《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)改革與探索

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)改革與探索

摘要:本文對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的性質(zhì)進(jìn)行論述,指出目前課程教學(xué)過(guò)程中存在目的性不明確、理論教學(xué)與實(shí)踐脫節(jié)現(xiàn)象嚴(yán)重和教學(xué)方式陳舊等致使學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)本課程失去興趣等問(wèn)題。針對(duì)課程的特點(diǎn),從整合教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方法和強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)等幾方面提出對(duì)課程教學(xué)的改革與探索。

關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);教學(xué)改革;教學(xué)模式

一、課程的性質(zhì)

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》作為計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課,其主要內(nèi)容包括將現(xiàn)實(shí)世界轉(zhuǎn)化為在計(jì)算機(jī)世界中的抽象的數(shù)據(jù)描述,數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的組織以及不同數(shù)據(jù)類型的基本操作實(shí)現(xiàn)等,是相對(duì)比較難于理解和掌握的課程。它不僅要有計(jì)算機(jī)方面的高級(jí)語(yǔ)言、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)組成原理等軟硬件基礎(chǔ)知識(shí),還需要有一定的如離散數(shù)學(xué)等數(shù)學(xué)理論。

這門課程也是聯(lián)系一般基礎(chǔ)課和專業(yè)課的“橋梁”,它既是程序設(shè)計(jì)的入門課程,也是諸如操作系統(tǒng)、編譯原理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)庫(kù)原理等后續(xù)課程的重要的基礎(chǔ)課程,它不僅是構(gòu)筑這些課程體系與知識(shí)結(jié)構(gòu)的核心課程之一,同時(shí)對(duì)奠定學(xué)生計(jì)算機(jī)專業(yè)的基礎(chǔ)具有重要意義。

從多年對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生跟蹤情況看,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程掌握的程度與學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)后續(xù)課程的積極性密切相關(guān),甚至影響到對(duì)整個(gè)專業(yè)知識(shí)的掌握。

對(duì)畢業(yè)學(xué)生工作情況的跟蹤調(diào)查看,工作中的程序設(shè)計(jì)能力也需要有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識(shí)。一般來(lái)說(shuō),具有較好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)生,在工作過(guò)程中適應(yīng)工作變動(dòng)、開(kāi)辟新的研究陣地的能力較強(qiáng)。

從而能較好地緊跟信息技術(shù)的高速發(fā)展。

從國(guó)內(nèi)外研究生的培養(yǎng)看,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)學(xué)生繼續(xù)從事計(jì)算機(jī)專業(yè)的科學(xué)研究,夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)至關(guān)重要。歷年來(lái)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程通常被指定為計(jì)算機(jī)專業(yè)碩士研究生入學(xué)考試的必考課程。

在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的教學(xué)中,既有理論知識(shí)的傳授,又有實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的指導(dǎo),同時(shí)還有理論如何在實(shí)際程序設(shè)計(jì)中應(yīng)用。因此,《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》是計(jì)算機(jī)專業(yè)及其相關(guān)專業(yè)學(xué)生學(xué)好本專業(yè)必須掌握的重要專業(yè)基礎(chǔ)課。

二、課程教學(xué)現(xiàn)狀

從目前的教學(xué)方法來(lái)看,《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》總是被認(rèn)為是一門深?yuàn)W、抽象的課程,一門理論性很強(qiáng)而和實(shí)踐相脫節(jié)的課程。課程學(xué)完后不能形成一個(gè)整體而完整的體系,而是內(nèi)容上形成切割而相互孤立,學(xué)生為了考試而學(xué)習(xí),而在程序設(shè)計(jì)的能力上不能得到提高。其主要原因有以下幾點(diǎn)。

1.教學(xué)目的性不明確致使學(xué)生喪失學(xué)習(xí)積極性。

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》本來(lái)是在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中總結(jié)而得到的數(shù)據(jù)組織和操作的經(jīng)驗(yàn),用于程序設(shè)計(jì)的指導(dǎo)工作。而目前的教學(xué)目的只是要求掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的幾種基本類型和基本操作。這似乎可以通過(guò)基本數(shù)據(jù)類型的掌握能夠用于指導(dǎo)實(shí)際程序設(shè)計(jì),這就使得教學(xué)過(guò)程注重理論而忽略《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》的根本目的和意義,致使學(xué)生根本不清楚學(xué)習(xí)這門課程究竟有什么作用。由于學(xué)生不明確《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》的作用,導(dǎo)致學(xué)生感覺(jué)課程內(nèi)容抽象、算法復(fù)雜、實(shí)用性不強(qiáng)。

因此在學(xué)習(xí)時(shí)主要是為了應(yīng)付考試,注重課本上的理論內(nèi)容,而不去考慮在具體程序設(shè)計(jì)中如何去使用《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》來(lái)設(shè)計(jì)和解決具體的問(wèn)題。在課程設(shè)計(jì)中,學(xué)生的目的就是為完成編程去苦苦思索,而根本就想不到如何去進(jìn)行數(shù)據(jù)的有效組織和實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的基本操作,這樣就很難提出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的問(wèn)題。很難想象不帶問(wèn)題去學(xué)習(xí)一門課程,會(huì)有很高的學(xué)習(xí)積極性。

2.教學(xué)內(nèi)容的不合理性致使理論和實(shí)踐脫節(jié)。

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》本是一門實(shí)用性很強(qiáng)的課程,主要是培養(yǎng)學(xué)生在程序設(shè)計(jì)方面的邏輯思維能力?？蓮哪壳暗慕虒W(xué)內(nèi)容來(lái)看,強(qiáng)調(diào)的是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的各個(gè)模型內(nèi)容,每個(gè)模型只是說(shuō)明模型的結(jié)構(gòu)和模型的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn),在理論描述上力求做到盡善盡美,如線性結(jié)構(gòu),既講述一般模型和一般基本運(yùn)算,又具體講述棧、隊(duì)列、數(shù)組和字符串。從內(nèi)容安排上,各個(gè)模型之間表現(xiàn)為相對(duì)獨(dú)立的關(guān)系,使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中不能將課程的內(nèi)容聯(lián)貫在一起而形成一個(gè)整體。

至于課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),一般是對(duì)所講述的內(nèi)容的偽代碼翻譯成高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行調(diào)試通過(guò),或者是仿造例子來(lái)完成一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題。所以在具體應(yīng)用上沒(méi)有教會(huì)學(xué)生解決問(wèn)題的思路、算法思想和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的使用,在實(shí)驗(yàn)中只能停留在完成課本內(nèi)容,而對(duì)實(shí)際問(wèn)題則是無(wú)從下手。有的學(xué)生在課程設(shè)計(jì)后反映程序設(shè)計(jì)的思路混亂,不知道如何選擇數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);而有的學(xué)生反映到課程設(shè)計(jì)時(shí)才知道數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的用處。這些都是教學(xué)脫離實(shí)際的最現(xiàn)實(shí)寫照。

3.教學(xué)方式的陳舊致使師生之間缺乏交流和溝通。

計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展日新月異,程序設(shè)計(jì)的思想也是在不斷發(fā)展。從目前的狀態(tài)看,程序設(shè)計(jì)方法已從面向過(guò)程的設(shè)計(jì)方法發(fā)展到面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法。可我們的大部分層次的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)方式還是停留在面向過(guò)程的設(shè)計(jì)思路上,所使用的教材也類似,教師按照課本沿用一貫的思維方法傳授知識(shí),學(xué)生被當(dāng)成聽(tīng)眾,不經(jīng)意間學(xué)生就受到老師的思維模式的影響,這種教學(xué)思維嚴(yán)重落后技術(shù)發(fā)展的的現(xiàn)象也是影響學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的重要原因。教育手段單一,主要是老師講,學(xué)生聽(tīng)的狀態(tài)。學(xué)生接受的知識(shí)局限于教材和老師授課的內(nèi)容,所有學(xué)生都被壓制到同一認(rèn)知水平上。出現(xiàn)能力強(qiáng)的學(xué)生不滿足,而相對(duì)較弱的學(xué)生比較吃力的現(xiàn)象。這種單向的知識(shí)傳輸方式,影響了學(xué)生創(chuàng)造和分析問(wèn)題的能力。

三、課程教學(xué)的改革和探索

針對(duì)上述問(wèn)題以及根據(jù)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的自身特點(diǎn),可以做如下幾方面的課程教學(xué)改革和探索,即:整合教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方法和強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)。

1.整合教學(xué)內(nèi)容。為了增強(qiáng)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”教學(xué)的時(shí)代性。

一是力求教材版本新、質(zhì)量高,以防止教材內(nèi)容滯后,必要時(shí)可以參考國(guó)外原版教材。在教材內(nèi)容編排上,應(yīng)是以程序設(shè)計(jì)的基本原理引領(lǐng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容;在教材內(nèi)容的描述上,應(yīng)選擇程序設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展相對(duì)應(yīng)的手段,如現(xiàn)階段可選擇面向?qū)ο蟮姆椒枋?近幾年來(lái)通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的雙語(yǔ)教學(xué),明顯體會(huì)到國(guó)外原版教材更加強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)用性,簡(jiǎn)單化了理論知識(shí)。二是及時(shí)把反映學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)的新成果反映在授課內(nèi)容里,如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述上盡量使用面向?qū)ο蟮姆椒?描述語(yǔ)言盡量選擇目前較為流行的C++、JAVA等語(yǔ)言;三是教師在授課過(guò)程中,對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合,將形似分散的各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型通過(guò)實(shí)例能夠組成一個(gè)整體。以數(shù)據(jù)查找應(yīng)用為例,待查找的數(shù)據(jù)可以是線性結(jié)構(gòu)的形式組織存儲(chǔ),以此展開(kāi)對(duì)線性結(jié)構(gòu)內(nèi)容講述。為提高數(shù)據(jù)的查找效率,應(yīng)對(duì)待查找的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序。

在各種排序方法中,有序數(shù)可以用二叉排序樹結(jié)構(gòu)的形式組織和存儲(chǔ),以此展開(kāi)對(duì)二叉樹、樹、森林內(nèi)容的講授。類似的,實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容也應(yīng)是配合授課內(nèi)容,對(duì)同一項(xiàng)目能夠逐步深入,從低效率的程序設(shè)計(jì),隨著數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)容的不斷深入,不斷完善程序。

體會(huì)采用不同的數(shù)據(jù)組織方式,帶來(lái)不同的程序運(yùn)行的效率。

2.改革教學(xué)方法。

在教學(xué)過(guò)程中始終貫徹以學(xué)生為主體,教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式。一是采用實(shí)例式與研討式教學(xué)相結(jié)合。可以從項(xiàng)目作為切入點(diǎn)提出項(xiàng)目,按組組織學(xué)生對(duì)項(xiàng)目展開(kāi)討論,在討論的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,提出問(wèn)題,老師參與學(xué)生的討論并針對(duì)問(wèn)題講述解決問(wèn)題所需要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的知識(shí)。這樣既增加了師生之間的互動(dòng),也讓學(xué)生由被動(dòng)變主動(dòng)地學(xué)習(xí)課程內(nèi)容,調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性;同時(shí),學(xué)生的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的思維能力也得到提高。二是傳統(tǒng)的授課方式和現(xiàn)在的信息技術(shù)相結(jié)合。

其一是充分利用多媒體手段,利用動(dòng)畫技術(shù),使講授內(nèi)容變得生動(dòng)和具體,既彌補(bǔ)了單純理論的抽象性,也節(jié)約了時(shí)間,增加了信息量。在多媒體課件中也讓學(xué)生參與交互的演示以加深對(duì)相關(guān)內(nèi)容的認(rèn)識(shí)。

其二是充分利用網(wǎng)絡(luò)資源,創(chuàng)建在線學(xué)習(xí)的課程教學(xué)網(wǎng)站,目前在我們的網(wǎng)站上除了與《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程相關(guān)的課件內(nèi)容外,更多的是可以讓學(xué)生在網(wǎng)上展開(kāi)對(duì)相關(guān)問(wèn)題的討論,學(xué)生也可以通過(guò)在線測(cè)試來(lái)驗(yàn)證自己對(duì)相關(guān)內(nèi)容的掌握程度教師也能夠利用網(wǎng)站和學(xué)生進(jìn)行在線交互和對(duì)具體問(wèn)題的指導(dǎo)。

三是課外指導(dǎo)與課內(nèi)指導(dǎo)相結(jié)合。鼓勵(lì)和組織學(xué)生參加各種軟件設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)建模等活動(dòng)并及時(shí)進(jìn)行輔導(dǎo)。在課堂上對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行細(xì)致的分析,讓學(xué)生自覺(jué)體會(huì)到如何合理地組織數(shù)據(jù)和對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的接口設(shè)計(jì)。實(shí)踐證明,通過(guò)這些活動(dòng)極大提高了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性,也體會(huì)到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在解決具體現(xiàn)實(shí)問(wèn)題上的實(shí)實(shí)在在的應(yīng)用。

3.強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的目的就是為了提高學(xué)生程序設(shè)計(jì)的能力,實(shí)踐環(huán)節(jié)是必不可少的。只有通過(guò)實(shí)踐才能體會(huì)到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)程序設(shè)計(jì)的影響。一是對(duì)每一部分的理論內(nèi)容安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,一方面使學(xué)生能夠加深對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解和應(yīng)用,另一方面也是通過(guò)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生逐步提高程序設(shè)計(jì)的邏輯思維能力,擺脫的單純的為了解決某個(gè)問(wèn)題而編程的粗放方式。在選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí),也要考慮前后連貫性,如在棧結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)中,我們安排完成對(duì)操作對(duì)象為如整數(shù)、實(shí)數(shù)等簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)類型進(jìn)行加減乘除運(yùn)算的簡(jiǎn)單計(jì)算器的實(shí)現(xiàn)。在做鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)實(shí)驗(yàn)時(shí),可以要求用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)存儲(chǔ)多項(xiàng)式,擴(kuò)展已有的計(jì)算器,使其也能夠?qū)崿F(xiàn)多項(xiàng)式的加減乘除運(yùn)算。

同樣的在排序?qū)嶒?yàn)中也可安排從簡(jiǎn)單排序算法到高級(jí)排序算法過(guò)程的完成,使學(xué)生充分體會(huì)算法有效性的概念。二是合理安排課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容。課程設(shè)計(jì)是對(duì)學(xué)習(xí)