“算法與數據結構”教學探索與實踐

摘要：“算法與數據結構”是計算機專業的一門核心專業基礎課。從教學實踐出發，針對教與學的過程中存在的問題探索解決方法，對“算法與數據結構”課程教學內容、教學方法、實驗教學等方面提出了一些具體改革措施，以期加強“算法與數據結構”課程建設，提高教學質量。

關鍵詞：算法與數據結構；教學質量；教學探索；教學方法

作者簡介：李永（1978-），男，安徽宿州人，鹽城師范學院信息科學與技術學院，講師。（江蘇 鹽城 224002）

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）31-0057-02

“算法與數據結構”主要研究數據在計算機中的表示方法、存儲方法以及其上的操作。[1]在美國IEEE/ACM課程體系和我國教育部學科規范中，[2，3]“算法與數據結構”被列為核心課程之一。它是操作系統、數據庫、軟件工程和人工智能等課程的基礎。算法與數據結構蘊含的思想對學生在軟件設計方面有很強的導向性，它的教學效果直接影響學生的數據抽象和程序設計能力的培養。學習該課程，一方面，使學生學會分析數據對象的特征，掌握數據組織的方法和在計算機中的表示方法，為數據選擇合適的邏輯結構、存儲結構和算法；另一方面，培養學生良好的程序設計風格，進行復雜程序設計的訓練。[1]

為了在課時約束、學生基礎、課程難度、教學目標等約束下最大化教學質量，使學生最大限度地得到提升和發展，本文從分析“算法與數據結構”課程存在的問題出發，在教學內容、教學方法、實驗教學等方面進行了一些探索和實踐。

一、“算法與數據結構”教學中存在的問題

1.課程本身難度大

“算法與數據結構”是抽象與具體的統一，理解與掌握它需要跨越橫亙在抽象與具體之間的鴻溝。學習該課程有兩個難點：一是從算法與數據結構到程序實現的跨越；二是從實際應用到數據結構抽象的跨越，即如何利用算法與數據結構解決實際問題。[4]“算法與數據結構”的內容抽象、繁多、邏輯性強，難于理解掌握。學生學完后不知道學了什么，當需要解決實際問題時感到無從下手。“算法與數據結構”綜合性、技巧性強，各種算法中凝結了大量杰出計算機科學家的智慧，在有限的教學時間內部分學生因無法領悟其中的思想與精髓而產生厭學情緒。

2.前導課程基礎不扎實

“C語言程序設計”、“高等數學”、“離散數學”等是數據結構的前導課程，其中“C語言”與“數據結構”課程的聯系最為密切。“C語言”一般開設在大一第一學期，是學生最先接觸的程序設計語言。由于內容多、難度較大、大班教學、課時有限等原因，教學時間大部分花在基本概念及簡單程序的編寫上，對結構體、指針、參數傳遞等難度較大的知識點講解不深入，為“算法與數據結構”的學習埋下了隱患。

3.教學方法有待改進

“算法與數據結構”的教學方法主要為板書結合PPT課件，教學方式采用“教師講—學生聽”的灌輸式授課模式，與學生互動少，課堂氣氛沉悶。教學方法中以教師為中心按照教學大綱教學，存在照本宣科、就事論事、內容堆砌、缺乏新意等缺點。由于沒有考慮學生的接受能力、思維能力以及編寫代碼的能力，學生只是不加思考地被動的接受知識，限制了學生的積極性與主動性的發揮。

4.實驗教學中存在的問題

目前課程實驗中存在的問題主要有下面三個方面。首先，大多高校“算法與數據結構”實驗的教學方式仍是以教師為中心，以灌輸、模擬、驗證為主；教師按教材單元布置實驗任務并做適當的引導和提示，然后學生動手實踐。沒有考慮實驗的實用性以及是否適合學生，不能調動學生的學習熱情。其次，學生的程序設計能力普遍較弱，面對問題時難以有清晰的算法思想，無法將算法思想轉變為正確的程序代碼，上機調試和運行程序時面對眾多的錯誤提示無法正確解決，實驗課教學效果大打折扣。再次，由于實驗課時有限，且實驗內容具有相互依賴和遞進的特點，部分學生又不能充分利用課余時間，造成問題堆積。

二、“算法與數據結構”的教學探索

1.合理組織教學內容

貫穿“算法與數據結構”課程的主線是邏輯結構、存儲結構及操作，即線性表、樹、圖三種邏輯結構；順序和鏈式兩種存儲結構；插入、刪除、查找、遍歷等操作。這些內容不是孤立的，在教學過程中將它們聯系起來形成一條主線，由線性到非線性，由簡單到復雜，方便學生理解和掌握。在教授課本內容時，根據教學大綱的要求梳理并提煉出各章節的知識框架，根據學生情況和教學目的合理劃分課時，控制課程節奏。課堂上主要針對程度一般的多數學生從數據結構的邏輯結構、存儲結構和數據的運算三個方面去組織教學內容，做到重點突出、內容簡潔。對于程度差的學生進行個別輔導，通過補習和細化教學內容幫助其跟上教學進度。對于程度較好的學生，通過指定課外讀物、布置思考題等，讓其能力得到充分發揮。

2.上好第一節課，激發學習熱情

在第一節課不要急于給學生灌輸基礎的理論知識，而要引導學生明白為何學，講解數據結構的研究對象是什么，學習數據結構有什么用，采用什么樣的方法來學習該課程。這些問題的引入不能從抽象的概念入手，而要從貼近生活的一些例子從案例入手，讓學生在深入課程學習前體會到課程的重要性。例如，學生成績管理系統中如何組織學號、姓名、成績等，才能快速實現查找、插入、刪除等操作；計算機與人對弈時如何應對變化的情況以及給出周全的對策，實現靈活對弈等。也可給學生展示一些上屆學生的優秀作品，讓學生先認識到數據結構在實際編程中的應用，并指出在學期結束時學生也能設計出類似這樣的系統。使學生認識到該課程實際應用的價值，對課程充滿探索的欲望，積極性得到調動，從而有一個良好的開端。

3.夯實C語言基礎

大多高校采用的算法與數據結構教材是用類C語言描述的，實驗也用C語言實現。扎實的C語言基礎是學好算法與數據結構的必要前提，其教學效果直接影響到“算法與數據結構”教學活動的開展。針對學生C語言基礎差的問題，一方面，采用小班教學，并適當增加C語言的課時。盡量安排同一個教師講授“C語言”與“算法與數據結構”，在講授C語言時有的放矢把和數據結構聯系緊密的函數、指針、結構體等知識點重點講解（加大課時）。另一方面，在講授“算法與數據”結構課程時，對涉及到的C語言內容加以復習，使學生能夠讀懂、理解算法。

4.以學生為主體，靈活采用多種教學方法

“算法與數據結構”理論性強、定義多、算法多，傳統的灌輸式教學模式，教師追求教學任務，按時按量完成，一味羅列理論知識和算法，造成課堂枯燥沉悶、學生厭學，必須進行教學改革，建立以學生為主體的教學模式。為了體現學生的主體地位，教師要有意識地營造活躍的課堂學習氛圍，給學生提供主動參與教學的機會，讓學生主動思考，師生共同分析討論完成教學內容的學習，教師在教學中起組織、引導、答疑的作用。教師要及時了解學生對知識的掌握情況、學生的建議，根據授課內容的不同靈活采用啟發式教學法、案例教學法、多媒體教學法等。另外，由于教學內容抽象和學生接受知識能力的不同，教學內容難以通過課堂講授完全被學生理解和掌握，需要借助網絡課程，讓學生充分利用課外時間自主學習，提高教學效果。

（1）啟發式教學法。教師在教學過程中精心設計情境，將問題恰當設置到教學內容中，引導學生在該情境下提出問題，分析問題用到的知識，邊分析邊提問，使學生經過積極思考后跟上教師的講課進度，在解決問題的過程中獲取知識，提高能力。

（2）案例教學法。教師針對把各章節的重點和難點設置很多簡單有效的案例，把抽象的、理論性強的專業知識變成學生感興趣的案例。在講授某一知識理論之前，以實際的案例作為切入點，這樣學生易于接受。

（3）多媒體教學法。在教學過程中運用現代化教學手段，制作簡潔高效的多媒體教學課件，將各種富有表現力的圖示和動畫與授課內容聯系起來，化抽象為直觀，使學生在輕松的氛圍內學會難以理解和掌握的知識。

（4）借助網絡課程實現學生自主學習。利用網絡課程平臺實現無所不在的教學。網絡課程包括教學大綱、教學資源、在線學習、算法演示、案例分析、在線測試、題庫、課程論壇等。學生可以根據自身情況，利用課外時間進行有針對性的學習。學生可以提出問題，在課程論壇上貼出自己的算法和程序，請老師或同學進行討論，也可以由老師或同學設定某一主題供大家討論。網絡學習可以培養學生自主學習的能力，擴展學生的知識結構。

5.加強實驗教學

實驗教學是理論教學的延續和擴展，可以培養學生分析解決問題的能力。

（1）設置多層次的實驗教學。將實驗內容劃分為驗證性實驗、設計性實驗、綜合性實驗。驗證性實驗讓學生檢查自己對基礎知識的掌握情況。設計性實驗鞏固課程知識和算法的學習，讓學生理論聯系實際，靈活掌握所學的知識。綜合型實驗涵蓋多個知識點，在相關知識點學習后2至3周內完成。

（2）精心設計實驗內容。結合課堂知識，由簡單到復雜，循序漸進地設置。設計有一定趣味性、應用性的實驗，提高學生編程能力的同時，讓學生感受到利用所學知識解決實際問題的成就感。

（3）針對難度較大的綜合性實驗，建立有效的學生分組協作機制。學生分成合理的小組，通過相互討論協作完成實驗。挑選算法設計較好的小組在課堂上講解，大家進行溝通交流，擴展思路，從而培養學生的創新能力、科研能力、團隊精神。

（4）嚴格要求，消除學生的惰性。規定實驗完成時間，避免實驗問題的堆積和學生玩游戲或上網。重視實驗報告的書寫，包括實驗題目、要求、過程、結果、源代碼、遇到的問題及解決方法、結果分析、實驗心得等。通過實驗報告教師可以檢查每個學生的實驗完成情況，對發現的典型和共性問題及時地集中講解。

三、結論

“算法與數據結構”是計算機專業的專業基礎課。在教學過程中，研究和探索該課程的教學內容、教學方法、實驗教學等具有很重要的實際意義，可以提高學生的學習興趣，由被動學習變為主動學習；提高學生分析問題、解決問題的實際應用能力；提高教學質量，幫助學生最終學好這門課程，為后續課程學習奠定基礎。

參考文獻：

[1]耿國華.數據結構——C語言描述[M].北京：高等教育出版社，2011.

[2]ACM/AIS/IEEE-CS.Computing Curricula 2005[EB/OL].http：//www.acm.org/education/curric_vols/CC2005-March06Final.pdf.

[3]教育部高等學校計算機科學與技術教育指導委員會.高等學校計算機科學與技術專業發展戰略研究報告暨專業規范（試行）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[4]鄒恒明.數據結構：炫動的0、1之弦[M].北京：高等教育出版社，2012.

（責任編輯：劉輝）