“數據結構”課程實驗環節教學的改革與實踐

摘要:“數據結構”是計算機專業的一門核心課程，在計算機專業中起著承上啟下的作用。本文作者總結多年的教學經驗，就這門課實驗環節的教學改革與實踐進行了分析研究，意在加強對學生編程能力和上機解題能力的訓練，提高學生的編程能力和分析問題的思維能力，激發學生的創新能力。

關鍵詞:數據結構;實驗環節教學;改革;實踐

隨著計算機處理的數據量越來越大，數據之間的關系也越來越復雜。“數據結構”這門課介紹最常用的數據結構，闡明數據結構的內在邏輯關系，討論它們在計算機中的存儲表示，并結合各種典型應用，說明它們在進行各種運算時的動態性質及實際的執行算法。“數據結構”的研究不僅涉及到計算機硬件，還和計算機軟件密切相關。計算機科學各領域及有關的應用軟件都要用到數據結構[1]。

1實驗教學在“數據結構”教學中的地位

“數據結構”的前導課是高等數學、高級語言程序設計、離散數學;它又是操作系統、編譯原理、數據庫原理、算法分析、人工智能、圖像處理等專業課程的前導課，具有承上啟下的作用。在計算機碩士研究生入學考試中都設有這門課，并且分值最高，所以該課被我校選入第一批重點建設課。它又是一門實驗性很強的課程，CC2001對該課程及相關內容和相關度進行了明確的描述。“數據結構”課程要讓學生掌握計算機處理非數值運算問題時的一般原理和方法，熟悉解決各種問題的基本模型，培養學生運用已有的算法語言編寫準確、清晰程序的能力。另外，通過本課程理論體系的學習，學生在設計軟件系統時應學會合理選擇數據結構，并能對所選模型進行初步評價，學生通過學習，能夠設計一個“好”的程序[2]。

實驗是學生檢驗所學理論知識是否牢固，并探索和運用知識的過程。通過實驗，學生不僅可以進一步理解數據結構的基本知識，通過對不同存儲結構和相應算法的對比及上機編程練習，提高根據求解問題性質選擇合理的數據結構并控制求解算法的時間、空間復雜度的能力，而且能進一步提高軟件設計和編程水平，提高學習的積極性和主動性，形成科學的思維方法和嚴謹的科學態度[3-4]，因此“數據結構”的實驗十分重要。

2 “數據結構”實驗教學的改革和實踐

2.1更新教材和實驗報告

要推進實驗教學的改革，首先要改革現有教材，應重視學生實驗能力的培養，體現以學科為基礎的學科特色。在“數據結構”教學中，重點是讓學生通過實驗環節學習數據結構，讓學生明白哪些知識是基本點，哪些是難點和重點，明確學習目的和作用。在這樣的指導思想下，我們在2005年組織課題組成員，按照CC2001的要求，結合我國計算機的發展和2009年考研大綱，編寫了C++描述的《數據結構與算法》教材，于2008年秋季開始使用，效果良好。每過一學期，我們都根據當前情況和學生意見及時更新實驗報告。比如最初的實驗報告有一道字符串的實驗題，隨著計算機的發展，不論是C++語言還是Java語言，已經有現成的字符串庫函數，學生只要會使用庫函數即可，不需自己編寫，而且考研大綱也不作要求，所以我們及時更新了教學內容和實驗內容，并在實驗題目中增加了ACM大賽的實驗題，為學生參加程序設計大賽打下良好的基礎。

2.2設計合理的實驗題目

實驗報告是“數據結構”實驗環節的重要內容，題目的選取要符合學生的實際水平，而且要有跨度，否則會白白浪費學習時間。2001年，我們調研了清華、北大等各院校的教學改革情況，并征求了畢業生和已學過這門課的在校生意見，發現我們的教學沒有從學生的實際情況出發，很難調動學生的學習興趣。為此，我們從2002年開始編寫實驗報告，把實驗題分成三個層次，有驗證(改進)型、綜合型和設計型題目。驗證型題目是對教科書上典型算法的實現，也有驗證改進型的，即是對書上算法稍加修改，這就要求學生必須事先看懂書上的算法才能修改;綜合型題目是將不同的實驗進行組合，綜合解決較復雜的問題，要求學生利用各種知識解決新的問題;設計型題目是教師提出實驗目的和要求，學生自行設計，完成實驗內容，要求學生的基礎比較好，一般安排在課外進行，極大豐富了第二課堂。學生可根據自己的能力選擇不同層次的實驗題目，大大提高了學習積極性。

我們還鼓勵學生對教材中的遺留問題進行自行設計，也鼓勵學生根據自己的愛好做一些小的系統實驗。這不但使學生的基本知識和實驗技能得到鞏固，還可以提高學生的創新能力。實驗報告的每道實驗題都有明確的“對問題的描述”、“實驗目的”、“實驗內容及要求”、“測試數據”和“思考”，學生每做一道題，都明白實驗的目的和要求，完成后，教師還要根據“思考”題目及時向學生提出問題，學生可以自行設計實驗方法來解決，教師也可以引導學生設計疑問，主動將教材上的驗證性實驗轉變為設計性實驗，教會他們舉一反三，促進學生的思維向新和深的層次發展，加深他們對所學知識的理解。

實驗題目還要新穎、有趣。比如我們的實驗報告有猴子選大王、迷宮等問題，學生可以使用動態規劃、回溯法、分支限界法等算法，將幾個算法的實際執行時間進行比較，從實驗結果證明理論分析的正確性。

2.3建立“以老帶新，青年為主”的教學梯隊

我們的教學梯隊平均年齡35歲，教授、副教授占40%，講師占40%，助教占20%。青年教師中有碩士和博士研究生，他們接受新鮮事物快，精力充沛且動手能力強，但缺乏教學經驗，所以我們要求青年教師至少帶兩年的實驗輔導和習題課，在第一次主講之前至少要聽有經驗教師一學期的課，而有經驗的教師還要不斷試聽青年教師的課，指出不足之處，幫助他們盡快提高教學水平。經過幾年的鍛煉，青年教師陸續登上講臺，共有3人在內蒙古大學“青年教學技藝大賽”中獲得了1個一等獎和2個二等獎，其中1人獲得內蒙古自治區高等院校第四屆青年教師課題教學技能大賽理科組一等獎，成為這門課的骨干教師。

2.4加強上機輔導和課后輔導

編程是高強度的腦力勞動，不是聽會的，也不是看會的，而是自己練會的。剛開始，大部分學生上機前沒有編好程序，而是上機時現編程序，白白浪費寶貴的上機時間;有些教師輔導時發現學生的程序有錯，就動手幫助調試，而不是給學生指出錯誤的原因，讓學生明白后自己修改。結果雖然程序調試好了，但學生不知道是什么原因，以后再有錯誤時就依賴教師修改，輔導教師很累，而教學效果并不好，學生和教師都有怨言。針對這些情況，我們要求每個學生上機之前就把程序編好，上機調試過程中有問題要及時問老師，最大限度地利用上機時間;教師輔導時既要認真負責，又要講究方式方法，學生有問題，教師要指出錯誤所在，讓學生明白錯誤的原因，然后讓學生自己改。這樣既可以提高學生的編程能力，又使每個學生的問題都能及時解決。

每做一道實驗題前，教師都會大致解釋題目的含義、用到的知識模塊，有的還要引導學生查閱一些參考資料。每當一個模塊結束后(以一個邏輯結構為一個模塊)，我們都要把幾個班的學生組織在一起(平時上課是小班)，對已經驗收過的較好程序和普遍存在的問題進行統一講解和總結。通過總結，學生加深對實驗的理解，知其然，也知其所以然。通過融會貫通已完成的各部分實驗，自然引出下一模塊的實驗。

由于現在學生都沒有固定教室，教師沒有輔導的固定地點，我們每周一至周四下午安排一名教師在辦公室答疑，哪個班的學生都可以到指定辦公室問問題，值班教師在辦公室的機器上修改學生的程序，這樣比在教室里單純講解理論的效果要好得多。

2.5加大對實驗環節的考核力度

學計算機的，不動手是學不會編程的，學不會編程也就等于沒有學會計算機，所以要提高學生的編程能力，就要加大對學生實驗環節的考核力度。在“數據結構”課程考核中，平時成績、實驗成績和理論考試成績比例為1∶4∶5。為了杜絕考前突擊復習的現象，我們在第一節課就講清要求，讓學生從上課的第一天起就重視這門課，真正掌握這門課。在實驗環節的考核中，驗證型題目一般要求1周內完成，綜合型題目一般要求2～3周內完成，對于綜合型題目，學生先按2～3人分成一組，每人完成一個模塊，通過接口的調用組成一個完整的程序，最后隨機抽取小組中的一名代表講解編程的設計思路，演示程序執行情況，輔導教師根據完成情況給出一個代表小組的分數。學生要在規定的時間請輔導教師驗收實驗題，過期不驗收，視為自動放棄，本次實驗題沒有成績。

經過七年實驗教學的改革與實踐，我們取得了明顯效果。2007年6月，在哈爾濱工業大學舉行的“東軟杯”ACM/ICPC中國#8226;東北地區首屆大學生程序設計競賽中，我院選派了3支代表隊，結果分獲一、二、三等獎;2007年11月，在內蒙古自治區計算機學會、內蒙古自治區高等學校計算機教育專業委員會主辦，內蒙古大學承辦的內蒙古自治區第二屆ACM/ICPC

大學生程序設計競賽中，我院分獲團體、一、二、三等獎;2008年，在ACM程序設計相關比賽中，我院獲自治區級一等獎、2個二等獎，獲東北賽區1個三等獎、2個優秀獎。

實踐證明，這樣教學改革不僅能激發學生學習的積極性，還能鍛煉他們的團隊精神，讓他們學會軟件開發的整個過程，為他們編程能力的提高、畢業論文設計和走向工作崗位打下良好基礎。

3結束語

從2009年開始，計算機碩士研究生入學考試采取全國統考的方式，“數據結構”是必考科目，而且占分值最大，這更能說明這門課在計算機專業中的重要性。這些年來，我們一直致力于這門課的建設，從教材選用、課程體系建設、師資隊伍、課程教學、實驗教學等各個環節進行了不斷的實踐和探索[5]。我們相信，通過加大對“數據結構”教學，特別是實驗環節的改革和實踐，一定能進一步調動起學生學習這門課的積極性，激勵他們熱愛計算機，熱愛科學，成為IT業的優秀人才。

參考文獻:

[1] 殷人昆. 數據結構[M]. 北京:清華大學出版社，2007.

[2] 王昭榮，曾衛東，魯興萌. 改革實驗教學及管理模式，培養創新型本科人才[J]. 高等理科教育，2007(1):63-65.

[3] 汪沁. 基于“數據結構”實驗的探討和研究[J]. 中國教育信息化，2007(4):17-19.

[4] 徐大華. 程序設計語言教學方法探討[J]. 高等理科教育，2007(1):36-38.

[5] 趙艷紅，邵定宏.“數據結構”教學的探索與研究[J]. 計算機教育，2008(9):131-132.

Reform and Practice in Data Structure Course’s Experimental Aspects

ZHAO Yu-lan

(College of Computer Science， Neimongol University， Hohhot 010021， China)

Abstract: “Data Structure” is a Core Curriculum of computer science， and it plays a nexus role in the computer science teaching. Based on the summarizing of many years’ teaching experiences of the course， an analysis and research on the reform and practice of experiment teaching is given in this paper. We intend to strengthen students’ programming ability and problem solving ability training and intend to improve student's programming ability and the power of thought in analysis and also stimulate student's innovation ability.

Key words: Data Structure; experimental teaching; reform; practice

(編輯:張玥)