大數(shù)據(jù)視野下《數(shù)據(jù)結構》課程教學方法的探索

胡艷宏，龐 倩，尹文曉，李 強

（河北北方學院，河北 張家口 075000）

0 引言

隨著高等教育教學改革不斷深化，課程教學改革迎來了新機遇，面對凸出的課程教學問題，各大高校積極探索了一系列的改革措施，尤其是實現(xiàn)了對課程教學范式的改革?！稊?shù)據(jù)結構》課程是高校計算機等相關專業(yè)的必修課，也是其他專業(yè)性課程開展的重要基礎，如果此門課程的學習效果較差，那《編譯原理》、《操作系統(tǒng)》等課程學起來就會比較吃力，學習難度系數(shù)會明顯提高?？梢姡稊?shù)據(jù)結構》課程在專業(yè)課程體系中處于重要地位。

1 《數(shù)據(jù)結構》課程教學的重要性

在計算機技術深入發(fā)展的情況下，簡單的模型已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代社會對技術的要求，數(shù)據(jù)結構越來越受到重視。在計算機普遍應用的過程中，數(shù)據(jù)結構逐漸成為人們重點關注的內(nèi)容，尤其是將其用于解決非數(shù)值類的計算問題。據(jù)不完全統(tǒng)計，以計算機時間為參照，非數(shù)值類計算問題的占比已經(jīng)高達百分之八十六左右，這些問題具有共性，主要表現(xiàn)是數(shù)據(jù)結構極為復雜，數(shù)字關系已經(jīng)無法有效表示不同數(shù)據(jù)結構的內(nèi)在關系，這給計算機操作者帶來了很大的難度，提高了對計算機操作者信息化素養(yǎng)的要求，計算機操作者尤其要具備較好的數(shù)據(jù)結構方面的專業(yè)知識和技能。因此，《數(shù)據(jù)結構》課程開始走進高校課程，成為計算機等相關專業(yè)的必修課程，此課程內(nèi)容對學生未來從事計算機相關職業(yè)大有裨益?！稊?shù)據(jù)結構》課程以非數(shù)值計算問題為研究對象，加強對此對象的程序設計，研究了不同數(shù)據(jù)結構之間存在的復雜關系及相關運算過程。此課程是計算機專業(yè)的核心課程，對學習其他專業(yè)課程有著很大的影響，是學習《數(shù)據(jù)庫原理與應用》等后續(xù)課程的基礎。學生在此課程中可以深入理解不同的數(shù)據(jù)結構類型，掌握各種數(shù)據(jù)結構運算，以及科學處理不同數(shù)據(jù)結構之間存在的關系問題，學會使用高級編程方法，掌握科學規(guī)范的數(shù)據(jù)結構編寫程序，為未來從事相關工作或做軟件系統(tǒng)開發(fā)奠定深厚的基礎。

2 大數(shù)據(jù)時代需要加強《數(shù)據(jù)結構》課程教學創(chuàng)新

2.1 充分發(fā)揮前沿話題的引導作用，扎實推進基礎內(nèi)容教學

大數(shù)據(jù)背景下，計算機發(fā)展促使信息技術日新月異，各種先進技術在不斷涌現(xiàn)的同時也催生出很多技術類的熱點問題，這些前沿話題對于學生學習《數(shù)據(jù)結構》課程非常有好處。前沿的技術往往涉及對基礎理論的運用，前沿話題也常常是學術界探討的一般性問題，與學生學習的《數(shù)據(jù)結構》課程內(nèi)容息息相關。教師在授課時，可以適當選擇一些與授課內(nèi)容聯(lián)系緊密的前沿話題，這不僅可以聯(lián)系當下的技術熱點問題，而且具有實際的討論價值，可以激起學生的好奇心，進而逐漸過渡到本節(jié)課的課程內(nèi)容。以算法時間和空間復雜度內(nèi)容為例，教師可以引入人機大戰(zhàn)話題，向?qū)W生提出問題，借著前沿問題引出算法復雜度的知識點，以此加深學生對課程內(nèi)容的理解程度。

2.2 注重基礎理論教學，加強前沿技術延伸

在授課過程中，教師不僅可以把前沿問題作為課程導入部分，也可以在講解理論基礎知識后進行引入，增進學生對本節(jié)課知識點的理解?！稊?shù)據(jù)結構》課程較為抽象，邏輯性較強，不利于學生理解和內(nèi)化。以稀疏矩陣內(nèi)容為例，教師可以將本節(jié)課的教學內(nèi)容融合進與圖像、視頻數(shù)據(jù)存儲相關的前沿技術問題中，引導學生學會利用稀疏矩陣分析存儲原理及有關應用，這不僅可以強化學生對稀疏矩陣理論知識的二次學習和深度理解，而且有利于學生靈活運用理論知識分析實際問題，培養(yǎng)學生學以致用的思維。

3 大數(shù)據(jù)環(huán)境下優(yōu)化與創(chuàng)新《數(shù)據(jù)結構》課程教學的重要策略

3.1 重構課程教學目標，明確教學要求

《數(shù)據(jù)結構》在計算機專業(yè)課程體系中占據(jù)著重要地位，是本專業(yè)學生必須學習的一門基礎性課程，也是入門級課程。院系應重新定位課程教學目標，進一步細化和明確教學基本要求，不僅要注重知識傳授過程，更要關注培養(yǎng)學生的運用和創(chuàng)造能力。明確規(guī)定學生需要學習的課程內(nèi)容、教師的授課方式，還有通過學習本門課程所要達到的教學效果。例如，了解不同類型數(shù)據(jù)結構的特點，掌握其操作原理及相關的編程算法，并能夠從空間、時間兩個維度對算法進行深入分析。與此同時，能夠運用理論知識解決數(shù)據(jù)結構問題，以具體案例為參照，選擇恰當?shù)乃惴?，熟悉并掌握軟件工程的編寫?guī)范。

3.2 以大數(shù)據(jù)為依托，深化數(shù)據(jù)結構內(nèi)容

《數(shù)據(jù)結構》課程應以大數(shù)據(jù)為依托，在理論知識的基礎上融合前沿話題和前沿技術，從而達到深化數(shù)據(jù)結構內(nèi)容的目的。此課程內(nèi)容較為枯燥，且不易理解，教師應多利用真實的相關例子導入課程，幫助學生理解知識點，掌握前沿的信息技術，幫助學生明白數(shù)據(jù)結構知識在具體實例中是如何應用的，讓學生獲得真實的學習體驗，這種方式往往比單純死記硬背枯燥的數(shù)據(jù)結構知識更有效果。教師還可以引導學生總結大數(shù)據(jù)技術包含的數(shù)據(jù)結構知識，幫助學生建立大數(shù)據(jù)思維，為學習后續(xù)課程內(nèi)容奠定基礎。

3.3 加強大數(shù)據(jù)與教學實踐的融合，改善實踐教學效果

《數(shù)據(jù)結構》課程包含很多數(shù)據(jù)內(nèi)容，為了體現(xiàn)大數(shù)據(jù)與教學實踐融合的重要作用，以及改善大數(shù)據(jù)應用對實踐教學的效果，本文選取“樹與決策樹”內(nèi)容為例進行詳實解讀，并結合具體教學案例進行講解。樹在大數(shù)據(jù)中有著普遍的應用，本文以機器學習中決策樹的應用為例，將其作為具體教學案例融入《數(shù)據(jù)結構》課程教學中。作為樹形結構的一種，決策樹的每一個支點都有著特定的代表意義，在已知每一種情況發(fā)生概率的前提條件下，構建一種預測模型，用于預測某一件事的可行性。比如，依據(jù)未來七日的天氣判定小剛是否可以外出打高爾夫，事先做好近七日天氣情況匯總表，再依據(jù)匯總表構建如圖2所示的決策樹，以此為依據(jù)有效預測小剛是否可以外出打高爾夫。此案例不僅可以讓學生深入了解關于“樹”的知識及有關運用，還能夠為后續(xù)學習算法打下基礎。

3.4 不斷創(chuàng)新教學模式，注重大數(shù)據(jù)思維及對創(chuàng)造能力的培養(yǎng)

要想改善《數(shù)據(jù)結構》課程的教學效果，亟需轉變教學模式，首先，創(chuàng)新教學方法，關注學生的學習需求。大數(shù)據(jù)時代知識變得更加多元，教師應調(diào)整教學方法，提升課堂設計水平；其次，選擇適切的網(wǎng)絡資源，教師可以利用網(wǎng)絡授課軟件為學生分享與課程內(nèi)容相關的資料，讓學生掌握自主學習的方法；最后，學校應積極構建大數(shù)據(jù)實驗平臺，為師生學習數(shù)據(jù)結構內(nèi)容提供重要支撐，教師利用大平臺為學生講解具體的教學案例，并組織學生在平臺上完成模擬操作，這既可以鍛煉學生的大數(shù)據(jù)思維，又能夠培養(yǎng)學生的實踐操作和創(chuàng)造能力。

4 《數(shù)據(jù)結構》課程教學改革效果評價

在大數(shù)據(jù)環(huán)境影響下，《數(shù)據(jù)結構》課程有了更為豐富的教學內(nèi)容，取得了較好的教學成效。為了更好地評價本課程的教學改革成效，依據(jù)學生的分組情況，以小組為研究對象開展了針對教學效果的調(diào)研活動，調(diào)研結果如下：

其一，革新了《數(shù)據(jù)結構》課程的教學模式，加強了大數(shù)據(jù)技術的融入，實踐教學效果顯著，學生上課積極性較高，并能夠圍繞前沿話題開展討論，提升了自主學習能力。

其二，課程目標更加明確，教學要求更具有針對性。將前沿技術和前沿問題貫穿于課程內(nèi)容中，給學生提供了真實的教學環(huán)境，課程設計更有梯度。對具體教學案例的選擇讓學生對數(shù)據(jù)結構有了更為深入的理解，對程序設計、代碼調(diào)試等更為熟練，培養(yǎng)了學生的大數(shù)據(jù)思維和運用能力。

其三，前沿話題、技術應用案例豐富了課程內(nèi)容，開拓了學生視野，讓學生真實感受到《數(shù)據(jù)結構》課程內(nèi)容在現(xiàn)實生活中的具體應用，明白處理數(shù)據(jù)結構問題所需具備的專業(yè)知識和素養(yǎng)，同時，也使其更加明確日后從事對口專業(yè)所需掌握的理論知識及關鍵能力。

5 結束語

現(xiàn)階段，大數(shù)據(jù)時代已經(jīng)到來，大數(shù)據(jù)技術對生產(chǎn)生活有著重要影響，這對高校計算機等相關專業(yè)的課程設置提出了更為明確的導向，對課程教學質(zhì)量提出了更高要求?！稊?shù)據(jù)結構》作為一門基礎性課程，是學生深入理解和運用大數(shù)據(jù)技術處理計算機問題的重要理論依據(jù)。因此，高校應不斷推進此課程改革，在課程要求中明確規(guī)定對大數(shù)據(jù)技術的應用，并充分利用大數(shù)據(jù)技術豐富課程內(nèi)容，提高大數(shù)據(jù)與實踐教學的融合度。