莊鎖法 陳興梅

（安徽科技學(xué)院，安徽 鳳陽 233100）

0 引言

應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)是知識、能力、素質(zhì)和諧發(fā)展的高素質(zhì)人才，是介于傳統(tǒng)學(xué)科型人才與職業(yè)技能型人才的“中間型人才”，要求既有本科人才的學(xué)科教育特征，又有應(yīng)用人才的職業(yè)教育特性，著重培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力應(yīng)該是專業(yè)的主要特性也是最需要加強的部分[1]，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，在計算機科學(xué)與技術(shù)的課程體系中起著承上啟下的作用。其教學(xué)目的是使學(xué)生學(xué)會分析計算機所加工處理的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特性，為軟件開發(fā)過程中涉及的數(shù)據(jù)選擇適當(dāng)?shù)倪壿嫿Y(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的算法，并初步掌握算法的時間效率分析和空間效率分析的技術(shù)。

學(xué)好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對于提高學(xué)生的理論認(rèn)知水平和實踐能力有著極為重要的作用。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求解問題的能力。對于現(xiàn)實世界中的問題，學(xué)生應(yīng)該能從中抽象出一個適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型，該數(shù)學(xué)模型在計算機內(nèi)部用相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表示，然后設(shè)計一個解此數(shù)學(xué)模型的算法，再進(jìn)行編程調(diào)試，最后獲得問題的解答。現(xiàn)在，各個高校數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教材的主要內(nèi)容集中在 “基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義和分析、基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用”這兩個方面，而我們教學(xué)的目的不僅是讓學(xué)生了解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的理論知識，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力，所以我們認(rèn)為應(yīng)用型本科數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教學(xué)要以培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力為核心，重點提高分析設(shè)計能力和編程能力，這樣才能搞好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)，為學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)及實踐打下良好的基礎(chǔ)。

1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程自身特點

（1）本課程高度抽象，需要數(shù)理邏輯、圖論、集合論和代數(shù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)；

（2）內(nèi)容豐富，學(xué)習(xí)量大。“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的研究不僅涉及到計算機硬件（編譯理論、存儲設(shè)備和存取方法）的研究范圍，而且與計算機軟件的研究有著更密切的關(guān)系，無論是編譯系統(tǒng)還是操作系統(tǒng)，都涉及到數(shù)據(jù)元素在存儲器中的分配問題，在研究信息檢索時也必須考慮如何組織數(shù)據(jù)，以便查找和存取數(shù)據(jù)元素更為方便和高效率；

（3）需要運用許多前驅(qū)課程沒有涉及到的知識，在解答問題時也因此困難重重；

（4）隱含在各部分的技術(shù)和方法豐富。

2）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)現(xiàn)狀

長期從事數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)和對學(xué)生學(xué)習(xí)情況的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)中存在如下一些問題。

（1）學(xué)生難理解?！稊?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程是培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力、抽象思維能力，鍛煉學(xué)生分析問題、解決問題能力的課程，由于抽象程度比較高，學(xué)生難以聯(lián)系實際，因此對課程的理解有較大的難度。例如，在課堂上，我們經(jīng)常提到定義節(jié)點或記錄，需要說明用戶類型，一般用elemtype表示，但學(xué)生好長一段時間不能很好理解這一表示。

（2）學(xué)生難實現(xiàn)。在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程包含了大量的算法，目前大部分的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教材都是采用C語言進(jìn)行算法描述，而且主要使用的是C語言里的指針、函數(shù)和結(jié)構(gòu)體這些知識。但在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)這些C語言內(nèi)容恰恰是學(xué)生掌握情況最不理想的部分。雖然大多數(shù)學(xué)生能讀懂算法，明白算法思想，但自己編寫程序?qū)崿F(xiàn)時卻很困難，從某種意義上說，學(xué)生只停留在驗證上，從而學(xué)生對這門課的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)目的性更加迷茫。

（3）應(yīng)用困難。一般教師在教學(xué)中都會向?qū)W生說明數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程更加注重應(yīng)用，但在教學(xué)過程中往往很難甚至沒有具體的應(yīng)用，學(xué)生反映教材中內(nèi)容學(xué)懂了，但仍然無法應(yīng)用到實際問題中。一方面，不知如何選擇數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；另一方面，不清楚如何優(yōu)化算法，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性受到了一定的影響。

（4）教學(xué)模式單一。目前，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程在在教學(xué)手段上采用多媒體課件教學(xué)或者傳統(tǒng)的黑板加粉筆的教學(xué)方式，這種方法雖然清晰、方便，但由于本課程涉及大量的概念、抽象數(shù)據(jù)類型以及算法，理論性強又較為抽象，特別是算法的描述無法在課堂上一一詳細(xì)介紹，算法的執(zhí)行過程很難在課堂上充分演示，使學(xué)生難以想象數(shù)據(jù)之間的復(fù)雜關(guān)系。即使學(xué)生在課堂上聽懂了，課后也可能無法及時上機實踐，由此導(dǎo)致教師講授的知識多于學(xué)生吸引的知識，長此以往學(xué)生便失去了學(xué)習(xí)的熱情。

1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)方法改革

針對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)中經(jīng)常出現(xiàn)的問題，提出根據(jù)不同內(nèi)容采用不同教學(xué)方法，形成一門課程多種教學(xué)方法并舉的綜合教學(xué)方法改革。

1.1 課堂教學(xué)化抽象為具體

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程涉及數(shù)理邏輯、圖論、集合論和代數(shù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，內(nèi)容高度抽象，涉及很多概念和技術(shù)。為了幫助學(xué)生理解化，降低學(xué)習(xí)難度，化抽象為具體，采用圖示法幫助理解基本概念，制作動畫演示幫助理解算法過程。例如在講解單鏈表中的頭插入法建立鏈表算法[2]時，先分析掃描字符串局部插入核心步驟，兩步操作，第一步：將原鏈表的第一個節(jié)點成為新生成的節(jié)點后繼，語句為s-＞next=head-＞next;第二步：新生成的節(jié)點成為第一個節(jié)點，語句為head-＞next=s;然后用幻燈片做圖形動畫演示，每一個操作步驟對應(yīng)的圖示過程如圖1所示。

1.2 采用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)是教師根據(jù)課堂教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容的需要，通過設(shè)置具體任務(wù)或案例，引導(dǎo)學(xué)生積極參與分析、討論、協(xié)作等活動，讓學(xué)生在具體的完成任務(wù)情景時積極思考、主動探索，以提高教與學(xué)的質(zhì)量和效果，培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識問題，分析問題和解決問題等綜合能力的一種教學(xué)方法[3]。任務(wù)驅(qū)動法一般分四個步驟[4]：①設(shè)置情景、創(chuàng)建任務(wù)。②分析任務(wù)、提出方案。③搜集素材，完成任務(wù)。④評估總結(jié)。作者所教授的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時，為便于學(xué)生更好地理解和掌握線性表順序存儲、排序算法、查找算法等概念，熟練得掌握插入排序、二分查找等基礎(chǔ)算法，首先安排任務(wù)“學(xué)生成績管理系統(tǒng)”。然后將問題分解為有輸入學(xué)生成績、按學(xué)生成績排序、根據(jù)學(xué)號或姓名查找學(xué)生成績、和基本信息統(tǒng)計等任務(wù)，第三步要求學(xué)生用課堂上學(xué)過的算法來解決每一個模塊，最后一個一個模塊去點評，指出存在的問題和優(yōu)化的方法，這樣逐步推進(jìn)，使學(xué)生有一種從了解、熟悉到深入理解、掌握、運用的漸進(jìn)過程。

1.3 引入案例教學(xué)法，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用意識

案例教學(xué)法是一種開放式、互動式的教學(xué)方式，需要教師根據(jù)理論教學(xué)內(nèi)容事先精心策劃和準(zhǔn)備案例，指導(dǎo)學(xué)生提前閱讀，并組織學(xué)生開展討論案例，形成反復(fù)的互動與交流。將知識融入案例之中，重視實踐，可以大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，從而達(dá)到提高該課程的教學(xué)效果案例分析法，一般在教學(xué)過程中分三步[4]，①首先抽象出數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)。②確定數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)。③算法設(shè)計。本文作者在教學(xué)中，教材是李春葆編寫的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教程》[2]，根據(jù)不同內(nèi)容設(shè)置不同案例，例如，對于線性表，選用案例學(xué)生信息管理系統(tǒng)，對于棧，選用停車場管理系統(tǒng)；對于隊列，選用醫(yī)院病人就診管理系統(tǒng)；對于樹結(jié)構(gòu)，采用計算機中文件管理模型；對于圖采用實際交通圖等。經(jīng)過努力，在案例和問題的驅(qū)動下，教師的引導(dǎo)下，學(xué)生主動去分析問題和解決問題，就產(chǎn)生了學(xué)習(xí)該課程的興趣，很自然地就掌握了該課程的內(nèi)容。

2 加強實驗教學(xué)，提高學(xué)生動手能力

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不僅具有較強的理論性，同時也具有較強的可應(yīng)用性和實踐性。因此，一定要重視教學(xué)實踐。長期以來，課程組重視實踐教學(xué)，致力于理論基礎(chǔ)和實踐教學(xué)的完美結(jié)合，形成了保證基礎(chǔ)實驗，強化設(shè)計實驗，推動綜合實驗多層次的實踐教學(xué)體系[6]?；A(chǔ)實驗是將理論課上講的抽象數(shù)據(jù)類型上機編程實現(xiàn)，在實現(xiàn)的過程中，深刻理解抽象數(shù)據(jù)類型和類之間的關(guān)系、算法設(shè)計和程序?qū)崿F(xiàn)之間的關(guān)系、問題描述和成員函數(shù)之間的關(guān)系，課程組根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程大綱要求，每章編制以驗證為主的基礎(chǔ)性實驗，目的是幫助學(xué)生理解理論課上學(xué)習(xí)的內(nèi)容，同時也訓(xùn)練了學(xué)生的編程；設(shè)計實驗是在基礎(chǔ)實驗的基礎(chǔ)上，給出面向?qū)嶋H應(yīng)用的實踐題目，由學(xué)生自己設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、定義類、實現(xiàn)類，從而解決該實際問題，這樣將幾個知識點連接起來，自己設(shè)計解決一個小的問題，課程組根據(jù)大綱和教材設(shè)計了如表達(dá)式分析與計算、迷宮、停車場管理問題、醫(yī)院病人就診、約瑟夫環(huán)問題、高速公路建設(shè)問題、教學(xué)計劃編排等問題，要求學(xué)生利用課后時間，可以集體討論解決，也可以一個學(xué)生獨立完成，提高了學(xué)生分析問題和解決問題能力；綜合實驗是給出面向?qū)嶋H應(yīng)用的稍大一些的實踐題目，課程組設(shè)置了學(xué)生信息管理系統(tǒng)、圖書管理系統(tǒng)、集合運算、車票管理系統(tǒng)等綜合實驗題目，每一個題目都要求學(xué)生按照需求分析、概要設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、測試分析、效率分析步驟解決，在實驗課組織學(xué)生分別演示程序，分組討論，教師根據(jù)存在的問題進(jìn)行點評.其目的是培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計、程序調(diào)試和程序分析能力，最大限度避免程序抄襲現(xiàn)象。通過設(shè)置綜合實驗題目、實驗?zāi)康暮鸵?，提高學(xué)生的綜合程序設(shè)計。

3 結(jié)束語

分析了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程自身特點，通過對傳統(tǒng)教學(xué)中存在的幾個問題的改進(jìn)，理論課采用抽象變具體、案例教學(xué)法和任務(wù)驅(qū)動法，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，強化了程序設(shè)計的理念，增強了學(xué)生分析問題和解決問題能力，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在應(yīng)用型本科的核心地位更加明顯，課程教學(xué)效果得到了一定的改善，今后我們將進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，以培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才為宗旨，為培養(yǎng)出合格的計算機專業(yè)人才打下夯實基礎(chǔ)。

［1］錢國英,徐立清,應(yīng)雄.高等教育轉(zhuǎn)型與應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)[M].浙江大學(xué)出版社,2007,11:74-75.

［2］李春葆.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教程[M].4版.清華大學(xué)出版社,2013,1.

［3］何克抗.建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境下的教學(xué)設(shè)計[M].北京師范大學(xué)出版社,1998.

［4］曹春萍,陳平.問題驅(qū)動法在“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”教學(xué)中的應(yīng)用探討[J].中國電力教育,2014(23):78-79.

［5］宗瑜.案例教學(xué)法與《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)改革[J].皖西學(xué)院學(xué)報,2009,25(2):30-31.

［6］秦玉平.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程實踐教學(xué)改革與實踐[J].渤海大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2013(12):398-400.