序等；講完指針和結(jié)構(gòu)體后可引入最基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——鏈表；講完嵌套函數(shù)調(diào)用后可引入“遞歸”，它是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中解決問題的常見思想和算法，可以通過簡單的遞歸函數(shù)幫助學(xué)生理解遞歸思想和遞歸調(diào)用過程，這些是理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中復(fù)雜遞歸函數(shù)的基礎(chǔ)。在程序設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)中，只講遞歸函數(shù)的簡單應(yīng)用，而在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)中，需要介紹遞歸函數(shù)的復(fù)雜應(yīng)用：棧、樹、八皇后問題、N個數(shù)的全排列等。圍繞“遞歸”這一重要知識點，從易到難并結(jié)合課程本身特點進(jìn)行理論分析，將有益于整合課程教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)和思考。

針對在程序設(shè)計基礎(chǔ)課程中不重要但在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及算法中被廣泛使用的知識點，教師需要在講解程序設(shè)計課程時將其點出并告訴學(xué)生此知識在后續(xù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課中的重要性，引起學(xué)生對該知識點的興趣和重視，如指針的靈活使用、結(jié)構(gòu)體類型的復(fù)雜應(yīng)用、類型重命名、類的拷貝構(gòu)造函數(shù)（深拷貝）、函數(shù)模板、類模版等。

同時，教師要對程序設(shè)計基礎(chǔ)課程內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)充和擴(kuò)充，如增加c++函數(shù)模板、類模板的相關(guān)知識，為將泛型程序設(shè)計、c++的STL引人數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程奠定知識基礎(chǔ)，縮小教學(xué)知識與實際運(yùn)用的距離，提高學(xué)生的動手編程能力和知識運(yùn)用能力。

4.2 保證程序設(shè)計編程語言與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)語言的一致

程序設(shè)計基礎(chǔ)課程所教授的編程語言要與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教材或?qū)嶒炈褂玫木幊陶Z言一致，這樣不僅能大大提高學(xué)生的編程能力，還有利于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的上機(jī)實現(xiàn)。

4.3 將面向?qū)ο笏枷胍氤绦蛟O(shè)計與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中

隨著程序設(shè)計方法從傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計演化到面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中也將成為面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，且將隨著程序設(shè)計理論和技術(shù)的發(fā)展而不斷變化發(fā)展。在程序設(shè)計基礎(chǔ)課程中講授面向?qū)ο蟮木幊陶Z言如c++語言，既可以實現(xiàn)面向過程的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，又能實現(xiàn)面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程采用面向?qū)ο蟮挠^點講授并以C++語言作為算法的描述工具，從而強(qiáng)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本知識和面向?qū)ο蟾呒壋绦蛟O(shè)計基本能力的雙基訓(xùn)練以及實際動手能力培養(yǎng)。在設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐項目時，將面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計思想、面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容恰當(dāng)?shù)厝诤?，有效整合兩門課程中的重疊部分，突出各自的側(cè)重點，符合當(dāng)前軟件設(shè)計思想和軟件開發(fā)趨勢。

4.4 加強(qiáng)課程中計算思維能力的培養(yǎng)

在程序設(shè)計和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教學(xué)方法上，將面向語法為中心的教學(xué)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦騿栴}求解的教學(xué)，從問題出發(fā)采用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將其抽象成解決問題的算法描述，用程序設(shè)計語言實現(xiàn)問題求解，使課程從過去的僅講授孤立的知識點，轉(zhuǎn)變?yōu)橹v授計算思維和問題求解的過程，從而達(dá)到突出思維方法訓(xùn)練的目的。在程序設(shè)計基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)授課時盡量將理論聯(lián)系實際，將知識點解釋和應(yīng)用為身邊容易理解的真實案例。例如，講“圖”時，可以把現(xiàn)在流行的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)、社交網(wǎng)絡(luò)引入其中；講解“隊列”時，可將春節(jié)買票引入其中，讓學(xué)生從身邊的例子理解理論知識的具體應(yīng)用。對有些案例可以提倡“一題多解”，不局限于一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、解題思路和實現(xiàn)方法，通過一題多問、一題多解帶動學(xué)生探索、比較、尋求更好的解決途徑，達(dá)到學(xué)生分析解決問題能力的提高和計算思維能力的培養(yǎng)。

4.5 提升教師能力，配備充足的上機(jī)輔導(dǎo)教師

學(xué)校要加強(qiáng)程序設(shè)計基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程相關(guān)授課教師整體能力的提升。教師不僅要掌握自己所教授課程的知識，還要對該課程的前續(xù)及后續(xù)課程內(nèi)容有所了解，便于維護(hù)教學(xué)的整體秩序和融合學(xué)生的知識體系。同時，教師要積極參與各種軟件大賽和企業(yè)培訓(xùn)，將教授的理論知識和實際項目相結(jié)合，達(dá)到應(yīng)用知識解決復(fù)雜問題的目的。此外，兩門課程的上機(jī)實踐環(huán)節(jié)要配備足量的輔導(dǎo)教師，不讓學(xué)生輸在編程入門的起跑線上。

4.6 依托程序設(shè)計競賽，提高學(xué)生的編程能力

依托全國軟件大賽、ACM大賽等程序設(shè)計競賽，將競賽題目引入程序設(shè)計基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課堂中。此類題目強(qiáng)調(diào)考查學(xué)生對各種算法的應(yīng)用能力，綜合性較強(qiáng)，非常適合輔助學(xué)生學(xué)習(xí)和體會數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的妙用，提升學(xué)生分析和解決實際問題的能力，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)知識準(zhǔn)確而靈活地運(yùn)用到實際生活中，大大提高學(xué)生的實踐動手和程序設(shè)計能力，促進(jìn)其知識的融會貫通。另外，通過競賽等多種活動可以為學(xué)生提供展現(xiàn)程序設(shè)計能力的舞臺，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，培養(yǎng)其計算思維能力。

例如，在教授程序設(shè)計基礎(chǔ)時，講完邏輯表達(dá)式和多重循環(huán)結(jié)構(gòu)后，可以將大賽中的邏輯推理題目引入教學(xué)中并引出常見的解題方法和思路一枚舉法，從而加深對枚舉法的認(rèn)識。通過采用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的雙向鏈表和線性數(shù)組兩種方式實現(xiàn)大賽中常見的約瑟夫環(huán)問題。

4.7 引入OJ平臺。加強(qiáng)課程實踐環(huán)節(jié)

引人在線判題（Online Judge，oJ）系統(tǒng)，提高學(xué)生的實踐能力。能力需要以豐富的知識作為支撐，而實踐是能力賴以生長的土壤。在OJ系統(tǒng)中，學(xué)生可以在線提交程序源代碼，系統(tǒng)對源代碼進(jìn)行編譯和執(zhí)行并通過預(yù)先設(shè)計的測試數(shù)據(jù)檢驗程序源代碼的正確性。引入0J系統(tǒng)不僅可以輔助教師批改作業(yè)，減輕教師工作壓力，還可以促使學(xué)生加強(qiáng)平時上機(jī)編程練習(xí)，通過編程排名方式提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。OJ系統(tǒng)中擁有大量題庫，可以讓學(xué)生進(jìn)行上機(jī)實踐，培養(yǎng)自身的計算思維能力，提高編程能力。0J系統(tǒng)不僅可以作為程序設(shè)計基礎(chǔ)課程的實踐平臺，還可作為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的實踐平臺。

5、結(jié)語

程序設(shè)計基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)實踐等方面進(jìn)行銜接后，不僅提高了各自的教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量，還培養(yǎng)了學(xué)生的實踐能力和編程能力。然而，在教學(xué)探索過程中仍然存在一些問題，我們還需要在今后的教學(xué)實踐中不斷修正和完善。endprint