面向應(yīng)用型本科院校的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)方法改進(jìn)

程波 熊江

摘要：本文以重慶三峽學(xué)院在基于C語言數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革中的探索和實踐為例，介紹了面向應(yīng)用型本科院校的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)存在的問題，提出了一系列教學(xué)方法改進(jìn)策略。通過多年教學(xué)實踐表明，這些舉措在培養(yǎng)學(xué)生分析解決問題的能力和增強(qiáng)學(xué)生實際應(yīng)用及操作能力方面，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型本科;數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);教學(xué)方法;教學(xué)改革

中圖分類號：G642.41 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）35-0159-02

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一門理論性、實踐性并重的計算機(jī)專業(yè)核心基礎(chǔ)課程，在計算機(jī)課程體系中處于承上啟下的地位[1]。圖1展示了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與計算機(jī)其他課程的關(guān)系，以及在計算機(jī)課程體系中的地位。通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這一門課程，一方面培養(yǎng)學(xué)生算法設(shè)計基本能力，另一方面是要重點培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成按照計算機(jī)思維方式分析問題，解決問題，為培養(yǎng)軟件開發(fā)綜合能力打好基礎(chǔ)。由于應(yīng)用型本科院校的特殊性，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用、實踐能力是本科教學(xué)的目標(biāo)，如果單純采用傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式，很難培養(yǎng)學(xué)生的這些能力。又加之?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容本身晦澀難懂，課堂教學(xué)效果往往不盡人意，學(xué)生也不易理解大多數(shù)算法原理，長此以往，學(xué)生逐漸失去學(xué)習(xí)興趣[2]。因此，本文針對應(yīng)用型本科院校的特殊性，尋找當(dāng)前數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)方法的缺陷，探索一種理論實踐相結(jié)合的，培養(yǎng)學(xué)生算法分析設(shè)計能力的教學(xué)方法。

一、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中存在的問題

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程是計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、互聯(lián)網(wǎng)工程、信息管理與信息系統(tǒng)等專業(yè)的核心課程，很多院校都把它作為專業(yè)必修課。在實際教學(xué)過程中，由于該課程的理論抽象、復(fù)雜，學(xué)生動手編寫算法能力不足，傳統(tǒng)的教學(xué)方法已經(jīng)不能適應(yīng)于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)[3]。具體來講，當(dāng)前數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中存在以下幾個方面的問題。

1.學(xué)生對學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所需的預(yù)備知識掌握不牢。其中，C語言程序設(shè)計是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)重要的先修課程之一。然而，經(jīng)過多年的教學(xué)實際情況表明，大多數(shù)學(xué)生的C語言學(xué)習(xí)效果不佳。主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，從線性表開始，都會廣泛使用結(jié)構(gòu)體這一數(shù)據(jù)類型，而結(jié)構(gòu)體在C語言的教學(xué)中，很多教材往往出現(xiàn)在最后的幾個章節(jié)，多數(shù)老師也不會重點講解這一部分內(nèi)容，也有的老師根本不講。此外，C語言中函數(shù)和指針方面的知識，掌握情況也很差。因此，這些先導(dǎo)知識與技能的儲備不足，直接導(dǎo)致大多數(shù)學(xué)生一開始接觸數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就迷惑，從而失去學(xué)習(xí)動力。

2.單一的課堂理論教學(xué)不能充分培養(yǎng)學(xué)生的算法分析、設(shè)計能力。由于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)很多算法理論性較強(qiáng)，單一的課堂教學(xué)，無法使學(xué)生理解這些算法的實際用途和理論來源。此外，大多數(shù)學(xué)生靈活應(yīng)用C語言能力不足，不能將C語言的知識儲備轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法分析、設(shè)計的基礎(chǔ)能力。

3.實踐能力欠缺，傳統(tǒng)只注重理論教學(xué)，實驗課程安排課時比例偏小。加之，理論教學(xué)無法充分展現(xiàn)數(shù)據(jù)模型的內(nèi)在聯(lián)系，學(xué)生無法理解數(shù)據(jù)之間的各種關(guān)系。上機(jī)編寫算法能力很差，也無法體會數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實際應(yīng)用價值，失去學(xué)習(xí)興趣。

4.當(dāng)前大多數(shù)教材偏重數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法模型的講解，沒有強(qiáng)調(diào)面向?qū)嶋H應(yīng)用的價值性。面向應(yīng)用型本科院校強(qiáng)調(diào)“學(xué)以致用”，編寫實用性、趣味性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗教材勢在必行。

二、案例教學(xué)法用于理論課程教學(xué)

在經(jīng)濟(jì)、管理等學(xué)科教學(xué)中，案例教學(xué)法是普遍采用的有效教學(xué)方法。合理的、趣味性強(qiáng)的案例應(yīng)用于理論教學(xué)中，十分有助于學(xué)生理解抽象復(fù)雜的理論知識，也很容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此，可以嘗試將案例教學(xué)法引入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的課堂理論教學(xué)中，改善現(xiàn)有教學(xué)方式，提高課堂理論教學(xué)的趣味性。但是，如何尋找合理的、趣味性強(qiáng)的案例是案例教學(xué)的首要問題。此外，如何有效利用這些案例，是改進(jìn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)效果的關(guān)鍵因素。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念和算法是很抽象的，對于在校的大學(xué)生，他們從未從事過軟件開發(fā)等相關(guān)工作，結(jié)合案例，將抽象的概念實例化，為進(jìn)一步理解算法打好基礎(chǔ)。通過案例提供的情境，學(xué)生們可以從中體會數(shù)據(jù)之間的復(fù)雜關(guān)系，促進(jìn)學(xué)生思考算法的應(yīng)用性。此外，針對各個算法，開發(fā)生動、直觀的教學(xué)動畫課件，能有效幫助學(xué)生理解抽象的算法過程。動畫模擬真實場景的案例，引起了學(xué)生的關(guān)注，培養(yǎng)了學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論教學(xué)的趣味性。

將案例分析同課堂討論式教學(xué)相結(jié)合，是提高學(xué)習(xí)效果的一種重要手段。對一些重要的、較復(fù)雜的算法模型，尋找一些趣味性的案例，采用提問式教學(xué)，結(jié)合動畫課件教學(xué)。在課堂教學(xué)中，把學(xué)生分成若干小組，組織學(xué)生去分小組討論算法的難點，尋找算法在實際應(yīng)用中的真實案例，結(jié)合這些案例分析理解這些算法，并做好報告。這種啟發(fā)式教學(xué)，能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和參與性。在這個過程中，教師積極引導(dǎo)，對算法講解深入淺出，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用、從生活中學(xué)習(xí)知識的能力。

因此，將案例教學(xué)法引入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的課堂教學(xué)是提高學(xué)生理解、分析算法，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣的有效途徑。

三、項目驅(qū)動式教學(xué)用于實驗課程教學(xué)

項目驅(qū)動式教學(xué)法是一種行為引導(dǎo)式的教學(xué)形式[4]，被廣泛應(yīng)用于計算機(jī)課程教學(xué)中，特別是軟件工程等課程。該教學(xué)方法是強(qiáng)調(diào)教學(xué)過程以學(xué)生的實際完成項目情況為考核目標(biāo)，教師輔助引導(dǎo)學(xué)生完成項目，最后評判項目。通過分組做項目，驅(qū)動學(xué)生應(yīng)用理論知識解決實際問題，同時加深學(xué)生理解算法，發(fā)現(xiàn)算法的優(yōu)缺點，思考算法改進(jìn)的途徑。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，除了課堂理論教學(xué)之外，實驗教學(xué)也很重要[5]。課程開課前，便從網(wǎng)上和熟悉的企業(yè)中廣泛收集該課程的相關(guān)項目。對于這些項目，應(yīng)該要把握難易程度。在上完數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緒論章節(jié)后，把這些項目公布出來，供學(xué)生分小組選擇，這樣可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作意識，根據(jù)自己的能力選擇合適的項目。如果提供的項目列表中，沒有合適的項目，要引導(dǎo)學(xué)生尋找自己合適的、感興趣的項目。如果多個組選擇了同一個項目，教師可以組織一個項目競標(biāo)會，通過比較評分決定項目歸屬權(quán)。接下來，在教學(xué)過程中，結(jié)合項目需求進(jìn)行重點、難點知識的講解。遇到有爭議的問題，結(jié)合本組的項目，大家通過課堂討論解決問題。臨近期末時，組織學(xué)生相互驗收對方的項目，同時還組織老師團(tuán)隊驗收項目，把教師和學(xué)生驗收情況進(jìn)行對比，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己項目的問題，對于獲得優(yōu)秀評價的項目要給予獎勵。

項目驅(qū)動式教學(xué)做到了以學(xué)生為中心，教師只是提供必要的理論、技術(shù)指導(dǎo)，實現(xiàn)了一切以學(xué)生為主的教學(xué)理念[6]。

四、編寫面向應(yīng)用型本科的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教材

當(dāng)前，大多數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教材都以理論闡述為主，缺少應(yīng)用性的內(nèi)容。結(jié)合現(xiàn)有優(yōu)秀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論教材，加入相應(yīng)的案例引導(dǎo)，編寫生動、直觀的動畫課件，使枯燥、難懂的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教材變得生動有趣。對于一些特殊算法，可以加入游戲等內(nèi)容，幫助學(xué)生理解算法。比如，“棧與隊列”章節(jié)中，把一些游戲算法作為引導(dǎo)案例，對于學(xué)生理解棧與隊列的基本概念和算法大有裨益。此外，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第一章，應(yīng)該增加該課程預(yù)備知識的內(nèi)容，主要包含結(jié)構(gòu)體的概念與編程實例、指針、函數(shù)等相關(guān)內(nèi)容，同時還可以增加一些算法在實際應(yīng)用中的案例等內(nèi)容。總之，針對面向應(yīng)用型本科院校的教學(xué)要求，使數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教材更加淺顯易懂、趣味生動，使學(xué)生通過教材可以自學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，增加學(xué)習(xí)興趣。

五、結(jié)論

總而言之，針對面向應(yīng)用型本科院校的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)，我們要進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生的算法設(shè)計預(yù)備基礎(chǔ)知識，編寫合適的教材。在課堂理論教學(xué)過程中增加趣味性案例教學(xué)內(nèi)容，積極探索合適的理論教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法的分析、理解能力，開發(fā)學(xué)生算法設(shè)計能力。對于實驗教學(xué)，也加大投入力度，以項目驅(qū)動方式改進(jìn)傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法。另外，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)方法隨著社會的需求改變而不斷變革。信息技術(shù)迅速發(fā)展，課程也需要及時調(diào)整，將最新科研成果融入到課程教學(xué)過程中，以開拓學(xué)生的視野。

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