高職《數據結構》上機教學的實踐探討

摘要：數據結構是高職軟件專業的基礎必修課，由于該門課理論性太強，難以適應高職軟件專業的實踐性，所以對其上機實踐的要求顯得尤為突出。而關于高職數據結構課程上機實踐的組織，目前沒有統一的認可，本文總結數據結構上機教學實踐經驗，得出一種創新的教學模式，以期為高職院校開展數據結構上機實踐提供教學方法上的參考。

關鍵詞：高職；數據結構；“填空式”實驗手冊上機教學模式

一、引言

數據結構是高職軟件專業的一門專業基礎必修課，它是軟件開發類課程的基礎。目前高校采用的數據結構上機教學實踐模式是“大作業”或者“課程設計”，而這兩種模式對高職學生而言難度很大，絕大多數的學生很難按照要求完成設計，因此收不到很好的教學效果。高職教學最需要的是教師能夠帶領學生“手把手”編寫并實現算法，再讓學生自行設計其他算法。鑒于這一點，同時也考慮到高職學生以后的工作需要，我們在上機實踐中擬定這樣的總體教學目標：對數據結構的一些過深入的理論不要求學生過多掌握，注重培養學生對常用算法的實踐編寫能力。本文針對如何手把手教學生編寫算法作一定程度的探討和研究，并提出一種創新的教學模式。

二、上機教學實踐總體設計思路的提出

我們的總體設計思路是：編寫“填空式”實驗手冊，實施“填空式”實驗手冊上機教學模式。“填空式”實驗手冊并不是代碼的羅列，而是在每個實驗題目中給出引導文本，以及相應的C++程序框架代碼，引導學生進行關鍵語句或子程序的填寫，并要求學生編譯、運行、調試，記錄相應的實驗結果，最后師生共同進行實驗結果分析，在實驗結果分析中注重對學生的過程性評價，在學期結束時，教師再給予學生總結性評價。“填空式”實驗手冊上機教學模式圖如下圖：

三、“填空式”實驗手冊上機教學實踐之案例探討

本文以二叉樹的上機教學為例來探討如何編寫行之有效的“填空式”實驗手冊藍本。通過理論課堂學習二叉樹的抽象數據類型及常見算法以后，學生已經有了一定的理解，實踐教學難點是怎樣編程實現它，這需要逐步回顧和提取學生已學的編程知識，由淺入深地引導學生編寫。

（一）探討1——針對要求學生必須掌握的算法

對于理論教學和上機教學中都要求學生必須掌握的算法，在實驗手冊中必須給出盡可能多的空格，來填寫數據結構及相應的算法。首先是二叉樹結點的定義，在實驗手冊中可以這樣編排：給出大致的代碼框架和相應的注釋，學生在填寫完成空缺的代碼后，再全部敲入計算機運行。例如：

#include

#include

Struct BinTreeNode{ //二叉樹結點定義

； //定義二叉樹數據域

； //定義二叉樹左指針

； //定義二叉樹右指針

}；

學生通過填寫以上的空格，并把代碼敲入計算機，編譯運行，不僅可以加深印象，還可以提高編程能力。

其次是二叉樹的遍歷，高職學生需要掌握的遍歷并不僅僅是會寫出遍歷的序列，更重要的是編寫遞歸遍歷的算法，例如前序遍歷是這樣描述的：如果一棵二叉樹不空，先遍歷根結點，再遞歸遍歷左子樹，最后遞歸遍歷右子樹。而對應的實現程序可以在實驗手冊上這樣給出：

Void PreOrder（BinTreeNode* subTree）{

If（?搖?搖?搖?搖）{ //如果該樹不空

； //遍歷根結點

； //遞歸遍歷左子樹

； //遞歸遍歷右子樹

}；

}；

而諸如中序，后序遍歷的情況可以以此類推。

在教學過程中，在強調算法的編寫的同時，更強調程序的正確運行，所以在編寫實驗手冊時，必須編寫最終能使得所有算法函數運行的main（）函數，承接上述二叉樹的遍歷實例，繼續在實驗手冊中安排以下的代碼：

int main（）{?搖?搖 ?搖//主函數

cout<<\"二叉樹測試程序\"；

BinTreeNode*root；?搖?搖 //樹根

root=

Create（\"A（B，C（D，E））#\"） //創建二叉樹

； //前序遍歷

； //中序遍歷

； //后序遍歷

return 0；

}；

除了編寫main（）函數之外，教師還需要對一些學生必須掌握的復雜算法做相應的文字說明，譬如，頭文件和.cpp文件的創建，哪些代碼放在哪些文件中，并要求寫出更詳細的實驗結果。教師需要在課前自行編寫好代碼并通過運行，然后，再根據算法本身的眼點做些填空的設計，要求學生自行完成。例如釋放二叉樹的存儲空間的算法需要用到遞歸后序遍歷，可以這樣設計：

Void Destroy（BinTreeNode* subTree）{

If（?搖?搖?搖）{?搖?搖?搖 //二叉樹不空

； //釋放左子樹

； //釋放右子樹

； //釋放根結點

}；

}；

（二）探討2——針對只要求學生了解的算法

對于一些不要求學生徹底掌握、只要求其了解的算法，在設計實驗手冊時，可以把填空的數目設置得少一點，僅僅留下一些最關鍵的代碼，讓學生去填寫，但同樣需要其運行，這樣既降低了難度，也加深了學生對該算法的印象，達到預期效果。例如對一棵二叉樹進行非遞歸前序遍歷，在這個算法中需要利用堆棧進行回溯，實驗手冊上的代碼可以這樣設計：

VoidPreOrderUnRec（BinTreeNode*subTree）{

BinTreeNode*stk?搖?搖 //回溯堆棧

=new BinTreeNode[20]；

Int top=-1；?搖 ?搖//棧頂指針

Stk[++Top]=NULL； //空指針入棧

BinTreeNode* p=subTree； //遍歷指針

While（p！=NULL）{

Cout<data<<“?搖”； //訪問根結點

If（p->rightChild！=NULL）

；

if（p->leftChild！=NULL）

；

else?搖?搖

LS.Pop（p）；

}；

對于這樣較復雜的算法來說，實際起到的效果僅僅是提高學生調試程序的能力，所以可以選擇性地講解。

（三）探討3——給出一些輔助性的算法

在高職的數據結構理論課程中，并不是所有的算法都要求學生掌握或了解的，尤其一些難度較大、理論性較強的算法，而這些算法程序在上機教學中有時是必不可少的。例如，二叉樹的創建算法，通過廣義表描述字符串來創建二叉樹，這個算法的難度對高職學生而言是比較大的，因為涉及堆棧和回溯，學生能編寫出來的可能性較小，因此在理論課程中不需要學生掌握，但是在上機過程中，如果需要編寫后繼的算法，二叉樹是必須創建的，遇到這種情況，教師可以事先把程序編寫調試好，直接寫在實驗手冊上，然后在上機教學時對于二叉樹的創建這個問題一帶而過，直接把創建的代碼給學生，以便學生接下來編譯，運行，調試。

四、“填空式”實驗手冊上機教學模式之具體實施策略

上機教學實踐中還需結合相應的實施策略：（1）由于最終的目標是每個學生都能完成實驗冊上的任務，這就要求實驗手冊上的代碼必須是事先經過教師的嚴密調試的，確保可行之后再交給學生填寫。另外，對于實驗手冊的編排，可以在本門課開設之前由學校組織統一編寫實驗手冊，或者教師在每次課之前把實驗手冊以講義的形式印發給學生。（2）在教學的過程中，要求每個學生把編寫的源文件保存，直到學期結束時作為學生的代碼集，存入學生電子檔案袋，以便對學生進行過程性評價。（3）步步引導的教學方法不可能是自始至終的，最終的目的還是需要學生獨立編寫，同時學生也不可能在僅有的幾次的引導下，自主編寫能力就可以提高，所以教師在教學過程中，可以引入“強制”教學方法。（4）教學的過程是循序漸進的，在了解學生已經具備一定的獨立編寫能力后，可以適當地給學生布置一些難度不大，但需要學生從頭到尾獨立設計編寫完成的大作業，強化其設計能力，并進行考核。

五、結語

總之，數據結構的上機教學是有難度的，不僅要教會學生編程，還要教會學生養成良好的編程習慣，更要培養學生的創新性思維。本文提出的“填空式”實驗手冊上機教學模式仍存在不足，需要在實踐中不斷改進，需要教師不斷地思考如何進行課前準備、課堂組織和課程考核。

參考文獻：

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[3]鄧文華，戴大蒙.數據結構實驗與實訓教程[M].北京：清華大學出版社，2004.