“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)方法研究與實(shí)踐

摘要：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的特點(diǎn)是覆蓋面廣、內(nèi)容繁多、學(xué)習(xí)難度大，為了提高教學(xué)質(zhì)量，本文從課堂教學(xué)方法、上機(jī)教學(xué)方法、考核方式3個方面，提出對課程教學(xué)的改革與探索。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 理論教學(xué)方法 實(shí)踐教學(xué)

1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)中存在的問題

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程具有內(nèi)容多且抽象、邏輯性強(qiáng)、概念多、技巧性強(qiáng)等特點(diǎn)[1]，這導(dǎo)致學(xué)生如果在一開始學(xué)習(xí)時就遇到困難，則會對它產(chǎn)生抗拒心理。例如在最初接觸單鏈表時，學(xué)生很容易被建表的方法所困擾，因?yàn)樗扔蓄^插、尾插兩種建立方法，而后又改進(jìn)算法進(jìn)入了“頭結(jié)點(diǎn)”。雖然方便了運(yùn)算，但同時也增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，學(xué)習(xí)興趣也因此下降。并且，現(xiàn)在大部分的教學(xué)都是以教師教課為主，課堂上與學(xué)生的互動很少使得學(xué)習(xí)很被動。學(xué)生也越來越找不到方向，從而陷入一種惡性循環(huán)。

2 課堂教學(xué)方法

2.1 引入問題式教學(xué)

學(xué)生跟種子一樣，有自己的生命力，教師只需要提供適當(dāng)?shù)臈l件就能讓他們自己成長。因此，如果在課上，教師有意識地創(chuàng)設(shè)問題情境，根據(jù)學(xué)生的整體情況，選擇難易相當(dāng)與內(nèi)容聯(lián)系緊密的案例且只涉及學(xué)生學(xué)過或即將要學(xué)的內(nèi)容，能引導(dǎo)學(xué)生不斷發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題并最終解決問題。這樣，不但能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，同時也調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。這就是引入問題式教學(xué)方法的核心與成果。圖1簡要說明其實(shí)施過程。

圖1 引入問題式教學(xué)方法的過程

2.2 有意義的接受式學(xué)習(xí)方法[2]

奧蘇伯爾有意義的接受式學(xué)習(xí)方法是指學(xué)生以主動性、積極性的思考為核心的一種理解性學(xué)習(xí)。其特點(diǎn)是學(xué)生身與心、認(rèn)知與情感、邏輯思維與直覺等的和諧統(tǒng)一以及在學(xué)習(xí)過程中的投入。

為了實(shí)現(xiàn)有意義的接受式學(xué)習(xí)方法，一方面教師應(yīng)特別注重選擇與安排材料。如在準(zhǔn)備棧、隊(duì)列等教學(xué)內(nèi)容時，應(yīng)收集一些學(xué)生熟悉的實(shí)際生活中的現(xiàn)象和實(shí)例。在教學(xué)中深入淺出地把這些實(shí)例同書本中的理論知識結(jié)合起來，使學(xué)生對陌生概念有個清晰的理解。另一方面，教師可以利用自己的經(jīng)驗(yàn)向?qū)W生講清楚所學(xué)內(nèi)容的意義。如二叉樹、圖在實(shí)際工程的應(yīng)用。從而實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的互動，達(dá)到提高教學(xué)效果的目的。

2.3 圖示教學(xué)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中有大量的算法，如果只借助傳統(tǒng)的“直線型”板書模式來讓學(xué)生理解，尤其是對于重點(diǎn)、難點(diǎn)知識如果板書內(nèi)容多過會使講課效果不明顯。因此，在授課中，設(shè)計(jì)圖示化板書能夠展現(xiàn)抽象的“思維”過程，使學(xué)生從整體上把握知識結(jié)構(gòu)，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的課堂教學(xué)中有著不可替代的作用[4]。如采用圖示教學(xué)法詳細(xì)講解堆排序的過程，幫助學(xué)生增強(qiáng)對該知識的理解與應(yīng)用。

以圖2中擁有8個結(jié)點(diǎn)的二叉樹為例，演示堆排序算法的實(shí)現(xiàn)過程。首先把大根堆看成是無序區(qū)，將堆頂記錄與堆區(qū)間的最后一個記錄交換位置，選出無序區(qū)中排序碼最大的記錄放入有序區(qū)，將剩余的記錄再調(diào)整成大根堆，即完成一趟排序。這樣無序區(qū)逐漸縮小，有序區(qū)逐漸擴(kuò)大。N個記錄一共需要做N-1趟排序。以下是堆排序的全過程，圖中給出了每一趟排序后，排序碼的位置的變化情況以及對應(yīng)完全二叉樹的狀態(tài)，“[ ]”括起來的區(qū)間表示有序區(qū)。具體過程如圖2所示：

圖2 堆排序過程的圖示

3 上機(jī)教學(xué)

實(shí)踐不僅要求學(xué)生能利用上機(jī)時間掌握每章所學(xué)習(xí)的重點(diǎn)算法，同時還要求在期末能完成相關(guān)的課程設(shè)計(jì)內(nèi)容。

3.1 課程上機(jī)練習(xí)

上機(jī)實(shí)踐能進(jìn)一步幫助學(xué)生掌握數(shù)據(jù)組織與程序設(shè)計(jì)的技巧和提高學(xué)生在編程、程序調(diào)試與正確性驗(yàn)證等方面的技能。

遞歸是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最為重要的算法和上機(jī)實(shí)踐環(huán)節(jié)。首先我們在學(xué)習(xí)時要深入理解的簡單遞歸算法，然后根據(jù)一定的規(guī)則，如遞歸調(diào)用改成顯式的人棧和出棧操作，將遞歸算法改寫成非遞歸的算法，以提高算法的運(yùn)行效率。而在有的情況下，如為了提高算法的可讀性與簡潔性、為了進(jìn)行遞歸算法的設(shè)計(jì)訓(xùn)練等，則需要我們將非遞歸的算法改寫成遞歸算法。求N！的算法就是棧與遞歸的典型應(yīng)用，因此教師在此實(shí)驗(yàn)內(nèi)容下根據(jù)學(xué)生的不同掌握程度，提出不同的問題與要求，使每位學(xué)生在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上有一定的提高。

3.2 案例設(shè)計(jì)

在案例設(shè)計(jì)階段，教師可組織學(xué)生以小組為單位設(shè)計(jì)一些小型的實(shí)用程序，這樣能將書本知識全面綜合地加以利用，加強(qiáng)了學(xué)生對實(shí)際問題抽象描述的理解能力，提高了學(xué)生的編程能力。

如在無向圖的深度遍歷算法中，每遞歸調(diào)用一次DFS 算法就使計(jì)數(shù)器加1，訪問結(jié)束后，就統(tǒng)計(jì)出了無向圖中連通分量的個數(shù)。又如，在廣度優(yōu)先遍歷算法中，如果我們修改所使用隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)方式，結(jié)點(diǎn)入隊(duì)時同時保存出發(fā)結(jié)點(diǎn)的信息，結(jié)點(diǎn)出隊(duì)時，并不把該結(jié)點(diǎn)真正從隊(duì)列中刪除出去，而是僅僅修改隊(duì)頭指針，則我們就可以實(shí)現(xiàn)求指定兩結(jié)點(diǎn)間的一條路徑長度最短的路徑。

4 考核方式

課程考核是激勵學(xué)生學(xué)習(xí)的重要手段之一，也是教學(xué)效果的評價方法。為了提高學(xué)生的綜合能力，期末考核采用“1+1+1+2+5”方式。平時作業(yè)占10%，督促學(xué)生及時復(fù)習(xí)鞏固所學(xué)知識；平時出勤、課堂表現(xiàn)占10%，幫助提高師生交流與課堂教學(xué)氛圍；實(shí)驗(yàn)上機(jī)占10%，邊學(xué)邊操作，提高學(xué)生的編程能力；案例設(shè)計(jì)占20%，評價學(xué)生動手解決實(shí)際問題的能力；期末筆試50%，全面了解學(xué)生對該課程的掌握情況。

5 總結(jié)

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)方法的探討從提出到成熟還有一段過程，在本文中還沒有完全體現(xiàn)。只有通過不斷實(shí)踐，從實(shí)踐中不斷發(fā)現(xiàn)與解決問題，才能不斷完善它的教學(xué)方法。同時，希望在教學(xué)中，教師能以學(xué)生為中心，不斷改進(jìn)教學(xué)方法，在教學(xué)過程中充分讓學(xué)生發(fā)揮主觀能動性，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]嚴(yán)蔚敏，吳偉民.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（c語言版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.

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[3]葉雙，吳清江，等.提高“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)效果的方法初探[J].計(jì)算機(jī)教育，2009（21）：90-92.

[4]沙宗堯，邊馥苓.圖示教學(xué)法在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法教學(xué)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)教育，2009（18）：80-82.

作者簡介：

易孟婕（1994-），女，湖南南縣人，學(xué)生，本科在讀，主要研究方向：網(wǎng)絡(luò)工程；翟悅（1984-），女，遼寧撫順人，講師，碩士，主要研究方向：數(shù)據(jù)挖掘。