數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)的設(shè)計(jì)與探索

吳華玲

[摘 要] 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程是計(jì)算機(jī)和信息處理相關(guān)專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，目前該課程主要采取理論為主實(shí)踐為輔的教學(xué)模式。針對(duì)應(yīng)用型本科生培養(yǎng)的市場需求，本文分析了課程教學(xué)過程中存在的主要問題，探討了該課程理論和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的設(shè)計(jì)以及在線課程建設(shè)的具體措施，以提升學(xué)生靈活運(yùn)用理論解決實(shí)際問題的能力。

[關(guān)鍵詞] 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);理論教學(xué)設(shè)計(jì);實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì);在線課程設(shè)計(jì)

一、引言

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)類相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。課程主要研究非數(shù)值計(jì)算領(lǐng)域的程序設(shè)計(jì)問題，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的各種邏輯結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，以及對(duì)數(shù)據(jù)的各種操作。對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題以及算法分析和設(shè)計(jì)能力非常重要。學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程，應(yīng)該教會(huì)學(xué)生針對(duì)不同的實(shí)際問題，分析需要處理的數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系，以選擇合適的內(nèi)容存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和關(guān)系，從而設(shè)計(jì)出高效的數(shù)據(jù)操作方法，提高算法的效率。該課程的學(xué)習(xí)對(duì)于后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和學(xué)生自身的發(fā)展都具有重要意義[1]。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程本身是獨(dú)立于編程語言的，課程具有知識(shí)點(diǎn)廣泛、理論性強(qiáng)、內(nèi)容抽象等特點(diǎn)[2]。通常，該課程的講解都是選擇一門編程語言，使用理論與編程實(shí)踐相結(jié)合的方式，但在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生普遍反映該課程的學(xué)習(xí)難度大，理論一知半解，實(shí)踐算法實(shí)現(xiàn)困難等問題[3]。

本文以本科應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)為指導(dǎo)思想，主要針對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)中出現(xiàn)的一系列實(shí)際問題，進(jìn)行教學(xué)方法的分析和改進(jìn)探索，研究如何提升數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的效果，提高學(xué)生運(yùn)用理論解決實(shí)際問題的能力[4]。

二、理論教學(xué)設(shè)計(jì)探討

在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的理論教學(xué)中，根據(jù)實(shí)際教學(xué)效果和學(xué)生的反饋，主要針對(duì)以下問題進(jìn)行教學(xué)改革探討：

1.學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的授課對(duì)象一般是大二學(xué)生，這時(shí)候的學(xué)生剛學(xué)過一門高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)相關(guān)儲(chǔ)備知識(shí)還比較少，對(duì)專業(yè)的整體認(rèn)知也比較缺乏，從而對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的學(xué)習(xí)目的和課程地位都不夠明確。

2.學(xué)習(xí)內(nèi)容難度較大。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程主要內(nèi)容包括線性表、棧和隊(duì)列、遞歸、樹、圖、查找和排序等。知識(shí)點(diǎn)覆蓋面較廣且有一定難度，對(duì)學(xué)生的邏輯分析能力和數(shù)學(xué)計(jì)算分析能力都有一定的要求，而且每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)容抽象難懂，很容易使學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒。

3.學(xué)習(xí)內(nèi)容難以聯(lián)系到實(shí)際應(yīng)用。部分學(xué)生反映，雖然對(duì)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)已經(jīng)理解了，但是很難將這些知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來，靈活使用到實(shí)際問題的解決中。

因此，在理論課授課過程中，為了有效改善上述教學(xué)效果不佳的情況，可以嘗試將教學(xué)內(nèi)容分成四步目標(biāo)來實(shí)現(xiàn)：

1.講清楚數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程在整個(gè)專業(yè)課程體系中的地位。讓學(xué)生從宏觀上把握這門課，明確為什么要學(xué)習(xí)該課程、該課程的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容有哪些以及怎樣才能學(xué)好該課程？使得學(xué)生對(duì)課程的重點(diǎn)內(nèi)容和精髓部分有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)和把握，以便在后續(xù)學(xué)習(xí)中做到有的放矢。

2.在正式講解課程內(nèi)容之前，應(yīng)先計(jì)劃一定的課時(shí)來復(fù)習(xí)高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言的基礎(chǔ)知識(shí)。將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中所涉及到的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言知識(shí)作出條理清楚的總結(jié)和歸納。以便學(xué)生順利過渡到后面的課程原理和實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中。

3.分知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)講解。以學(xué)生熟悉的例子作為引導(dǎo)，對(duì)于每種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和操作，結(jié)合算法進(jìn)行具體分析和講解，著重各知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用，讓學(xué)生很好地掌握這門課的知識(shí)點(diǎn)。

4.注重案例教學(xué)。綜合這門課程所學(xué)習(xí)的內(nèi)容設(shè)計(jì)案例，讓學(xué)生將各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的知識(shí)進(jìn)行綜合應(yīng)用，采取教師帶學(xué)、學(xué)生分組討論、學(xué)生獨(dú)立分析和解決問題等方式學(xué)以致用，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論解決實(shí)際問題的能力。

三、實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)探討

目前，大多數(shù)高校數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的設(shè)置均是以理論課為主、實(shí)踐課為輔的教學(xué)模式設(shè)計(jì)。課程設(shè)置偏重于理論教學(xué)，實(shí)踐成績的考評(píng)主要依據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。當(dāng)然，這與對(duì)本科生的培養(yǎng)目標(biāo)是息息相關(guān)的，在很長一段時(shí)間也取得了一定的成效。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程是一門理論與實(shí)踐綜合的課程，實(shí)踐教學(xué)的重要程度不亞于理論傳授。于是，很多高校越來越重視數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)踐教學(xué)，國內(nèi)外比較有影響力的教學(xué)模式有：講授模式、互動(dòng)模式、任務(wù)驅(qū)動(dòng)模式、范例模式等。這些模式集中體現(xiàn)了“教為主導(dǎo)，學(xué)為主體”的教學(xué)思想。但是，由于本課程涉及知識(shí)點(diǎn)多、邏輯性強(qiáng)、抽象性高、理解難度大，學(xué)生學(xué)習(xí)起來比較吃力，大部分學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力不同，用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力較弱，很多學(xué)生在課程學(xué)習(xí)結(jié)束后，依舊無法編寫基本的排序算法、查找算法等程序，面對(duì)實(shí)際問題不知道怎樣動(dòng)手去解決。特別是在從事大型軟件工程時(shí)，靈活應(yīng)用相應(yīng)算法能力比較欠缺的矛盾更為突出。因此，關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程實(shí)踐教學(xué)的合理設(shè)計(jì)，成為當(dāng)前急需解決的問題。針對(duì)上述問題，有必要對(duì)實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行設(shè)計(jì)與探索[5]，具體措施如下：

1.加大實(shí)驗(yàn)課程的課時(shí)量。一個(gè)理論知識(shí)點(diǎn)配備一次實(shí)踐課，在每個(gè)理論教學(xué)知識(shí)點(diǎn)講解之后，馬上讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐，先實(shí)現(xiàn)教材中的基本算法，便于深化理解所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的基本思想和設(shè)計(jì)算法的基本程序，理論和實(shí)踐結(jié)合的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，也可以及時(shí)解決學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的困惑。

2.注重激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。由于課程的學(xué)習(xí)難度大，有必要引入一些有趣的實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，調(diào)動(dòng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的積極性。例如，在講解遞歸時(shí)可以從一個(gè)游戲漢諾塔問題開始講解，先帶領(lǐng)學(xué)生玩幾盤漢諾塔游戲，然后指出其中的遞歸思想，并講解遞歸的理論算法，最后把該算法運(yùn)用在游戲中，讓機(jī)器指導(dǎo)我們?nèi)ト绾闻矂?dòng)游戲中的盤子。

3.開發(fā)新的設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，注重案例教學(xué)。開發(fā)新的設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到解決實(shí)際問題中。例如，設(shè)計(jì)一個(gè)學(xué)生管理系統(tǒng)，建立一個(gè)學(xué)生信息表，輸入學(xué)號(hào)、姓名、性別、班級(jí)、課程、分?jǐn)?shù)等信息，注意分析數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，并以合適的方式進(jìn)行組織，可以選擇有序、無序順序表或索引順序表示。綜合應(yīng)用基本的查找算法完成數(shù)據(jù)的查詢。設(shè)計(jì)型的實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生將所學(xué)的知識(shí)帶入到實(shí)踐運(yùn)用中，讓學(xué)生體驗(yàn)結(jié)構(gòu)選擇和算法設(shè)計(jì)的思維方式與技巧，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。

四、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在線課程建設(shè)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容具有知識(shí)點(diǎn)多且抽象、理論與實(shí)踐并重等特點(diǎn)，另外，每個(gè)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力也存在差異性。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)和集中上機(jī)實(shí)踐很難全面顧及到每一個(gè)學(xué)生。因此，在不斷完善課程設(shè)計(jì)的前提下，有必要進(jìn)行教學(xué)方式的改革，例如建設(shè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的在線課程，提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。在線課程建設(shè)的具體內(nèi)容為：梳理課程內(nèi)容、提煉重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)，針對(duì)這些必須掌握的知識(shí)點(diǎn)錄制教學(xué)視頻講解。學(xué)生可以結(jié)合自己的學(xué)習(xí)掌握情況，有目的地選擇自己要學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)，且沒有時(shí)間和空間的限制。

五、結(jié)束語

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)類專業(yè)必學(xué)的一門重要基礎(chǔ)課，在其教學(xué)過程中，不僅需要注重理論教學(xué)中各知識(shí)點(diǎn)的講解，更需要設(shè)計(jì)合理的實(shí)踐教學(xué)，使其貫穿理論教學(xué)的始終。為培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力、培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，需要不斷探索理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的合理分配及課程設(shè)計(jì)，以適應(yīng)當(dāng)今培養(yǎng)應(yīng)用型本科生的市場需求，幫助學(xué)生既掌握扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，又具備解決實(shí)際問題的能力。

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