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數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革與實(shí)踐

2011-01-01 00:00:00陳雪剛
計(jì)算機(jī)教育 2011年4期


  摘要:根據(jù)課程教學(xué)特點(diǎn)探討教學(xué)改革的指導(dǎo)思想,提出5個(gè)方面的措施,通過面向?qū)ο蠡虒W(xué)思想、案例、項(xiàng)目驅(qū)動相結(jié)合的教學(xué)方法、課程網(wǎng)站建設(shè)以及考核體系方面的改革和實(shí)踐,為教學(xué)改革提供借鑒。
  關(guān)鍵詞:對象技術(shù);案例教學(xué);項(xiàng)目驅(qū)動;考核體系
  
  數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不僅是計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)性的專業(yè)必修課,也是信息、數(shù)學(xué)等非計(jì)算機(jī)專業(yè)的必修課或選修課,它旨在培養(yǎng)學(xué)生將客觀世界的應(yīng)用問題按照面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的思想轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可處理、加工的數(shù)據(jù),能根據(jù)數(shù)據(jù)的屬性,選擇合適的邏輯結(jié)構(gòu)(設(shè)計(jì)問題的數(shù)學(xué)模型)和存儲結(jié)構(gòu)(數(shù)學(xué)模型的實(shí)現(xiàn)),也就是從問題中抽象出一個(gè)適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型(設(shè)計(jì)的算法),以及數(shù)學(xué)模型在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的表示和實(shí)現(xiàn)(算法實(shí)現(xiàn))的能力,初步掌握對算法性能分析,利用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想訓(xùn)練復(fù)雜程序設(shè)計(jì)的能力。深刻理解數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的存儲問題,重點(diǎn)是數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)和在特定結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的算法實(shí)現(xiàn),注重算法的效率性和在實(shí)際問題中選擇結(jié)構(gòu),以提高學(xué)生軟件分析、設(shè)計(jì)、編程和數(shù)據(jù)組織的能力,為后續(xù)學(xué)習(xí)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、軟件工程、數(shù)據(jù)庫原理、人工智能等課程奠定堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。因此,如何提高數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)質(zhì)量是課程改革的一項(xiàng)緊急任務(wù)。
  
  1 教學(xué)改革的指導(dǎo)思想
  
  我們認(rèn)為,教學(xué)改革注重以下4方面問題:1)教師樹立現(xiàn)代化的教育觀是教學(xué)改革的根本,把“以教師為主體”、“以課堂為中心”的傳統(tǒng)教育觀轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生為主體”、“以實(shí)踐為中心”的新教育觀,教師的課堂教學(xué)要視情況發(fā)展而變化。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容是程序設(shè)計(jì)和軟件工程的基礎(chǔ),也是程序設(shè)計(jì)思想發(fā)展的必然結(jié)果,隨著程序設(shè)計(jì)在非數(shù)值處理領(lǐng)域越來越深,程序規(guī)模也越來越大,它要求程序具有可重用性、繼承性等功能,于是出現(xiàn)了面向?qū)ο?OO:Obiect-Oriented)技術(shù),根據(jù)程序設(shè)計(jì)的需要,教師在講授時(shí)應(yīng)朝著面向?qū)ο蠹夹g(shù)作相應(yīng)調(diào)整。2)目前,很多學(xué)校都開始注意選擇面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言版本的教材,如C++或者Java類的教材,但值得注意的是,學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之前只學(xué)了C語言程序設(shè)計(jì),缺乏面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的思想,更沒有復(fù)雜程序設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn),他們也許可以看懂對某一問題的算法,但到實(shí)驗(yàn)室上機(jī)編程時(shí),卻不知從何下手,學(xué)生本想通過編程來驗(yàn)證一些理論和算法以及一些想法,提高學(xué)習(xí)興趣,此時(shí),卻無法實(shí)現(xiàn),學(xué)習(xí)興趣和動力受到影響。上述問題的原因可以歸納為以下幾點(diǎn):1)程序設(shè)計(jì)的訓(xùn)練不夠;2)沒有接受復(fù)雜代碼的完整的程序訓(xùn)練;3)在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)過程中,教師往往只注重課本上的理論教學(xué),缺乏將理論和算法轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的代碼的實(shí)例。針對這樣的問題,我們將“案例教學(xué)、項(xiàng)目驅(qū)動”教學(xué)方法應(yīng)用到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)中,將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)抽象的內(nèi)容具體化、實(shí)例化,將空洞的理論和算法項(xiàng)目化,在案例教學(xué)中學(xué)習(xí),在項(xiàng)目實(shí)踐中鍛煉,借鑒企業(yè)項(xiàng)目的實(shí)際操作,縮短學(xué)校學(xué)習(xí)與企業(yè)工作之間的距離,實(shí)現(xiàn)學(xué)校實(shí)驗(yàn)室與企業(yè)環(huán)境的零距離。4)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)覆蓋的內(nèi)容多而廣,牽涉到前驅(qū)課程也較多,在課堂教學(xué)時(shí)數(shù)及實(shí)驗(yàn)時(shí)數(shù)都有所縮減的情況下,為了更好地使學(xué)生熟練掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識,我們可以開辟新的學(xué)習(xí)環(huán)境——網(wǎng)絡(luò)課堂。我們發(fā)現(xiàn),學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中,希望找到更多更全的相關(guān)資料,希望了解自身在該門課程上的學(xué)習(xí)狀態(tài),有了網(wǎng)絡(luò)課堂,學(xué)生就可以從課程網(wǎng)站瀏覽或下載相關(guān)內(nèi)容。5)良好的課程考核體系至關(guān)重要,教師應(yīng)在第一堂課時(shí)就將課程的考核方案+實(shí)驗(yàn)要求公布出來,讓學(xué)生將學(xué)習(xí)和考核結(jié)合起來,促進(jìn)學(xué)習(xí)。上述教學(xué)改革,可以更好地提高教學(xué)水平,實(shí)現(xiàn)提高學(xué)生的抽象思維能力、培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力和創(chuàng)新能力的課程教學(xué)宗旨。
  
  2 課程教學(xué)模式改革的實(shí)踐探索
  
  2.1 將面向?qū)ο蠡虒W(xué)思想融入課堂
  面向?qū)ο蠓椒ㄊ钱?dāng)今乃至將來程序設(shè)計(jì)的一種流行方法,它形成了新的學(xué)科分支,并廣泛應(yīng)用于操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、軟件工程和人工智能等領(lǐng)域,加強(qiáng)這種方法的磨練,對學(xué)生學(xué)好后續(xù)相關(guān)課程非常重要。其方法具有如下優(yōu)點(diǎn)。
  1)提高軟件的可修改性、可重用性、可維護(hù)性。一旦某個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,只需簡單修改和數(shù)據(jù)封裝在一起的有關(guān)操作,只要操作的對外接口保持不變,程序的其他代碼就不用修改。
  2)提高軟件的安全性。由于數(shù)據(jù)的屬性和方法是封裝的,對外只提供使用的接口。
  3)對象具有繼承性。將幾種常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)抽象化為對象,每一個(gè)結(jié)構(gòu)就是一個(gè)類,這些可重用的類打成包,以備以后在程序開發(fā)中重用。
  例如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要強(qiáng)調(diào)兩個(gè)方面的內(nèi)容:一是同類數(shù)據(jù)元素間的依賴關(guān)系;二是針對這些依賴關(guān)系的基本操作。這些操作是充分的,依賴它們可以實(shí)現(xiàn)對這些具有特定關(guān)系的元素的任意訪問。抽象數(shù)據(jù)類型(ADT)的接口用一種類型和該類型上的一組操作來定義,每個(gè)操作由它的輸入和輸出定義,現(xiàn)在用一種更高層的抽象技術(shù),也就是面向?qū)ο蠹夹g(shù),可以將其抽象數(shù)據(jù)類型進(jìn)行轉(zhuǎn)化。ADT是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(客觀實(shí)體)的邏輯描述形式,其形式如圖1所示。
  將抽象數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)化為對象,其描述的形式如圖2所示,從中我們不難發(fā)現(xiàn),ADT和OO都是對數(shù)據(jù)元素及其相互關(guān)系的描述及其操作的描述。面向?qū)ο蠓椒ê苋菀讖某橄髷?shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)化過來,用面向?qū)ο蠓椒ǖ乃枷氤橄蠡陀^實(shí)體,在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中,線性結(jié)構(gòu),樹形結(jié)構(gòu)和圖形結(jié)構(gòu)都是采用抽象數(shù)據(jù)類型的描述方式,在課堂講解時(shí),都可以以面向?qū)ο蠓椒▉矸治鲞@些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
  
  
  2.2 應(yīng)用案例調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性
  案例教學(xué)是指由教師選擇典型項(xiàng)目,以合適的形式把學(xué)生帶入一種特定的真實(shí)企業(yè)項(xiàng)目或模擬企業(yè)項(xiàng)目情境中,在教師的指引下,由學(xué)生依靠已學(xué)知識和背景,在這種類似企業(yè)項(xiàng)目情境中發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題,這種教學(xué)緊緊圍繞已學(xué)知識,借助案例使理論和實(shí)踐緊密地結(jié)合起來,最終達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題能力的目的。
  案例教學(xué)是一種啟發(fā)性教學(xué)模式,必須在詳細(xì)講完一個(gè)章節(jié)的理論知識后,有目的、有針對性地設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)案例,案例要充分體現(xiàn)本章理論知識的應(yīng)用,運(yùn)用理論指導(dǎo)實(shí)踐,學(xué)以致用,增強(qiáng)學(xué)生潛在的學(xué)習(xí)興趣,同時(shí),要消除學(xué)生的畏難情緒,理論知識理論性強(qiáng)、概念抽象,且比較難懂,案例有助于促進(jìn)理論知識的提升,加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力,例如,講解線性表的順序存儲結(jié)構(gòu)時(shí),由于教材對算法描述都是采用類C語言,順序表建立、插入、刪除的基本操作可以作為一個(gè)典型案例,作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,把實(shí)驗(yàn)的目的、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)所需的軟件和硬件設(shè)備、實(shí)驗(yàn)原理圖、實(shí)驗(yàn)方法和步驟一一展示出來,重點(diǎn)是分析這些實(shí)驗(yàn)操作的過程和展示類C語言描述的算法轉(zhuǎn)換成C語言的源程序并將其實(shí)現(xiàn)。通過案例對任務(wù)進(jìn)行細(xì)化和深化,突出重點(diǎn),透析難點(diǎn),引導(dǎo)學(xué)生主動參與項(xiàng)目分析討論,啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生對案例進(jìn)行思考分析,最后提供解決問題的方案,指引完成任務(wù)的實(shí)現(xiàn)途徑。這種帶著問題進(jìn)行思考和分析的教學(xué)方式,調(diào)動了學(xué)生主動求知的欲望,學(xué)生感受到了實(shí)驗(yàn)成功的喜悅,不再把學(xué)習(xí)當(dāng)做枯燥無味的任務(wù)來隨便應(yīng)付。
  
  2.3 以項(xiàng)目驅(qū)動提升實(shí)踐能力
  項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)是以項(xiàng)目為載體構(gòu)建學(xué)習(xí)情境,學(xué)生在老師的指導(dǎo)下,通過共同學(xué)習(xí),協(xié)作完成一個(gè)完整的綜合性項(xiàng)目,以達(dá)到完成教學(xué)任務(wù)的一種教學(xué)方法,它適用于學(xué)習(xí)各類實(shí)踐性和操作性強(qiáng)的課程,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)便是如此,這有利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、分析問題和解決問題的能力。
  在項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)過程中,要注重3個(gè)中心的變化,一是由以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心,轉(zhuǎn)變前教學(xué)是以老師講、學(xué)生聽的被動學(xué)習(xí),課堂氣氛沉悶,缺乏師生交流,轉(zhuǎn)變后是以學(xué)生為主體,學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)和討論;二是由以課本為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐皂?xiàng)目為中心,過去以課本為綱,照本宣科,現(xiàn)在需要教師在學(xué)完章節(jié)的理論后引進(jìn)相應(yīng)案例,如上所述,在講解線性表的順序存儲結(jié)構(gòu)時(shí),引進(jìn)相應(yīng)的案例,同時(shí),需要備好對應(yīng)的項(xiàng)目(包括實(shí)驗(yàn)所需的軟件和硬件設(shè)備,實(shí)驗(yàn)原理圖,實(shí)驗(yàn)方法和步驟,最后的結(jié)果演示,上交項(xiàng)目報(bào)告的寫作要求等),例如線性表的合并等項(xiàng)目供同學(xué)們選擇,每組3~5人,自由組合,發(fā)揮各自的特長,自選組長,明確分工,組長對各成員承擔(dān)的任務(wù)進(jìn)行考核和管理,學(xué)生可以在課外根據(jù)老師在課堂所講的案例和查閱相關(guān)資料,自主學(xué)習(xí),充分發(fā)揮共同學(xué)習(xí),協(xié)作完成任務(wù),所有項(xiàng)目最多可以有2、3組選擇,避免抄襲;三是由以課堂為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫?shí)踐為中心,課堂的講解是為了更好的上機(jī)操作,所有的工作都是為實(shí)踐服務(wù),項(xiàng)目的完成和項(xiàng)目的演示都在實(shí)驗(yàn)室,在項(xiàng)目開發(fā)過程中,教師對項(xiàng)目進(jìn)行具體的指導(dǎo),項(xiàng)目完成要進(jìn)行程序演示,并對每個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行點(diǎn)評和總結(jié)。緊緊圍繞這3個(gè)中心,把工作做細(xì),方案備全,學(xué)生在項(xiàng)目驅(qū)動的環(huán)境中使原有的知識、經(jīng)驗(yàn)得到進(jìn)一步的充實(shí)、豐富、完善和重構(gòu),提升實(shí)踐操作的能力,縮短與社會、企業(yè)需求的差距。
  
  2.4 建設(shè)課程網(wǎng)站
  利用校園網(wǎng)或?qū)iT開發(fā)課程的網(wǎng)站,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程非常合適開設(shè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。網(wǎng)站都配備有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教學(xué)課件、學(xué)習(xí)指南、算法的演示程序以及源程序、配套的習(xí)題等資料,學(xué)生可以在課外隨時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí),同時(shí),教師的“教”與學(xué)生的“學(xué)”有更多的互動,例如,學(xué)生遇到問題可以在網(wǎng)絡(luò)上留言,老師適時(shí)在線指導(dǎo),這種課堂、實(shí)驗(yàn)室以外的學(xué)習(xí)可以有效解決學(xué)生課外學(xué)習(xí)所遇到的問題。
  
  2.5 建立良好的考核體系
  考試是檢驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和檢查學(xué)生掌握知識水平的一種重要手段。傳統(tǒng)的教學(xué)模式只關(guān)注學(xué)生卷面的成績,把考試分?jǐn)?shù)作為衡量學(xué)生成績的唯一手段。隨著教學(xué)方法和教學(xué)環(huán)境的改變,我們需要一套科學(xué)的考評體系。
  考核體系要全面、公平、客觀地評價(jià)學(xué)生該課程學(xué)習(xí)所達(dá)到的水平,針對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課是一門必修課,我們采用閉卷考試進(jìn)行考核,但總評成績由一下評定構(gòu)成:平時(shí)表現(xiàn)占10%,包括理論課和實(shí)驗(yàn)課不定時(shí)點(diǎn)名制,考核學(xué)生到課情況:課后作業(yè)和小項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)完成情況。課程項(xiàng)目占30%,課程學(xué)完后,學(xué)生按照項(xiàng)目要求,3~5人一組,每組完成一個(gè)大作業(yè),其中小組答辯10%、項(xiàng)目報(bào)告20%。期末考試占60%。由這3部分組成的考核,降低了試卷分?jǐn)?shù)的比例,更注重學(xué)生平時(shí)表現(xiàn)和學(xué)習(xí)過程,尤其是實(shí)驗(yàn)動手能力。這有利于推進(jìn)教學(xué),提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。
  
  3 教學(xué)實(shí)踐
  
  為了驗(yàn)證教學(xué)模式改革在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中的效果,我們在信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)1班43人(其中女生7人)和2班41人(其中女生6人)做了一次實(shí)踐,兩個(gè)班學(xué)生的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)都差不多,現(xiàn)在1班采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法,2班采用改革的教學(xué)模式,期末測評采用統(tǒng)一的考核體系:平時(shí)成績(10%)+課程項(xiàng)目(30%)+期末考試(60%),現(xiàn)將兩個(gè)班的期末平均測評結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表1所示。
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  結(jié)果顯示,改革后的教學(xué)模式,提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和學(xué)習(xí)興趣。案例教學(xué)、項(xiàng)目驅(qū)動,引入了企業(yè)化的環(huán)境,模擬了項(xiàng)目開發(fā)過程,培養(yǎng)了學(xué)生對項(xiàng)目實(shí)施的解決問題的能力,同時(shí),加深了學(xué)生對理論的理解。
  
  4 結(jié)語
  
  數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密邏輯思維的能力和提高抽象數(shù)據(jù)表示能力,以及提高算法實(shí)現(xiàn)能力的重要課程,要探索出更為科學(xué)的課程教學(xué)模式,我們?nèi)孕枰稽c(diǎn)一滴的積累,本文從面向?qū)ο蠡虒W(xué)思想、案例教學(xué),項(xiàng)目驅(qū)動相結(jié)合的教學(xué)方法、課程網(wǎng)站建設(shè)以及考核體系方面,對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)模式的實(shí)踐與總結(jié),旨在探索一種可行性的教學(xué)模式,在設(shè)計(jì)和實(shí)施中還有許多不足之處,還有待于進(jìn)一步的完善和改進(jìn)。
  
  
  (編輯:郭小

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