數據結構實踐教學的改革與實踐

莊鎖法,馬　潤

（安徽科技學院,安徽 滁州 233100）

數據結構實踐教學的改革與實踐

莊鎖法,馬潤

（安徽科技學院,安徽 滁州 233100）

摘要：數據結構課程是一門實踐性很強的專業基礎課程。文章分析了數據結構實驗教學過程中存在的問題和困難，提出了保證基礎實驗，強化設計實驗，推動綜合實驗多層次的實踐教學內容的改革，同時對實踐教學方法進行探索，通過實踐取得良好效果。

關鍵詞：數據結構；實驗教學；啟發式；教學方法

0　引言

數據結構課程是計算機科學與技術的一門核心專業基礎課程，與計算機各門主干課都有密切聯系，具有獨特的承上啟下的重要位置[1]。同時數據結構又是一門實踐性極強的技術基本課，其內容隨計算機科學與技術的飛速發展而不斷更新。本課程系統地介紹各種典型的數據結構，包括它們的概念、性質、實現方法和應用。通過講授、練習和上機實踐，培養學生根據求解的要求，選擇合適的數據結構，應用抽象數據類型的思想方法，組織數據和算法的能力，進一步提高程序設計水平，培養良好的程序設計方法，為將來學習和后繼課程打好基礎，因此更新數據結構的實驗教學教學內容，改進實驗教學方法，提高教學質量對培養高素質軟件人才起著決定性的作用。

1　數據結構實踐教學中困難

在長期數據結構教學過程中。我們發現數據結構實踐教學中存在以些問題和困難，主要表現在如下幾個方面。

1.1課程較為抽象，學生理解困難

在教學過程中，學生普遍反映學習難度較大，理論性太強。的確，數據結構是一門理論性強、思維抽象、難度較大的課程，是基礎課和專業課之間的橋梁。該課程的先行課程是計算機基礎、程序設計語言、離散數學等，后續課程有操作系統、編譯原理、數據庫原理、軟件工程等。因此即使理論課老師采用各種可行的方法，例如項目驅動和案列教學法等方法，但效果并不理想，實驗課學生仍然找不到解決的辦法，造成老師講得累，學生聽不懂，上機很難進行的局面。筆者在數據結構的實踐教學環節中，感到學生在上機實驗方面，普遍存在很大的困惑與難點。

1.2學生對程序設計語言掌握不夠

程序設計語言是數據結構的先修課程，我們學校在大學一年級開設，數據結構課程在第三學期開設，近幾年，在第一學期開設程序設計課程，學生剛進大學，由于學習目的性不強，學習方法不正確，對程序設計的興趣不濃，學生難以適應，程序設計語言課程掌握不夠，從實踐教學的角度要求學生必須掌握函數、結構體、指針、遞歸程序設計方法、動態內存分配方法等語言要素。而這些方面正好是學生的薄弱環節，直接影響到數據結構課程的實踐教學正常進行。

1.3實驗內容設計不合理

數據結構的實驗內容選擇都是教材中的一些算法或是課后的練習，或者是課后的實驗。一方面傳統實踐教學中，實驗題目僅針對某一個問題，體現不出綜合性，也沒有和具體的應用相結合，體現不出應用性[2]。另一方面，教材中的算法是無法直接在機器中執行的，必須要把算法思想轉化成完整的程序才行，在實驗時要想象應用環境，分析邏輯結構，選擇存儲結構，算法的調用需要做哪些準備等等，所以，沒有很好的引導和很強的編程能力也是無法自行完成的。

2　數據結構實踐教學內容的改革

長期以來，課程組重視實踐教學，致力于理論基礎和實踐教學的完美結合，形成了保證基礎實驗，強化設計實驗，推動綜合實驗多層次的實踐教學體系[3]。

2.1基礎實驗屬于基本算法題目

針對課堂上講解的數據結構的基本算法給出程序的大體框架和相關算法，主要是用來驗證算法的基本思想。首先按照實驗大綱要求每章編制以驗證為主的基礎性實驗指導書，每個實驗分三個部分，第一部分，預備知識介紹本次實驗的指導思想和實驗一般方法，內容組織結構概述，需要的基礎和準備工作及環境安裝，注意事項；第二部分，實驗小題，把本次實驗的實驗算法用實驗小題的形式給出，主要要求學生在理解算法的基礎上，如何調用這些算法；第三部分，采用分步驟填空的方式如何實現每一個小題，實際上就是分步驟填寫采用的存在結構，數據如何存入計算機，如何調用算法，需要的數據如何提供，調用后如何得到運行結果。

2.2設計實驗屬于應用性題目

設計實驗是在基礎實驗的基礎上，利用已經學過的基本算法，讓學生自己動手來完成一些具體的應用問題。通過設計實驗一方面降低了學習數據結構的難度，增強了學生學習數據結構的興趣，了解數據結構的應用范圍，同時也鍛煉了學生的編程能力。課程組根據大綱和教材設計了如一元多項式加法計算、表達式分析與計算、迷宮、停車場管理問題、醫院病人就診、約瑟夫環問題、高速公路建設問題、教學計劃編排等問題。對每一個問題，給出具體指導和要求，比如，以一元多項式加法為例，具體指導內容包括：首先給出兩個多項式相加的實際例子，其次采用何種類型的存儲結構來存儲多項式的系數，多項式相加中合并同類項如何實現，如何建立多項式，如何輸出多項式等等引導學生去思考，要求學生利用課后時間，對每一個指導步驟得到準確回答，題目可以集體討論解決，也可以一個學生獨立完成。這類實驗題目，學生積極性高，興趣濃，由于可以討論，也增強了學習主動性和合作精神。

2.3綜合實驗屬于課程設計實驗

綜合實驗是給出面向實際應用的稍大一些的實踐題目，課程組根據大綱要求，編寫了數據結構課程設計實驗指導，設置了學生信息管理系統、圖書管理系統、集合運算、車票管理系統等綜合實驗題目。每一題目給出了題目描述、程序應該完成功能和題目要求。以學分管理程序為例，題目描述：請設計一個學生的學分管理程序，假設每位學生必須完成基礎課50學分、專業課50學分、選修課24學分、人文類課程8學分、實驗性課程20學分才能夠畢業，因此在管理學分時，要考慮每個學分所屬于的課程類別。程序應完成功能：（1）通過鍵盤輸入某位學生的學分；（2）給定學號，顯示某位學生的學分完成情況；（3）給定某個班級的班號，顯示該班所有學生學分完成情況；（4）給定某位學生的學號，修改該學生的學分信息；（5）按照某類課程的學分高低進行排序；（6）提供一些統計各類信息的功能。題目要求：1）存儲結構采用順序表或鏈表；2）用本學期所學算法實現各模塊；3）主函數設計一個菜單，通過菜單進入各模塊測試。

3　數據結構實踐教學方法的改革

在教學過程中僅僅有合適的教學內容，如果沒有配套的實踐教學方法，那么實驗教學內容就不能很好落實，實驗教學質量也很難保證，因此，針對實踐教學中存在的問題，對實驗內容進行設計的基礎上，對實驗教學方法要進行不斷的探索和改進，我們課程組通過認真實踐，摸索出一套數據結構實踐教學方法。

3.1加強編程能力的培養

針對學生程序設計基礎差，實踐動手能力差的特點，有針對性進行學習和訓練。數據結構課程中頻繁使用C 語言的函數參數傳遞、指針和結構體等，對于理解數據結構起到舉足輕重的作用，因此，教師必須根據學生對 C 語言掌握的情況，有目的地講授一些數據結構所涉及的 C 語言知識，強化學生 C 語言的運用能力，從而更好地完成數據結構的實驗教學，達到事半功倍的效果，我校在開設數據結構之前，特地開設程序設計技能訓練，而且這門課程由數據結構教師來教授，這樣我們課程組教師就可以有針對性的進行項目訓練，并且在此基礎上把數據結構中的有關算法引入該課程，讓學生先知道怎樣用了，以后再學習數據結構時，學生就更好的理解所學概念和知識的來龍去脈了。

3.2采用啟發式教學方法提高實驗教學效果

所謂啟發式教學，就是教師根據教學目的、內容、學生的識水平和知識規律，運用多種教學手段，采用啟發誘導辦法傳授知定的分析問題、解決問題和編寫程序的能力[4]。課程組教師在進行數據結構基礎實驗時，課前讓學生預習預備知識，實驗課時，課程組在方法上進行指導，同時結合實際應用作一些啟發性的提問，使學生知道從哪里入手做，以及從哪些方面可以作些變化。例如，在學生鏈表實驗時，根據教材內容，問學生，建立鏈表有什么方法，學生肯定回答，有頭插入法和尾插人法，教師追問，能不能用插入算法來實現呢？怎么做就可以達到頭插入法效果？怎么做就可以達到尾插人法的效果？關于鏈表長度算法，常常用“順藤摸瓜”來比喻，那么輸出模塊是不是也可以摸一個輸出一個呢？通過一些列的啟發提問，學生漸漸的學會舉一反三，收到良好效果。

3.3綜合性實驗采用任務驅動教學方法

綜合性實驗屬于課程設計實踐是前兩項實踐內容的提高過程，按照任務驅動式的教學方法，對于實踐內容、實踐目的、實踐結果更有針對性[5]。每個任務按軟件工程的方法來實踐，教師提供可選題目，學生根據自身興趣進行選題，老師給出每個題目邏輯分析，學生進行需求分析，寫出需求分析報告，在老師的指導下，學生進行題目的概要設計、對每一模塊進行詳細設計，最后代碼編寫、上機調試。通過這樣的交流和討論，一方面老師能了解學生的學習情況，另一方面，學生對應用程序設計有較深的認識，也有效杜絕了抄襲程序的現象。

3.4實驗考核方式的改革

考核方式是檢驗教學內容的正確性及教學方法的合理性的重要手段。我們針對實驗內容和形式的不同，采用不同的考核方式，對于基礎實驗，采用隨堂評分的方法，每次實驗結束前對每個學生進行檢查，根據學生實驗課的學習態度、出現錯誤情況、調試程序能力和實驗完成情況給學生評分。對于設計實驗，我們采用包括程序演示、回答問題、程序改進和實驗報告四個過程。程序演示過程由學生向教師演示自己的編寫程序，教師檢查學生程序是否達到預期要求；回答問題過程教師向學生提出與題目相關的問題，例如題目真正要完成的任務，每一個模塊的算法的思想，而且要求由非編寫模塊的同學回答，這樣起到相互學習，取長補短的作用；根據前兩個過程，教師提出設計中存在的問題和不足，希望學生再進行改進，使得程序基本達到預期目標；實驗報告要求按指定的格式完成，同時把應用實例寫進實驗報告中，另外還要寫明程序在編寫過程中出現的問題，以及解決的方法和實驗收獲。

4　結束語

經過數據結構實驗內容的調整和設計，實驗教學方法的改進和實施，取得了不少寶貴的經驗和可喜的成績，使得我校這幾年數據結構的課程教學效果有了很大提高，形成了學生愛好數據結構課程的良好局面。當然，教學改革和探索是沒有止境的。因此，今后我們課程組將繼續探索下去，設計最合理的實踐教學內容，掌握最有效的實踐教學方法，培養學生分析、解決問題的能力，為培養合格的計算機專業應用型人才多作貢獻。

參考文獻：

[1]李春葆.數據結構教程[M].清華大學出版社（第4版）,2013（01）.

[2] 胡學鋼,張晶等.數據結構實踐教學體系設計[J].吉林大學學報（信息科學版）,2005（08）：138-140.

[3]秦玉平.數據結構課程實踐教學改革與實踐[J].渤海大學學報（自然科學版）,2013（12）：398-400.

[4]米文麗.啟發式教學在《數據結構》課程中的應用[J].佳木斯教育學院學報,2014（05）：156,158.

[5]曹春萍,陳平.問題驅動法在“數據結構”教學中的應用探討[J].中國電力教育，2014（23）：78-79.

基金項目：安徽科技學院教學研究項目資助（編號：X2012030）

作者簡介：莊鎖法（1965-）,男,副教授,研究方向：信息管理，網絡管理和網絡安全教學與研究。