數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)的研究與改革實(shí)踐

劉勇　魏光澤

摘要：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一門理論性強(qiáng)、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。該文研究了“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的起源和課程體系，并基于多年的教學(xué)實(shí)踐就教學(xué)方法、教學(xué)手段等方面提出了多方面改革的思路。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；教學(xué)研究；教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）05-0134-02

Abstract： data structure is a theoretical， abstract and difficult course. It is a bridge between basic courses and specialized courses. This paper studies the origin and course system of "data structure"， and puts forward a number of reforms in teaching methods and teaching methods based on years of teaching practice.

Key words： data structure； teaching research； teaching method

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”是研究非數(shù)值類計(jì)算問題中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)及其操作的學(xué)科，主要培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行復(fù)雜程序設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)抽象的能力，是計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的重要理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。該課程源于程序設(shè)計(jì)，服務(wù)于程序設(shè)計(jì)，在專業(yè)的課程體系中起著承上啟下的作用。學(xué)生學(xué)習(xí)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的最終目的是為了獲得數(shù)據(jù)抽象和算法設(shè)計(jì)的能力。

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的教學(xué)在計(jì)算機(jī)學(xué)科教學(xué)中有著舉足輕重的地位，如果該門課程學(xué)不好，將直接影響后續(xù)課程的學(xué)習(xí)，也將直接影響學(xué)生的深造。筆者多年來一直從 事“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的教學(xué)，在教學(xué)實(shí)踐中總結(jié)出了針對(duì)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段各方面改革的思路，并在實(shí)際教學(xué)中取得了良好的教學(xué)效果[1]。

1 課程簡(jiǎn)介

1.1 課程起源

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”源于程序設(shè)計(jì)，它是隨著大型程序的出現(xiàn)而出現(xiàn)。上個(gè)世紀(jì)60年代初期，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”有關(guān)的內(nèi)容散見于操作系統(tǒng)、編譯原理和表處理語言等課程。1968美國唐·歐·克努特（Donald Ervin Knuth）教授開創(chuàng)了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的最初體系。他在29歲提出了”算法”與”數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的概念，他所著的《The Art of Computer Programming 》第一卷《Fundamental Algorithms 》是第一本較系統(tǒng)地闡述數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)及其操作的著作。同年，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”被列入美國一些大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系的教學(xué)計(jì)劃。我國在20世紀(jì)80年代初開設(shè)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程。

1.2 課程的知識(shí)體系

所謂數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，就是把一批數(shù)據(jù)按照某種邏輯結(jié)構(gòu)組織起來，找到合適的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中，設(shè)計(jì)相應(yīng)的算法（或者稱為運(yùn)算）通過計(jì)算機(jī)來處理這些數(shù)據(jù)。因此“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”不僅僅研究數(shù)據(jù)及其結(jié)構(gòu)，還要研究基于數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)的算法。概括地說，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”包括三個(gè)方面的內(nèi)容：數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和基于存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)的算法（或者稱為運(yùn)算）。

通常，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)分為四種：線性結(jié)構(gòu)、樹形結(jié)構(gòu)、圖結(jié)構(gòu)和集合，這四種邏輯結(jié)構(gòu)貫穿于大多數(shù)教材始終。存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)主要分為兩種：順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)。大多數(shù)邏輯結(jié)構(gòu)都有兩種存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，而數(shù)組只有順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，這與數(shù)組的操作特點(diǎn)有關(guān)，數(shù)組只有引用型操作，沒有加工型操作。常見的基本操作有：創(chuàng)建數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、銷毀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、插入一個(gè)元素、刪除一個(gè)數(shù)據(jù)元素、修改某個(gè)數(shù)據(jù)元素、查找某個(gè)元素、取出某個(gè)元素的值、對(duì)元素進(jìn)行排序等。

2 教學(xué)方法改革

1）采用案例教學(xué)方法：因?yàn)楸菊n程抽象度比較高，采用案例教學(xué)方法的目的就是將抽象的理論實(shí)例化，降低課程的難度。案例教學(xué)的基本方法是每講解一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，教師先給出一個(gè)案例讓學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)，然后教師解釋案例，引出教學(xué)的內(nèi)容。學(xué)生根據(jù)案例學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，再把相關(guān)知識(shí)應(yīng)用于案例當(dāng)中。

2）采用啟發(fā)式教學(xué)方法：與案例教學(xué)法相結(jié)合，我們?cè)诮虒W(xué)過程中不是單純由教師灌輸知識(shí)，而是注重啟發(fā)學(xué)生的思維，采用循循善誘的方式引導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題，并逐步解決問題。每講解一個(gè)知識(shí)點(diǎn)我們會(huì)先把問題提出來，讓學(xué)生思考解決方案并進(jìn)行討論，最后教師對(duì)學(xué)生討論的結(jié)果進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，然后講解課本的知識(shí)點(diǎn)。

3）共性化與個(gè)性化相結(jié)合的教學(xué)方法：在學(xué)生中總有一部分學(xué)習(xí)比較超前的學(xué)生，對(duì)他們我們會(huì)給予難度較大的學(xué)習(xí)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，最后在考核的時(shí)候給予加分。

4）理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合：為了加深學(xué)生對(duì)算法的理解，需要通過一種程序設(shè)計(jì)語言對(duì)算法加以描述并在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。通過實(shí)驗(yàn)，不但加深了學(xué)生對(duì)于理論課的理解，而且提高了學(xué)生程序設(shè)計(jì)的能力，培養(yǎng)了學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)的能力。

3 教學(xué)手段改革

1）多媒體授課：在教學(xué)過程中，采用多媒體手段，利用多媒體教學(xué)課件和“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”算法多媒體演示程序，大大降低了課程的難度，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，取得很好的教學(xué)效果。

2）網(wǎng)絡(luò)授課：本課程組正在建設(shè)本課程專用教學(xué)網(wǎng)站，形成集課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、課外輔導(dǎo)功能于一體的多功能教學(xué)網(wǎng)站、將教學(xué)大綱、實(shí)驗(yàn)大綱、教學(xué)課件、教輔材料等資源上網(wǎng)，使學(xué)生方便地下載教學(xué)相關(guān)資料，了解本課程的有關(guān)教學(xué)安排、計(jì)劃和要求，便于學(xué)生課下的復(fù)習(xí)自學(xué)。

3）動(dòng)畫演示教學(xué)：學(xué)生都說“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”這門課難，是因?yàn)橹豢吹搅恕拜斎搿焙汀拜敵觥?，而看不到算法運(yùn)行的過程。為了使抽象的理論具體化，便于學(xué)生理解和記憶，我們借助 FLASH 等軟件設(shè)計(jì)了動(dòng)畫，將經(jīng)典算法中的設(shè)計(jì)思想以動(dòng)畫形式展現(xiàn)，將看不到的抽象的設(shè)計(jì)思想形象化，讓學(xué)生能看到算法執(zhí)行的過程，增強(qiáng)了教學(xué)的直觀性和趣味性。

4 總結(jié)

本文從“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的起源、課程體系、教學(xué)方法、教學(xué)手段等幾個(gè)方面闡述了作者探究“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)模式的心得體會(huì)，這些模式在“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程數(shù)年的教學(xué)實(shí)踐中取得了很好的效果?！皵?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”是計(jì)算機(jī)學(xué)科的主干課程，也是學(xué)生普遍反映難學(xué)的課程，所以對(duì)教師的教學(xué)有較高的要求，要求教師在教學(xué)實(shí)踐中不斷進(jìn)行改革，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行復(fù)雜程序設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)抽象的能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和就業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[1]。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李冬梅，孟偉.“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的教學(xué)改革與教材建設(shè)[J].計(jì)算機(jī)教育，2012（14）：38-41.

[2] 王方石.關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)模式的探討與實(shí)踐[J].山東農(nóng)業(yè)教育，2006（1）.

[3] 邱 勁等.《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)改革與實(shí)踐探索[J].西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013（1）：139-141.

[4] 呂加國.“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”教學(xué)模式的研究與應(yīng)用[J].教育與教學(xué)研究，2009（4）：82-85.

[5]嚴(yán)蔚敏，李冬梅，吳偉民.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[M].北京：人民郵電出版社，2011：18-236.