《數據結構》課程教學改革與實踐創新

蔡丹琳，劉俊杰

（泉州師范學院，福建 泉州 362000）

《數據結構》課程教學改革與實踐創新

蔡丹琳，劉俊杰

（泉州師范學院，福建 泉州 362000）

為了提高《數據結構》課程的教學質量，針對課程的特點，剖析教學中存在的問題，總結教學經驗并提出具體教學改革方法和措施.經實踐證明，本文提出的教學方法對教學質量的提升有明顯效果.

數據結構；教學改革；ACM；實踐教學

1 引言

“數據結構”是計算機及其相關專業的核心課程之一，在計算機類的課程體系中起到承前繼后的重要作用.通過本課程的學習，學生應學會分析要解決的問題，歸納計算機加工對象的特性，選擇合適的數據結構和存儲表示方法，及設計解決問題的實現算法.因此，在教學過程中不僅要重視數據結構的理論知識，提高學生抽象思維能力，更要注重培養學生的動手實踐能力和研究創新能力.

然而，通過幾年的數據結構課程教學及調研發現，我院不論是在計算機專業還是計算機相關專業，該課程的教學情況并不能讓人滿意.學生在學完該課程后只能記住“后進先出”、“先進先出”、“赫夫曼樹”等幾個名稱.為了改變這一現狀，筆者對該課程的教學進行一些改進，在教學過程中采用啟發式教學方法，通過理論知識與實際案例相結合進行分析、講解，并將ACM-ICPC Online Judge在線評測系統運用到數據結構課程的實踐教學中，取得了顯著效果.

2 傳統教學中存在的主要問題

隨著計算機技術日益發展，其應用方向和應用領域已經不是局限于數值運算和科學研究，而是滲透到各個領域，更多的涉及到問題分析、數據結構的設計和復雜的非數值處理和操作.數據結構就是一門研究非數值計算的程序設計問題中計算機的操作對象以及它們之間的關系和操作等的學科[1].然而，多年的教學實踐中發現課堂上講授的概念和基本知識學生普遍都認為不難，也都能掌握，可是一到課后需要自己解決實際問題時就不知從何下手了，實踐課時要求用具體語言調試算法時更是舉步維艱.是什么原因導致這種情況的發生？筆者認為主要是因為以下幾個方面的問題.

2.1 先導課程存在問題

數據結構（C語言版）課程最主要的先導課程當然就是C語言程序設計.學生在大一才剛接觸計算機語言，對C語言的學習不夠深入，理解也不夠透徹.如指針、結構體部分作為數據結構中常用的基本知識，學生在學完C課程后還是一知半解，這一問題在實踐課程中更為突出.

數據結構課程的另一門主要先導課程是離散數學.大多數高校的離散數學是在高等數學學完后開課，學生還沒來得及學離散數學就開始學習數據結構，使學生缺少了數理邏輯的思想的訓練，影響學生對數據結構課程中相關問題的理解.而離散數學中涉及的二元組，樹和圖等知識也是離散數學的教學內容，在數據結構課程中由于課時的原因只能進行簡單介紹，這也在一定程度上影響了教學效果.

2.2 教學方法存在的問題

數據結構課程中涉及到較多概念、存儲表示及算法操作.過去，在數據結構教學中，主要是針對某一知識點，從基本概念、類型定義開始，詳細講解存儲表示方法、抽象算法和算法代碼.學生的學習亦是從概念的理解入手，進而學習算法代碼，將重點放在將課本中的算法轉化為代碼實現上，把數據結構課程當成C語言課程的延續，而沒有認識到真正的數據結構意義，導致學生無法真正掌握解決問題的方法，創新能力弱.

2.3 理論和實際應用脫節

數據結構是計算機程序設計的重要理論技術基礎[1].該課程是一門重要的技術基礎課，也是軟件工程的先導課[2].多年來根據學生的具體情況和學科特點，已經過多次教學方法和舉措的改革，學生對理論知識的掌握還算扎實，動手能力也有一定程度的提高.同時選用經典的理論教材也為學生掌握理論知識提供了很大的幫助，然而，很長一段時間我們一直都采用同一套教材，這樣不管是學生還是老師對問題的理解往往會有一定的局限性和片面性.同時，大多數實驗教材中的內容略顯陳舊和過時與當前實際應用尚有有差距，與工程項目銜接不夠緊密，嚴重影響學生的學習積極性.

3 教學改革主要措施

數據結構課程不僅是軟件工程的先導課，也是操作系統、數據庫、編譯原理、計算機圖形學等課程的基礎.因此，該課程在計算機學科的教學中起著舉足輕重的作用.針對該課程存在的問題，筆者對教學進行以下幾個方面的課程改革.

3.1 修改教學計劃

針對先導課程存在的問題我們采取了以下策略：首先，我們了增加C語言程序設計課程的學時，由原本大一下一學期5學時調整為大一上下兩學期4+2學時.這樣調整除了增加課內教學授課時間外，還同時增加了學生課外復習和實踐訓練時間，有利于學生更好地掌握C語言.其次，我們采用由同一位老師來擔任C語言程序設計和數據結構課程的教學任務，任課老師在充分了解學生C語言掌握情況的前提下可以使兩門課程得到更好的銜接.第三，我們將離散數學提前一學期和高等數學一起進行，讓學生能夠在掌握一些數理邏輯、樹、圖等知識后學習數據結構.通過這一系列的舉措，已經逐步解決了2.1中所提到的由于先導課程的原因導致的問題，學生學習的效果得到了顯著的提高.

3.2 改進教學方法

3.2.1 實施啟發式教學

啟發式教學是指在教師的引導啟發下，以師生互動的形式，鼓勵學生主動思考、主動探索、共同參與的一種教學方法[7].多年的教學發現，課堂教學中，無論教案多么精美，語言多么生動都無法完全吸引學生的眼球，抓住學生的思想.只有采用啟發式教學，創設問題，引導學生主動思考，實現教學互動，才能調動學生的學習積極性，活躍課堂，提高學生的創新思維能力.

在教學過程中，教師首先要善于從教學內容中挖掘問題，并分析問題涉及到的數據結構，創設問題，啟發式地引導學生積極思考，充分調動學生主動思考問題、分析問題、解決問題的主動性，使學生能夠主動掌握知識，而不只是被動地學知識.進而通過舉例、對比、動態演示等手段深入詳細地講解知識和算法，將枯燥的理論知識與實際應用相結合，逐步培養學生發現問題、分析問題、并解決問題的能力.

3.2.2 采用案例教學

案例教學法是一種運用實證來引入情景，啟發分析、演繹、推斷、歸納和解決實際問題的方法[4]，被廣泛運用于許多課程中.數據結構課程包含較多的概念和理論知識.教師如果不結合實際，而只是根據教材中的內容來講解概念和算法，將導致學生不知道所學的知識有什么用、怎么用，而很快將所學知識淡忘.而通過案例教學，將知識融入案例中，在案例分析過程中講解概念、算法不僅能讓學生更好地掌握理論知識，也能使理論和實際緊密結合，激發學生的學習興趣.例如，在介紹棧的知識時，筆者就用“進制轉換”，“火車調度”等作為引入知識案例.實踐證明，通過案例教學，不但學生有較高的學習興趣，而且對知識的掌握程度也明顯提高.

案例教學還可以在章節結束后使用.在講授完相關概念、理論知識后，準備一個綜合并有貼近生活的案例，這樣即達到復習作用，也可以讓學生感到學有所用.例如在圖的基本知識過后，引入“工程施工”，“通訊網絡造價”等案例，既有真實性，又與實際生產生活相聯系.

3.3 利用ACM測評系統改革實踐教學

ACM/ICPC（ACM International Collegiate Programming Contest,國際大學生程序設計競賽）是由國際計算機界歷史悠久、頗具權威性的組織ACM（Association for Computing Machinery）主辦的，是國際公認的規模最大、水平最高的國際大學生程序設計競賽.其目的旨在使大學生運用計算機程序設計理論（包括數學、邏輯推理、程序設計語言、數據結構、算法等）來充分展示學生分析問題和解決問題的能力[5].中國高校從1996年開始組織參加，而我校2009年才開始進入這項比賽.

ACM競賽設定了一套合理的競賽排名、挑戰規則，提供了一個學習和使用程序設計語言和算法的完整實踐模式，讓學生以精通編程為榮，形成一個積極向上的自主學習氛圍[6].我們開發了ACM在線測評系統，并將其運用到數據結構課程的教學過程中，取得了顯著的效果.

3.3.1 改革實踐教學內容、考核模式

將實踐內容分為：基本實驗、設計型實驗和創新實驗項目.基本實驗包括線性表、棧、隊列、串、樹、二叉樹、圖、排序等基本存儲、基本操作、基本算法.設計型實驗包括圖書管理、迷宮求解、赫夫曼編碼、簡單排課系統等.創新型實驗有數據結構算法演示系統、校園地理信息系統、基于RFID技術的無線自動講解系統等.通過對實踐內容的分級設立，在不同階段讓學生進行不同程度的練習，可以有效地提高學生對基本知識的掌握和綜合能力、創新能力的提升.

對于數據結構的考核一般分為理論和實踐考核.以往實踐考核執行起來難度大，通常以平時實踐教學時掌握的情況來評定，缺乏競賽性和公平性.

針對ACM競賽，筆者將實驗內容改造為ACM試題模式并上傳到ACM在線測評系統.要求學生在課內必須完成相應的基本實驗內容，ACM在線測評系統將記錄學生程序的提交次數及完成實驗的時間，并評定出成績，以此作為課程的平時成績.讓學生在課外分組完成設計型實驗.選擇成績較好的學生組隊進行創新型實驗設計.在學期結束時，利用ACM系統進行考核，要求每個學生在規定時間內獨立完成規定題目.考核過程中學生可以實時地看到所有同學的完成情況和排名次序.這就極大地提高了實踐考核的挑戰性和公平性.而且引入競爭機制后，學生們學習的積極性也大大提高.

3.3.2 實踐教學改革成效

ACM競賽以解決問題為目標，通過具體問題的描述給出題目，讓學生自主選擇恰當的數據結構，設計準確高效的算法.經過幾輪的實踐證明，基于ACM模式的數據結構實踐課程可以很大程度上提高了學生的編程能力，算法設計能力和創新思維能力.為參加ACM大賽、軟件工程的學習和實際項目的開發打下了堅實的基礎.

4 結束語

通過課程的教學改革，學生對數據結構、算法設計和ACM競賽產生了濃厚的興趣.托爾斯泰曾說：“成功的教學所需要的不是強制，而是激發學生的興趣”.可見，興趣是學習的主動力，只有主動學習才能學得更好，學得更多[3].只有充分思考不斷改革，加強教師自身修養，才能達到理想的教學效果.

〔1〕嚴蔚敏，吳偉民.數據結構（C 語言版）[M].北京：清華大學出版社，1997:前言.

〔2〕王淮亭.《數據結構》實踐教學探討與實踐[J].計算機教育，2009（12）：133-134.

〔3〕王秀清.教學關鍵——提高學生學習興趣[J].價值工程，2010(20)：209.

〔4〕羅淇方.淺談案例教學在數據結構課程中的實踐應用[J].中國科技信息，2010（19）：251.

〔5〕Han J,Kamber M,范明，孟小峰，等.數據挖掘概念與技術（原書第二版）[M].機械工業出版社，2007.

〔6〕武建華.基于ACM模式的數據結構實踐教學改革與探索[J].計算機教育，2007（12）：114.

〔7〕王志軍.啟發式教學——啟發學生的創新思維[J].實驗技術與管理，2008（12）：17.

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1673-260X（2011）10-0253-02