電子信息工程專業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究

邱奕敏（武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院,武漢　430081）

電子信息工程專業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究

邱奕敏
（武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院,武漢430081）

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是電子信息技術(shù)領(lǐng)域的一門基礎(chǔ)課程，實(shí)踐在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教學(xué)中起著重要的作用，可以幫助學(xué)生理解抽象的概念，增加趣味性，甚至可以用來(lái)解決日常生活中遇到的常見問(wèn)題，同時(shí)練習(xí)和鞏固了常用的編程語(yǔ)言。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；電子信息；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

0　　引言

隨著計(jì)算機(jī)和電子信息科學(xué)的快速發(fā)展，電子信息科學(xué)與工程專業(yè)被用以培養(yǎng)大量的電子信息人才。《高等學(xué)校電子信息科學(xué)與工程類本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范(試行)》是由教育部編制的電子信息工程專業(yè)管理規(guī)定，文中指出：“電子信息工程專業(yè)教育內(nèi)容和知識(shí)體系由通識(shí)教育、專業(yè)教育和綜合教育三大部分組成。”“計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)是理工科類各專業(yè)通識(shí)教育知識(shí)單元，包含計(jì)算機(jī)文化、算法語(yǔ)言和程序設(shè)計(jì)等內(nèi)容[1]。”這說(shuō)明在教學(xué)實(shí)踐方法，電子信息專業(yè)也需要掌握計(jì)算機(jī)專業(yè)的基礎(chǔ)學(xué)科內(nèi)容。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心課程之一，也是電信專業(yè)學(xué)術(shù)需要掌握的一門重要基礎(chǔ)課。但是由于兩種專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和課程體系不同，因此電信專業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程在理論及實(shí)踐教學(xué)的側(cè)重點(diǎn)也不同。

1　　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念和特性

1968年美國(guó)唐納德?克努特教授開創(chuàng)了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的最初體系，他闡述了數(shù)據(jù)的邏輯和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)及其操作。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為一門核心課程，介于數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)硬件和軟件之間，其內(nèi)容是一般程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是對(duì)編譯程序、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的重要基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)從廣義上描述，包括邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)。狹義上則專指邏輯結(jié)構(gòu)，即元素間的邏輯關(guān)系，包括集合型、線性結(jié)構(gòu)、樹型和圖型。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程是圍繞上述幾種數(shù)據(jù)類型進(jìn)行的，除了這些基本的操作，還構(gòu)建了插入，刪除，查找，取元素，取長(zhǎng)度等。此外，加入了較為復(fù)雜的算法，即查找和排序。

對(duì)于大多數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，都需要了解插入數(shù)據(jù)項(xiàng)、查找數(shù)據(jù)項(xiàng)、刪除數(shù)據(jù)項(xiàng)和訪問(wèn)數(shù)據(jù)項(xiàng)，用來(lái)進(jìn)行后續(xù)的顯示或其他操作。因此，電子信息專業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)具有以下特點(diǎn)：

1.1概念多，對(duì)比性強(qiáng)，易記憶

每種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都包含了類型定義和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，也都有建立、插入、刪除、查找等基本操作。因此，在新章節(jié)的學(xué)習(xí)中可以結(jié)合前面章節(jié)的內(nèi)容，學(xué)生就很容易掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和整體概念。

1.2算法多樣，特點(diǎn)不同

雖然各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都有相同的操作，但其存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)不同，所以方法也不同。例如，在線性表中刪除結(jié)點(diǎn)，該結(jié)點(diǎn)是前、后關(guān)系，所以刪除時(shí)只需要考慮結(jié)點(diǎn)的前驅(qū)與后繼；但是，在二叉樹中刪除結(jié)點(diǎn)，則需要考慮刪除的結(jié)點(diǎn)所在位置，對(duì)于葉子結(jié)點(diǎn)或是左右子樹，應(yīng)考慮刪除后的不同信息修改問(wèn)題。

1.3形式抽象，難以實(shí)際應(yīng)用

現(xiàn)實(shí)生活中抽象出來(lái)的數(shù)據(jù)元素作為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的研究對(duì)象，只是對(duì)單純的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，沒(méi)有考慮數(shù)據(jù)本身的實(shí)際意義，加上表現(xiàn)形式不同，更加抽象難以理解。

2　　電子信息工程專業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)特點(diǎn)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是電子信息工程學(xué)科的重要基礎(chǔ)課程，研究的主要內(nèi)容是各種基本而又典型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法思想及其實(shí)際應(yīng)用，以培養(yǎng)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特性的分析與研究能力，使學(xué)生理解各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、存儲(chǔ)、運(yùn)算方法以及基本應(yīng)用；培養(yǎng)學(xué)生選用合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，運(yùn)用C語(yǔ)言編寫應(yīng)用程序和初步評(píng)價(jià)算法程序的能力。學(xué)生們需要利用實(shí)驗(yàn)課來(lái)實(shí)踐所學(xué)理論進(jìn)而深入理解理論知識(shí)并探索和運(yùn)用知識(shí)，用科學(xué)的思維和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度[2-4]來(lái)進(jìn)行今后的學(xué)習(xí)，因此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程的合理安排非常重要。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在電子信息工程的課程中有著承上啟下的重要作用。其先修課程有計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)和數(shù)字電路與數(shù)字邏輯，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程是數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)算機(jī)組成原理等核心課程的基礎(chǔ)，還是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等課程應(yīng)該掌握的前提學(xué)科。理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在學(xué)科系統(tǒng)中的位置，合理安排理論和實(shí)踐教學(xué)，能幫助學(xué)生加深對(duì)基礎(chǔ)課程的理解，培養(yǎng)學(xué)生具有良好的工程思維，還能使學(xué)生為未來(lái)核心課程的學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。

綜上所述，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程具有概念較多、內(nèi)容抽象、理論和邏輯性強(qiáng)、程序復(fù)雜等突出特點(diǎn)。教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生中普遍存在概念不清、無(wú)法準(zhǔn)確理解的問(wèn)題，上實(shí)驗(yàn)課時(shí)常常不能通過(guò)正確編寫程序來(lái)理解課程內(nèi)容。因此，有必要根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。

3　　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革措施

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論教學(xué)的延續(xù)和擴(kuò)展，是培養(yǎng)學(xué)生興趣、解決實(shí)際問(wèn)題的重要手段。課程中需要學(xué)生具有一定的編程能力用以加深對(duì)算法的理解，因此學(xué)生對(duì)于C語(yǔ)言的掌握也至關(guān)重要。本文在筆者多年實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，以激發(fā)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的學(xué)習(xí)興趣和加深理解為主線，提出了電子信息專業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的措施。

（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中樹、圖、查找、排序等章節(jié)的概念較多，很多都需要通過(guò)理解記憶，才能更好地理解算法的含義和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因此可以利用一些簡(jiǎn)單的小例子來(lái)幫助學(xué)生記憶。例如，學(xué)習(xí)完鏈表后，可以將一個(gè)班上所有同學(xué)的信息用鏈表的形式用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念來(lái)定

義，將男生和女生信息分成兩個(gè)鏈表來(lái)保存，在鏈表尾部插入新來(lái)的同學(xué)的信息等。通過(guò)這些類似的小例子，都可以幫助電信專業(yè)的學(xué)生們理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，了解算法設(shè)計(jì)對(duì)程序的影響。

（2）由于大多數(shù)電信專業(yè)學(xué)生程序語(yǔ)言和編程能力較弱，對(duì)問(wèn)題沒(méi)有清晰的算法思想，也無(wú)法將其轉(zhuǎn)為完整的代碼正確的表達(dá)出來(lái)。同時(shí)課本上的例證用的都是偽C代碼，學(xué)生很難理解這種偽代碼的描述語(yǔ)句，編寫出C程序的難度就更大了。因此教師在實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)該注重對(duì)于程序語(yǔ)言的培養(yǎng)，對(duì)于課本上的類C語(yǔ)言描述需要更透徹的講解，對(duì)于一些默認(rèn)采用的代碼也需要多提示。

例如在鏈表學(xué)習(xí)中，課本對(duì)于單鏈表結(jié)點(diǎn)類型的定義為：

typedefstructLNode

{

ElemTypedata;

structLNode*next;

}LinkList,*LNode;

其中LNode是節(jié)點(diǎn)指針，用于單鏈表的鏈接操作（指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)）。LinkList是定義的結(jié)構(gòu)體的名稱，用于表示整個(gè)鏈表（其中包含兩個(gè)方面，數(shù)據(jù)域和指針域，當(dāng)鏈表中只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，指的就是整個(gè)節(jié)點(diǎn)）。這里的*LNode和LinkList都是指向鏈表，但一個(gè)是用名字表示，另一個(gè)是指針表示。而這里的ElemType可以表示任意類型，通常編寫程序時(shí)，會(huì)在結(jié)構(gòu)體的前面加上類似typedefElemTypeint;的語(yǔ)句，用以說(shuō)明此程序中的ElemType被定義成int類型。

這樣類似的編程中需要注意的小細(xì)節(jié)，都需要在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中告訴學(xué)生們，方便學(xué)生們對(duì)編程語(yǔ)言的閱讀、分析和理解。同時(shí)，平時(shí)應(yīng)該多鼓勵(lì)學(xué)生編寫程序，閱讀程序，解決實(shí)際小問(wèn)題，提高學(xué)生的積極性。

（3）根據(jù)學(xué)生掌握知識(shí)的程度不同，教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)該采用由簡(jiǎn)到難的方法來(lái)幫助學(xué)生克服學(xué)習(xí)中的困難。例如，學(xué)習(xí)樹這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)，由于用到了遞歸的概念，因此先從遞歸的含義著手，結(jié)合前面學(xué)到的線性表的概念，從利用樹的孩子表示法開始，過(guò)度到孩子兄弟表示法，學(xué)習(xí)樹轉(zhuǎn)換成二叉樹的過(guò)程和不同的程序編寫方法，然后通過(guò)閱讀例子，最后編寫程序，在閱讀中理解，在實(shí)踐中進(jìn)步。

（4）同時(shí)學(xué)生也需要通過(guò)自身努力來(lái)提高興趣和學(xué)習(xí)效果。因此，學(xué)生要進(jìn)行課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)，熟悉各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的表示方法，將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念應(yīng)用到實(shí)際生活中來(lái)解決問(wèn)題，多看、多編寫程序。

4　　結(jié)語(yǔ)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是電子信息技術(shù)領(lǐng)域的一門基礎(chǔ)課程，實(shí)踐在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教學(xué)中起著重要的作用，可以幫助學(xué)生理解抽象的概念，增加趣味性，甚至可以用來(lái)解決日常生活中遇到的常見問(wèn)題，同時(shí)練習(xí)和鞏固了常用的編程語(yǔ)言。由于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被應(yīng)用到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)等多個(gè)領(lǐng)域，學(xué)好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有利于后續(xù)其他專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)。因此，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在電信專業(yè)的本科實(shí)踐教學(xué)中具有舉足輕重的研究意義。

[1]教育部高等學(xué)校電子信息科學(xué)與工程類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì).高等學(xué)校電子信息科學(xué)與工程類本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范(試行) [S].北京：高等教育出版社，2010:1-66.

[2]汪沁.基于“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”實(shí)驗(yàn)的探討和研究[J].中國(guó)教育信息化，2007(04):17-19．

[3]徐大華0程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言教學(xué)方法探討[J].高等理科教育，2007(01):36-38．

[4]袁曉峰.“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與實(shí)踐[J].中國(guó)電力教育，2011(29):136-137.

武漢科技大學(xué)2014年度青年科技骨干培育計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：2014xz011

邱奕敏（1981-），女，湖北武漢人，博士，研究方向?yàn)橹R(shí)工程，圖像處理。