《數據結構》課程綜合案例的設計

張芷伊，張秀梅

（遼寧科技大學軟件學院，鞍山 114051）

《數據結構》課程綜合案例的設計

張芷伊，張秀梅

（遼寧科技大學軟件學院，鞍山 114051）

針對應用型本科人才的培養目標，注重實踐能力的教學要求，以及數據結構實驗課程原有教學模式存在的不足，對實驗內容和方式進行改革，采用基于案例式的有指導的討論模式進行教學。通過實驗教學的設計充分發揮學生的主觀能動性，從而培養學生實際動手能力和鉆研合作能力。

數據結構；案例式；教學模式；實驗改革

0 引言

《數據結構》課程是計算機專業的一門核心課，該課程的原理和算法比較抽象，目前針對理論教學的改革方法很多，如基于CDIO教學理念的改革［1］，案例教學法［2］，分層教學法［3］，基于競賽的教學模式［4］以及構建主義教育［5-7］等。為了提高學生學習興趣，培養學生算法設計能力、算法分析能力和程序調試能力，對實驗內容進行調整，并采用基于案例的討論式教學。通過以案例為分析研究對象，對案例分析和討論，以及對相關方案的選取和評價，激發學生提出解決方案，進一步應用到其他方面。

1 數據結構實驗教學中存在的問題

從目前的教學和學生的學習效果來看，現行的實驗教學體系存在著一些問題主要表現在以下方面。

1.1 學習態度參差不齊，學習方式差別很大

學生對待專業學習的動力差別很大，大多數學生還沒有適應大學的學習生活，還在延續初高中的應試教育，很少進行自主學習，更不知道如何進行研究性學習。而且大學生的智力已經有了很高的層次性，學生的差異性是最大的優勢，卻是教師面臨的最大挑戰［8-9］。

另外，程序設計課程學得不透徹，缺乏實際動手能力，在實踐課上做其他不相關的內容，沒有真正重視實驗課的學習，漸漸對專業學習喪失學習興趣。

1.2 實踐內容枯燥

目前大多數實驗題目是驗證性的，教師采用 “靜態”的教學方法，從實驗目標、內容、步驟、注意事項，甚至程序的調試以及可能的實驗結果都由教師講解，然后由學生去操作。而對于相對較難的題目，一些能力差的學生直接從網上下載，不思考不提問。實驗內容上缺乏對解決實際問題的練習，學生在實驗之后仍然不知道學習數據結構在解決實際問題的時候能對編程有什么指導意義，這使學生進行思考研究的少了，按部就班去做，導致實驗失去了原始的意義，不利于鍛煉學生的分析解決問題的能力，也不利于教學質量的提高。

1.3 實踐考核不夠科學

在現行的的實驗教學中，實驗考評主要是以學生的出勤率、實驗態度和實驗報告作為評價依據，但這種考核方式有時無法考核出學生的真實成績，仍然有實驗態度不認真、抄襲實驗報告的現象，從而導致評價結果與實際情況有很大偏差。

針對上述問題，要想使實踐教學達到預期目標，真正提高學生的實踐能力，提高學生的學習興趣，讓其盡快自主學習是至關重要的。為了適應學院卓越工程師培養模式的教學，首先對原有實踐教學內容進行改革，并運用案例式教學方法。

2 案例式實驗教學內容改革

每次實驗之前，都精心選擇或設計一個引導性案例問題，通過問題的引入，使學生在概念和提高理解之間架起一座橋梁。通過分析問題，收集數據，總結和歸納系列過程，激發學生科學地思考、增強解決問題的技巧和獲得新知識的能力。具體實施過程如圖1所示。下面以線性表部分的一元多項式實驗為例進行設計。

2.1 案例的設計

圖1 案例式實驗教學過程

作為數據結構實驗課程的第一個案例式實驗，采用有指導的方式進行。實驗內容是為學習目標而選擇的，對于大學低年級的學生，由于知識積累不足，沒有掌握相應的學習方法等原因，所以要選擇難度適中的案例，并與其先驗知識融合到一起。試想，一個不費吹灰之力就能解決的問題會讓學生不屑一顧，而具有一定難度的問題將引發學生解決問題的興趣和躍躍欲試的沖動。因此選用合適的案例是很具有挑戰的。

假設現有質量分別為1克、2克和3克的砝碼各一枚，問只用這些砝碼各一次你能稱出哪幾種質量的物體來？而對各種質量確定的物體又有多少種不同的稱量方案？［10］

2.2 案例的分析

“動態”的實驗教學應當被視為是一幅全景圖，同時也是細節的的集合體。使學生積極參與到學習問題解決的活動中，實現了角色的變更，學生成為解決問題的主體，激發了自主學習的能動性。

首先，分析匯總各種可能得到的稱重情況如表1所示。

表1 稱重問題的解

接著，教師引導進一步分析細節：

（1）如果有1枚重為K1的砝碼，稱重的質量種數為n=2，兩種物體的實際質量為m=｛m1=0，m2=K1｝，每種質量的稱重方案數為P=｛P1=1，P2=1｝，發現m和P之間的關系？

（2）假設有兩枚砝碼，其質量分別為K1和K2，假設K1≠K2，綜合（1）得到可以稱重的質量情況為：

（a）0+0=0；

（b）K1+0=K1

（c）0+K2=K2

（d）K1+K2

（3）學生們聯系本次實驗的內容，并猜想各種解決方案

最后，分析總結。

根據（1）可用一個二項式表示1+xK1

根據（2）可得到對應的多項式

（1+xK1）（1+xK2）=1+xK1+xK2+xK1+K2

下面得到如果是n個這樣的砝碼得到通式

（1+xK1）（1+xK2）…（1+xKn）

2.3 問題的解決實現

案例分析后，考慮如何存儲到計算機中實現實際問題的求解，利用所學的線性表結構，用順序表還是鏈表，需要存儲哪些數據。算法如何編寫，利用書上已知的一元多項式算法如何改寫等。

首先，選定運用鏈表結構，創建結點PolyNode，根據多項式的特點，結點中的數據包括兩部分信息：系數（coef）和指數（expn）。接著，將若干個多項式按照指數的順序從小到大的插入到鏈表中。最后實現一元多項式的乘積操作，在此過程中注意合并同類項，核心代碼如下所示：

qa=this.getHead（）；

qb=this.getHead（）.getNext（）；

while（qb！=null&&p.getExpn（）＞（（PolyNode）qb.getData（））.getExpn（））｛//查找插入位置

qa=qb；

qb=qb.getNext（）；

｝

if（qb！=null&&p.getExpn（）==（（PolyNode）qb.getData（））. getExpn（））｛//將指數相同相合并

（（PolyNode）qb.getData（））.setCoef（（（PolyNode）qb.get-Data（））.getCoef（）+p.getCoef（））；

if（（（PolyNode）qb.getData（））.getCoef（）==0）｛//數為0的話釋放結點

qa.setNext（qb.getNext（））；qb=qa.getNext（）；｝

一元多項式乘積操作的核心代碼為：Node qa=la.getHead（）.getNext（）；Node qb=lb.getHead（）.getNext（）；

PolyList ha=new PolyList（）；ha.getHead（）.setNext（null）；while（qa！=null）｛

qb=lb.getHead（）.getNext（）；while（qb！=null）｛

PolyNode a=（PolyNode）qa.getData（）；PolyNode b=（PolyNode）qb.getData（）；PolyNode pf=new PolyNode（a.getCoef（）*b.getCoef（），a.getExpn（）+b.getExpn（））；try｛ha.insertsame（pf）；｝catch（Exception e）｛e.printStackTrace（）；｝

qb=qb.getNext（）；｝

qa=qa.getNext（）；

｝

進一步提出解決問題：某船隊有載重量為1，2，4，8 和16百噸的船各一艘，為了保證使用效益，用船時必須滿載，問該船隊有多少種載貨服務功能。

通過本次實驗希望能夠將實際問題拿來分析，查閱相關書籍或上網找到一定的解決方案，最后用計算機去解決，在問題的解決過程中繼續研究，真正提升學生的研究能力。

3 結語

數據結構實驗內容采用案例驅動，案例的選取與學生的先驗知識融會到一起，又與數據結構的相關內容有機的結合起來，意在提高學生的學習興趣，學生分析與設計能力，培養學生團隊協作精神。通過對精心選擇和設計的案例的分析和討論，得出原有情境下的解決方案，然后提出改進的思路和進一步的應用，案例中解決問題的思路為學生提供了借鑒好啟發，不僅利于學生獲得新的知識，而且也利于學生以此為基礎提高自身的分析問題和解決問題的能力。

［1］陳瑾.基于CDIO理念的數據結構課程改革與研究.福建電腦［J］，2012（9）：156-157.

［2］段群，田俊華.案例教學法在《數據結構》教學中的應用.陜西教育［J］，2012（9）：58.

［3］張秀梅.《數據結構》課程教學改革探討.現代計算機，2013（10）：47-49.

［4］李月軍，李娟，李英玉.融入ACM/ICPC競賽內容的數據結構教學改革與實踐探討.內蒙古師范大學學報（教育科學）［J］，2012. （25）：137-140.

［5］李曉鴻，駱嘉偉，季杰.《數據結構與算法分析》研究型實踐教學的探索.實驗室研究與探索，2012（31）：121-126.

［6］張戎秋.建構主義理論在數據結構教學中應用的研究和探討［J］.淮南師范學院學報，2010（12）：92-94.

［7］龔紅，李友云.Seminar教學法在數據結構實驗教學中的應用.信息系統工程［J］，2012（10）：139-141.

［8］林健著.卓越工程師培養（工程教育系統性改革研究）［M］.清華大學出版社，2013（1）：196-199.

［9］邁克爾·普洛瑟（澳）著.如何提高學生學習質量［M］.北京大學出版社，2013（1）：139-142.

［10］楊啟帆，李浙寧，王聚豐等.數學建模案例集［M］.高等教育出版社，2006（1）：1-10.

［11］王曉明.基于學生自主和協作學習的數據結構實驗教學模式探索與實踐［J］.高教學刊，2015（22）：229-230.作者簡介：張芷伊（1994-），女，遼寧鞍山人，大學三年級張秀梅（1978-），女，遼寧鞍山人，講師，研究方向為中文信息處理

Case Teaching Content Design of Data Structure

ZHANG Zhi-yi，ZHANG Xiu-mei
（School of Software，University of Science and Technology Liaoning，Anshan 114051）

In view of the training target of personnel with applied knowledge，the teaching requirements of the practice ability，and the deficiency of original experiment course on data structure，the experimental contents and methods are reformed.The discussion model based on case is applied.Through the design of experiment teaching the students give full play to their initiative，and train the practical ability，study and cooperative ability.

Data Structure；Case Teaching；Teaching Mode；Experiment Reform

遼寧科技大學大學生創新創業訓練項目（No.DC2015119）

1007-1423（2016）21-0065-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2016.21.015

2016-05-17

2016-07-15