基于C語言的數據結構教學技巧

　　摘要：闡述學好數據結構的必要性和重要性；指出在數據結構教學過程普遍存在的問題；探索基于C語言的數據結構教學模式，提出一些實用的教學技巧，旨在提高學生主觀能動性，提高教學效果。
　　關鍵詞：數據結構 教學模式 主觀能動性 教學效果
　　文章編號：1672-5913(2011)18-0061-04 中圖分類號：G642 文獻標識碼：A
　　數據結構在計算機學科中有著重要的地位，起著承上啟下的作用。通過對數據結構的學習可以鍛煉學生的邏輯思維能力，提出問題、分析問題和解決問題的能力，為學好后繼課程打下堅實的基礎[1]。因為數據結構知識點繁多，理論抽象難以理解，使得數據結構在一開始就被披上了冷冰冰的晦澀難懂，拒學生以千里之外的面紗，神秘卻使人失去一探究竟的興趣和勇氣。如果教師這時仍“照本宣科”地進行講解式教學，采取經驗式的灌輸方式教學，即使面面俱到，教學效果也會蒼白無力。教與學始終應該是一個互動的過程，如果只有教師作為，而學生無作為，那么教學效果無從談起。筆者針對數據結構教學存在的困難，對學生在數據結構學習中常出現的幾種心理障礙進行了分析與研究，對如何提高學生學習興趣做出嘗試性探索，目的在于使學生產生消除厭學心理，激發學生內在學習潛能，調動學生學習的主觀能動性，達到理想的教學效果。
　　1 樹立“數據結構與C語言結合有助培養核心競爭力”思想
　　數據結構教學包含課堂理論教學環節和上機實踐環節。C語言是數據結構上機實踐環節經常采用的程序設計語言。在計算機行業迅速發展、各種可視化編程工具層出不窮、軟件架構理念日新月異的今天，學生對數據結構和C語言普遍存在偏見。數據結構和C語言就像一對難兄難弟，被同時打上了“與時代脫節，復雜、過時、學了也沒用”的烙印。這使得相當部分學生覺得難上加難，沒有學習積極積極性，興趣更是無從談起，有的干脆知難而退，自我放棄。
　　教師應該幫助學生樹立起正確的學習態度，意識到數據結構的重要性。數據結構將反映客觀世界中事物多方面屬性的數據以一定的結構組織起來 ，有效地存儲在計算機中，科學地進行數據處理，從而通過計算機系統解決大量的現實問題。數據結構體現思想和本質，具有相對穩定性，學好數據結構有助于以不變應萬變，提高核心競爭力。同時，在數據結構教學的開始階段，教師可讓學生圍繞數據結構的重要性這個觀點，借助網絡資源和書籍展開相關調查和研究，寫出心得體會，以論文方式提交。道理不辯不明，在調查研究基礎之上，組織學生開展有關“數據結構與C語言結合是否有助提高學生核心競爭力”的辯論會有利于讓學生主動參與到為數據結構“撥亂反正”當中來，使學生對數據結構經歷一個從排斥到逐漸認同，發自內心地希望學好數據結構。
　　2 理論課教學環節
　　2.1 理脈絡、抓主線、高概括，樹宏觀映象
　　理論課在數據結構教學環節具有先導作用，對幫助學生樹立學好數據結構的信心至關重要。但因為數據結構理論抽象，一方面學生意識到數據結構的重要性而想學，另一方面卻出現因為數據結構知識點繁多，理論抽象，而使學生普遍陷入一個“認為數據結構難學，覺得學不好，所以不想學，因為不想學，導致學不好”的惡性循環。逃避只能使學生沉浸在想象的困難中不能自拔，這時教師應該通過建立一個相對完善的知識脈絡圖，抓住主線，高度概括，幫助學生樹立起一個對數據結構的宏觀映象。數據結構課程內容主要包括線性表、樹、圖三種邏輯結構，順序存儲和鏈式存儲兩種存儲結構，以及運用在邏輯和存儲結構之上的相關查找和排序算法[2]。主線在教學過程中應該貫穿始終，體現各知識點的之間的區別和聯系，揭示規律性，使學生產生數據結構的概貌，不至“只見樹木，不見森林”。數據結構以非數值型數據為研究對象，數據之間彼此獨立又相互聯系，這跟人類社會很相似。讓學生意識到，數據結構并不是冷冰冰的，而是存在于形象的大千世界當中。徹底消除學生學習數據結構的恐懼感，培養興趣，使學生有信心在知識脈絡圖中一探究竟，提高學習主觀能動性。
　　2.2 造情境、融情感、產共鳴，倡體驗教學
　　數據結構知識點繁多，理論抽象，在理論教學環節如果教師一味照本宣科，很容易使學生出現疲憊和厭倦感。有相當部分學生出現聽不懂就不聽，覺得考前只要把書本內容記下來就可以的錯誤學習態度。沒有被感受，被理解的知識很難被記憶，即使強迫記住，也很難在需要時從知識脈絡圖中被準確地提取出來并加以應用，是缺乏應用性的沉睡的死知識。使人印象深刻的往往不是刻意記憶而是被融入了情感因素的個人體驗，“興趣是最好的老師”，正印證了情感因素在學習中的重要性[3]。化抽象理論于形象描述，將抽象理論形象化為相關生活情境，讓學生置身其中，對何時何地何人何事，發生了什么觸發情感，引起高度關注和個人充分體驗，就能更好激發學生學習興趣，使學生更善于理解生疏的概念和晦澀的理論。這些知識點更容易被記憶并且內化，隨著情境的再現和情感自由釋放，知識點可以被隨時喚醒、提取和加以應用，成為真正的活知識。
　　興趣可以培養，正如情境可以創造。形象的情境有時并不能從嚴格意義上與抽象的理論達到完全一致，找到恰當的情境需要教學經驗的不斷積累。情境一方面要能滿足學生的情感需求，激發學生的學習興趣，另一方面又要能映射出抽象理論與生活現象存在的千絲萬縷，不可割裂的聯系，促進學生積極主動地進行理性思考。筆者對如何將形象情境引入理論教學做出嘗試性探索，設置了一些理論的相關情境，示例如下。
　　1) 哈夫曼樹構造過程情境設置。
　　構造哈夫曼樹的過程可設置如下情境：第一步中各結點比作孤兒，各結點值5、6、15、18、34比作孤兒的生命值，刻畫被領養的急迫程度，構造哈夫曼樹的過程也就是孤兒雙雙被領養的過程。生命值最低為5和6的兩個孤兒將最先被領養，一旦被領養，在下一輪領養過程中急迫程度降低，體現為新生成結點(領養人)生命值比兩結點值都大(取兩孩子值之和)為11。此后將由值為11的領養人(做為孤兒代言人，兩孩子將不再參與)參與到下一輪領養，生命值最低為11和15的結點將被領養，產生第三步結果，新生成值為26的結點，繼續參與下一輪領養，產生第四步結果，以此類推，直到所有孤兒被同一個領養人統領，實現第五步，至此完成哈夫曼樹的構造過程。
　　
　　2) 快速排序過程情境設置
　　快速排序的過程可形象概括為“勇戰高峰，虛位以待，針鋒相對，發揚挑戰精神”。假設要將各無序數自左向右的從小到大排序，可設置如下情境：把最左端看成最弱勢的位置，最右端看成最強勢的位置，勢力自左向右逐漸增強。處于最弱勢的45進取心超強，一開始就勇于挑戰處于最右端最強勢位置的大王45(體現“勇戰高峰”)，如果值大不過大王，敗下則繼續挑戰次強勢者小王26(次右端位置者)，一旦45值大過被挑戰者，勝出則45就暫時占據對方26的強勢位置(體現“虛位以待”)，而26到45的弱勢位置，完成第一次交換。但45的這個勝利只是暫時的，處于相繼弱勢位置的 34和67看到原處最弱勢位置45的勝利果實，又將依次挑戰暫時勝利的45，直到67值比45大，67勝出。勝出者67又將占據45剛占據的強勢位置，45又回到勝出者67的原弱勢位置，完成第二次交換。但45的這個失敗也是暫時的，45仍然意志頑強，斗志昂揚，又開始依次挑戰后繼未曾挑戰過的強勢位置者12，直到勝出。又緊接被未與自己較量過的弱勢位置者95挑戰，較量如此反復進行。(體現“針鋒相對”)，直到45最終塵埃落定，呆在一個真正屬于自己的位置，i和j共同指向的位置，處于這個位置左邊的26，34和12都是在與45較量過程中失敗的，而處于這個位置右邊的78，95，67，45都是在與45較量中勝出的。情境到此體現了快速排序以最低端元素為標準將待排序序列劃分為左右兩部分實現第一次劃分的思想。但是以45為分界的左右兩部分的內部較量又相繼產生，很快出現第二個挑戰者，第三個挑戰者，挑戰精神被逐漸壯大(體現發揚挑戰精神，根據第一次劃分思想繼續對左右兩部分進行劃分的遞歸思想)。直到每個數都找到了真正屬于自己的位置，最終完成快速排序。
　　
　　
　　這些情境可能并不完善但卻充滿善意，旨在使學生產生學習興趣，對所學知識印象深刻，對抽象理論產生共鳴，經歷由感性到理性，促進思考，激發學習潛能，進而樂于調動理性思維加入到解決問題當中來。讓學生在課堂之外也能在腦海中不自覺地溫故課堂所學，有所領悟，這種領悟彌足珍貴。如果學生能夠達到讀無字書境界，產生融會貫通的體驗，那他就會樂意為獲得這種學習快樂而主動參與學習，甚至他已不能將學習和娛樂從嚴格意義上完全分開，真正“學而時習之，不亦樂乎”。
　　3 上機實踐教學環節
　　3.1 鼓勵學生摸石過河
　　數據結構是理論與實踐緊密結合的課程。領悟算法可以借助形象的描述，但算法思想最終要通過某種語言加以實現驗證，C語言是數據結構教學中普遍采用的程序語言。讓學生認識到不管多復雜的C程序都是由順序結構、選擇結構、循環結構三種組成，涉及到數據輸入和輸出，定義好數據類型，通過數據間彼此的聯系訪問到相應數據，完成相應的操作至關重要。
　　在上機實踐環節，教師可以給出相關參照程序，里面涉及相關C語言語法規則和細節，目的旨在鼓勵學生通過摸石過河方式上機實踐。借助參照程序，可以幫助學生的在一定程度上消除對C語言的恐懼感，不至于出現學生對著C語言程序設計相關書籍一臉茫然，無從下手，有思想卻無法表達的情況。通過參照程序，學生能針對性地進行相關C知識點資料查找，迅速定位到相應章節，查漏補缺，集中注意力表達算法思想并勇于開始上機實施。
　　除了要學生學會借鑒和模仿，教師還要督促學生消化吸收，讓學生不斷回答質疑。揣摩別人意圖和表達自身意愿，后者更讓人心情舒暢。如果學生意識到抄襲，全盤“拿來主義”無法投機取巧，而要剖析“拿來”的思想深度，就會更愿意真實地暴露自身想法，不怕犯錯。
　　同時要告訴學生，在調試程序過程中，錯誤不可避免，學生盡可能減少錯誤發生頻度，提高錯誤質量以及糾正錯誤的能力。在學生有可能偏離問題方向時，教師應該進行及時糾正和引導。
　　3.2 鼓勵學生多方式過河
　　在不偏離問題的基礎使問題富于變化可以不斷激發學生的好奇心，引發更深層次的思考，提高學習主觀能動性[4]。鼓勵學生由簡單到復雜，嘗試用C語言通過多種方式解決問題。對問題的變換可以是多方位的，比如：
　　1) 相關變量用字符類型和字符串類型如何做？
　　2) 用結構體類型和不用結構體類型如何做？
　　3) 相關變量用結構體類型和用指向結構體類型的指針類型如何做？
　　4) 函數用參數和不用參數如何做？
　　5) 用引用型參數和不用引用型參數如何做？
　　6) 相關變量在函數中申明和不在函數中申明如何做？
　　解決一個問題的成就感會使學生勇于接受更困難問題的挑戰，隨著問題的不斷升級和解決，戰勝困難的愉悅也將逐漸彌漫學生的整個身心。如果學生為了獲得解決問題的快樂，開始嘗試自己提出問題，并樂于解決，那么學生的主觀學習能動性便獲得了進一步的提升。
　　4 結語
　　“數據結構”課程教學效果的提高關鍵在于消除學生畏難、厭學心理，加強教學互動，提高學生學習的主觀能動性。筆者針對基于C語言的數據結構教學模式做出嘗試性研究和探索。提出通過改革理論課和實踐課教學環節，激發學生學習潛能，調動學生學習的主觀能動性，提高數據結構教學效果。
　　參考文獻：
　　[1] 穆翠霞. 女院數據結構課程的教學探索與體會[J]. 計算