數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐教學(xué)體系與教學(xué)設(shè)計(jì)研究

李東暉+申聰+戴小鵬+王奕

【摘要】數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)中的一門核心課程，知識(shí)點(diǎn)多，課時(shí)少，并且難以理解，本文從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)踐性課程現(xiàn)狀出發(fā)，結(jié)合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識(shí)點(diǎn)的脈絡(luò)分析，提出實(shí)踐性教學(xué)在課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué)模式，構(gòu)建了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)。為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的實(shí)踐性教學(xué)體系與教學(xué)設(shè)計(jì)提供了參考方向。

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 實(shí)踐教學(xué) 教學(xué)設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）33-0034-03

一、引言

隨著教學(xué)體系的改革[1]，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教育教學(xué)也備受計(jì)算機(jī)專業(yè)的相關(guān)教育者關(guān)注，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門必修課程，學(xué)生對(duì)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程知識(shí)的掌握程度直接關(guān)系到專業(yè)知識(shí)的整體學(xué)習(xí)進(jìn)度，而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的課程具有難度大，知識(shí)點(diǎn)多，實(shí)踐能力要求高等特點(diǎn)，在教學(xué)過(guò)程中產(chǎn)生了很多的問(wèn)題。其中，實(shí)踐課程教學(xué)體系的建設(shè)尤為突出，目前數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐教學(xué)體系存在諸多問(wèn)題，學(xué)生不能夠利用好實(shí)踐課程，導(dǎo)致實(shí)踐課程沒(méi)有發(fā)揮其應(yīng)有的價(jià)值，教師也無(wú)法給予實(shí)踐課程準(zhǔn)確的定位，實(shí)踐課程的利用率遠(yuǎn)不及理論課程，針對(duì)這種現(xiàn)狀，本文從實(shí)踐性教學(xué)的現(xiàn)狀出發(fā)，到實(shí)踐性教學(xué)培養(yǎng)模式，提出了一套完整的方案，為實(shí)踐性教學(xué)提供了參考依據(jù)。

二、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐性教學(xué)

1.實(shí)踐性教學(xué)的現(xiàn)狀分析

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教育教學(xué)本身存在教學(xué)難度大的特點(diǎn)[2]，其實(shí)踐教學(xué)體系的難度更為突出，其中主要存在的問(wèn)題有如下幾點(diǎn)：

（1）課程知識(shí)點(diǎn)多，知識(shí)點(diǎn)難度大，教師在規(guī)定的時(shí)間難以把一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題講解透徹，學(xué)生難跟上老師的上課進(jìn)度，導(dǎo)致課堂效率不高，知識(shí)點(diǎn)掌握不牢，實(shí)踐課程沒(méi)法開(kāi)展。

（2）學(xué)生自身的個(gè)體差異大，因材施教的策略只能適用于小范圍的學(xué)生群體，對(duì)于整個(gè)計(jì)算機(jī)及其相關(guān)專業(yè)學(xué)生群體因材施教比較困難，教師無(wú)法根據(jù)每一個(gè)人的掌握程度來(lái)展開(kāi)教學(xué)，因此，這種情況會(huì)犧牲少部分學(xué)生的上課進(jìn)度，制約了實(shí)踐教學(xué)計(jì)劃的開(kāi)展。

（3）學(xué)生普遍存在程序設(shè)計(jì)類課程掌握不好的問(wèn)題，學(xué)生學(xué)習(xí)C語(yǔ)言和Windows程序設(shè)計(jì)的過(guò)程中，對(duì)于程序設(shè)計(jì)類的課程容易產(chǎn)生畏懼和抵觸的情緒，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)類的問(wèn)題時(shí)，往往有逃避的心態(tài)，不會(huì)積極主動(dòng)的解決數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題。

（4）學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課不夠重視，大部分學(xué)生的觀念還停留在只要考試能夠考好就行，其他的都不重要，這種片面性的學(xué)習(xí)觀念在大學(xué)的學(xué)習(xí)過(guò)程中嚴(yán)重的制約了學(xué)生的動(dòng)手能力的強(qiáng)化，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生只為讀書(shū)而讀書(shū)，沒(méi)有動(dòng)手能力，走向社會(huì)很難適應(yīng)。

（5）考核機(jī)制不夠完善，大部分學(xué)校的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的課程設(shè)計(jì)僅僅通過(guò)提交相應(yīng)項(xiàng)目的計(jì)劃書(shū)和源代碼作為評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生容易鉆考核辦法的漏洞，用走捷徑的辦法最后也獲得了高分，考核方式的不完善嚴(yán)重制約學(xué)生實(shí)踐性課程的能力的提高。

2.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程知識(shí)點(diǎn)脈絡(luò)分析

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門必修課程，知識(shí)點(diǎn)多，難度大是其主要特點(diǎn)[3]。課內(nèi)時(shí)間教學(xué)一般作為課堂教學(xué)的輔助手段，為加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的掌握，設(shè)計(jì)能力的提高以及創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，因此，必須要搞清楚數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程知識(shí)點(diǎn)的脈絡(luò)，大部分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教材上主要把數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的知識(shí)點(diǎn)分為四大快內(nèi)容：線性結(jié)構(gòu)，非線性結(jié)構(gòu)，查找算法，排序算法。

線性結(jié)構(gòu)主要是針對(duì)線性表、棧、隊(duì)列、串、數(shù)組和廣義表等相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)，其中線性表是貫穿整個(gè)線性結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，其具體的關(guān)系如下：

由于課時(shí)的限制，教學(xué)計(jì)劃中對(duì)于線性結(jié)構(gòu)的數(shù)組和廣義表的實(shí)踐性課程沒(méi)有安排，但是線性表的實(shí)踐性課程有課時(shí)保障，這是線性表是整個(gè)線性結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的原因。

非線性結(jié)構(gòu)主要是樹(shù)和圖的學(xué)習(xí)，書(shū)是圖的特殊情況，圖是樹(shù)擴(kuò)展的形式，非線性的結(jié)構(gòu)的知識(shí)脈絡(luò)圖如下：

非線性結(jié)構(gòu)中的樹(shù)和圖都是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的重點(diǎn)，樹(shù)當(dāng)中的內(nèi)容主要有：二叉樹(shù)，森林，哈夫曼樹(shù)等，圖的內(nèi)容有圖的遍歷、存儲(chǔ)和應(yīng)用，其中的每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)都有對(duì)應(yīng)的實(shí)踐課程。

查找也稱為檢索、查詢。在日常生活中，經(jīng)常會(huì)有查詢的情況出現(xiàn)，在計(jì)算機(jī)中顯得尤為突出，其中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)于查找算法進(jìn)行了詳細(xì)的講解和分析，其主要查找算法如下：

查找的算法比較多，在實(shí)際運(yùn)用的過(guò)程中，往往根據(jù)實(shí)際需要采取最優(yōu)的查找算法，實(shí)踐教學(xué)中，大部分教學(xué)計(jì)劃中也只會(huì)對(duì)部分查找算法要求熟練掌握，部分算法也只做了解。

排序算法在計(jì)算機(jī)語(yǔ)言中非常常見(jiàn)，如何進(jìn)行高效的排序，是計(jì)算機(jī)中研究的重要問(wèn)題，排序算法主要包括直接插入排序，冒泡排序，選擇排序，希爾排序，快速排序，堆排序，歸并排序和基數(shù)排序等算法。排序算法部分能力的提高很大程度依賴于學(xué)生對(duì)于線性表的掌握程度，排序算法的熟練掌握是建立在線性表的熟練掌握的基礎(chǔ)之上，因此，想要學(xué)號(hào)排序算法，必須要有線性表的基礎(chǔ)。

3.實(shí)踐性教學(xué)的教學(xué)模式

（1）課程實(shí)驗(yàn)

1）驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是指對(duì)研究對(duì)象有一定了解，并形成一定認(rèn)識(shí)或提出了某種假說(shuō)，為驗(yàn)證這種認(rèn)識(shí)或假說(shuō)是否正確而進(jìn)行的一種實(shí)驗(yàn)[4]。在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)踐性教學(xué)過(guò)程中，驗(yàn)證性教學(xué)占據(jù)比較大的比重，學(xué)生的學(xué)習(xí)初期，受專業(yè)知識(shí)限制不具備較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ谶@種情況，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中大部分實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，如約瑟夫環(huán)的問(wèn)題，漢諾塔問(wèn)題等。

2）設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是采用科學(xué)的邏輯思維配合實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)，對(duì)擬定研究的目的（或問(wèn)題）進(jìn)行的一種有明確目的的探索性研究[5]。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)對(duì)于學(xué)生能力的培養(yǎng)起著重要作用，不僅僅是對(duì)于理論知識(shí)實(shí)踐化的能力的建立，更重要的是學(xué)生知識(shí)的綜合運(yùn)用能力的建立和培養(yǎng)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)踐性課程中有很多設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，比如構(gòu)造哈夫曼編碼，拓?fù)渑判虻仁浅Ｒ?jiàn)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。endprint

3）綜合性實(shí)驗(yàn)

綜合性實(shí)驗(yàn)，就是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要使用到多種實(shí)驗(yàn)技術(shù)，已完成最終的實(shí)驗(yàn)?zāi)康腫6]。綜合性實(shí)驗(yàn)對(duì)于學(xué)生的要求較高，需要在平時(shí)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中學(xué)會(huì)融會(huì)貫通，得到適用于學(xué)生的知識(shí)體系，在達(dá)到這種要求之后，對(duì)于綜合性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生才能按時(shí)按質(zhì)完成任務(wù)。在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)踐性教學(xué)的過(guò)程中常見(jiàn)的綜合性實(shí)驗(yàn)主要有：用哈夫曼碼實(shí)現(xiàn)文件壓縮，編譯器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等。

（2）課程設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)是完成一門課程以后，對(duì)該課程的知識(shí)綜合檢測(cè)的一個(gè)常用方法，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，課程設(shè)計(jì)是教學(xué)大綱當(dāng)中的必修環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的課程設(shè)計(jì)屬于綜合性實(shí)驗(yàn)的范疇，學(xué)生需要對(duì)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的理論知識(shí)達(dá)到教學(xué)要求以后，才能完成相應(yīng)的課程設(shè)計(jì)，課程設(shè)計(jì)是實(shí)踐教學(xué)中重要的部分，為鍛煉學(xué)生的實(shí)踐操作能力具有強(qiáng)大的生命力。

（3）畢業(yè)設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)是教學(xué)過(guò)程的最后階段采用的一種總結(jié)性的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)[7]。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)生可以綜合應(yīng)用所學(xué)的各種理論知識(shí)和技能，進(jìn)行全面、系統(tǒng)、嚴(yán)格的技術(shù)及基本能力的練習(xí)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識(shí)在畢業(yè)設(shè)計(jì)中必不可少，是和其他專業(yè)知識(shí)的有機(jī)結(jié)合才能達(dá)到教學(xué)大綱中需要的畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)不僅停留在對(duì)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這一門課程的熟練掌握的程度之上，更還要同其他課程知識(shí)結(jié)合，具有更高的要求。

3、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)

1.科學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)

大部分高校存在對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程課時(shí)安排不夠的問(wèn)題，對(duì)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這一門課程，實(shí)驗(yàn)課程應(yīng)該要達(dá)到40課時(shí)，而大部分高校僅安排30課時(shí)，甚至20課時(shí)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的嚴(yán)重缺失在一定程度上導(dǎo)致了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門課程學(xué)生掌握程度不夠，諸多問(wèn)題也會(huì)隨之顯現(xiàn)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對(duì)于每一部分的知識(shí)點(diǎn)的分配也不盡合理，筆者建議，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的各知識(shí)點(diǎn)的學(xué)時(shí)分配應(yīng)該如下表所示。

2.實(shí)驗(yàn)題目分層次

實(shí)驗(yàn)的題目分層次是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)中的重要組成部分[8]，學(xué)生的自身的能力和對(duì)不同的知識(shí)的掌握程度不一樣，不能夠?qū)τ谒械膶W(xué)生是同一套教學(xué)模式，同理，不能夠在實(shí)踐教學(xué)的過(guò)程中對(duì)于所有的同學(xué)采用同一個(gè)題目，因此，實(shí)驗(yàn)題目應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的能力分層次，不同的學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)題目的需求也不一定相同，實(shí)驗(yàn)題目分層次對(duì)于學(xué)生的整體培養(yǎng)和因材施教是具有促進(jìn)作用的。

3.實(shí)驗(yàn)報(bào)告規(guī)范化

實(shí)驗(yàn)報(bào)告的規(guī)范化一方面在對(duì)學(xué)生的對(duì)于階段性學(xué)習(xí)成果的知識(shí)點(diǎn)總結(jié)，同樣可以培養(yǎng)學(xué)生文檔的整理能力和和規(guī)范化的思維，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)傳達(dá)給學(xué)生的不只是停留在書(shū)本上的知識(shí)點(diǎn)的掌握，更是一種思維模式的培養(yǎng)，在學(xué)生完成本科學(xué)習(xí)之后，進(jìn)行下一階段的學(xué)習(xí)或者直接走向工作崗位，思維模式的培養(yǎng)往往比專業(yè)知識(shí)更加重要，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門課程中，就可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)報(bào)告規(guī)范化來(lái)做初步的鍛煉。

四、總結(jié)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐教學(xué)體系與教學(xué)設(shè)計(jì)是貫穿于整個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教學(xué)過(guò)程中[9]，實(shí)踐性教學(xué)的研究會(huì)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的重視達(dá)到最佳狀態(tài)，本文從這種角度，分析了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)踐性教學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀，總結(jié)了實(shí)踐性教學(xué)的教學(xué)模式，最后提出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐性教學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)，無(wú)論從課程體系的改革層面還是從學(xué)生的培養(yǎng)模式層面來(lái)說(shuō)，都具有非常重要的指導(dǎo)意義。

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]董麗薇.“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)方法的改進(jìn)[J]. 沈陽(yáng)師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2012， 30（2）：307-309.

[3]李東暉，戴小鵬，陳墾.概念圖在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J]. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版， 2008（2）：68-69.

[4] Sirotová M， Fr?dková E. Supervised Practice Teaching in Higher Education of Future Teachers[J]. International Journal on Language Literature & Culture in Education， 2016， 3（2）.

[5]劉越暢， 鐘秀玉， 鐘治初，等. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程工程化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索和實(shí)踐[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索， 2012， v.31；No.198（8）：350-352.

[6]沈華. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)方案[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索， 2013（10）：412-416.

[7] Liu Y X， Zhang N Z. The Construction and Practice on Practical Teaching System of Chemical Engineering Specialty in Higher Education[J]. Advanced Materials Research， 2014， 1033-1034（91）：1395-1398.

[8]張銘， 耿國(guó)華， 陳衛(wèi)衛(wèi)，等. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程教學(xué)實(shí)施方案[J]. 中國(guó)大學(xué)教學(xué)， 2011（3）：56-60.

[9]劉曉靜， 王曉英， 張玉安，等. 以創(chuàng)新人才培養(yǎng)為目標(biāo)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理， 2014， 31（11）：184-187.endprint