《數據結構》課程教學方法的改革與探究

羅富貴+唐鳳仙

摘 要：數據結構主要學習用計算機實現數據組織和數據處理的方法，它在計算機科學課程體系中起到了重要的作用。但由于這門課程抽象度高，內容不易理解，學生學習起來感覺非常困難，導致教學效果非常不好。本文通過分析了在數據結構教學中存在的問題，在理論教學和實踐教學方面提出了一些改進的教學措施。

關鍵詞：數據結構 案例教學 啟發式教學 實踐教學

《數據結構》是計算機及相關專業的專業基礎課之一，是一門十分重要的核心課程，它也為計算機專業的后續課程如操作系統、編譯原理、數據庫原理和軟件工程等學習打下堅實的基礎。數據結構課程主要研究內容是各種數據的邏輯結構（數據元素之間的關系）、存儲結構，以及建立在這些結構的算法及其性能分析，其主要學習目標對這些內容的掌握和理解。但由于《數據結構》這門課程理論性強、抽象度高，使得學生學習起來感覺非常困難，學生普遍反應該課程不易理解，導致教學效果非常不好。本文分析了在數據結構教學中存在的問題，教學內容，教學方法，教學手段以及實踐教學等四個方面進行研究，提出了一些改進的方法和措施，從而提高教學質量。[1]

一、課程教學目前存在的問題

1.課程本身難度大

數據結構主要學習用計算機實現數據組織和數據處理的方法，該課程理論性和邏輯性都比較強，而且數據的邏輯結構以抽象數據類型進行表述，抽象度高，內容相對來說枯燥無味、知識點也比較多，不花足夠的時間研究很難理解。往往前面所學的知識還沒有完全理解，又開始學習新的知識，遇到的問題不能及時解決，這使得問題不斷堆積，造成學生心理上感到恐懼，學習難度大，從而失去了學習數據結構的興趣，最終導致教學質量差。[2]

2.先導課程基礎不扎實

高等數學、高級程序設計語言和離散數據等課程是數據結構的先導課程，學生對先修課程掌握不扎實。例如在分析算法時需要一定的數學知識，理解和實現算法時則需要高級程序設計語言。目前大部分高校的數據結構的算法描述工具是C語言，其算法經常需要用到先修課程C語言里的函數、指針、結構體等知識，而學生對這些知識普遍掌握不好，導致其在學習數據結構時對知識的理解和算法實踐受到阻礙。

3.實踐動手能力弱

在多年的教學中發現每一屆學生都存在同一問題：由于先修課程C語言程序設計的基礎薄弱，學生對問題的分析能力不足，對算法的理解程度差，動手編程、調試、閱讀程序的能力差。所以，上機時自然無從下手，學生無法體會數據結構課程在計算機軟件開發領域的價值，也就無法體會數據結構課程的作用，使得學習沒有興趣。

二、課程教學與實踐的改革

1.組織好教學內容

《數據結構》課程教學內容主要包含有基本的數據結構：線性結構、樹形結構、圖形結構以及數據結構的應用，面對多而繁雜的內容，可以通過以下的方式來有效地設計好教學內容，如圖1所示。

基本數據結構的教學組織內容可以劃分以下三部分：一是數據的抽象數據類型（邏輯結構和基本運算描述）；二是數據在計算機的存儲結構：主要包括順序存儲結構和鏈式存儲結構；三是基本運算在兩種存儲結構上算法的實現及算法性能分析。數據結構的應用包含查找技術和排序技術兩方面。我們就可以根據課程的教學目標，依照圖1所示進行內容設計，以知識單元為基點由簡單到復雜分階段組織實施教學，不僅增加教學的靈活性，降低教學難度，而且學生課后可以按照這條主干線自主學習，提高學習效果。[3]

2.改變教學方法

由于該課程抽象度高，內容不易理解，使得教學難度增大，一方面需要教師講授，另一方面需要學生參與其中。因此，在教學中，可以將案例教學法和啟發式教學法相結合進行教學。

所謂案例教學是根據范例“個體”的知識特點，分析掌握整個“類別”事物的特征，使對“個體”的認識上升為對“類別”的認識，從而掌握其規律和范疇。在數據結構的教學中，采用案例教學法通過實例講解抽象的理論知識，讓學生更加容易理解。例如針對學生剛剛接觸數據結構比較陌生，在緒論中介紹數據結構課程時都會介紹數據結構的作用以及研究的內容，我們可以通過一個簡單案例的講解來深入介紹數據結構中的術語及其數據之間的關系。在講解到算法的實現時，也可以引入一個現實生活中的實例來分析算法實現的具體步驟。對于數據結構中的算法描述工具是C語言，可以通過簡單的學生成績管理程序和學生共同復習C語言中的函數，結構體，指針等知識應用。通過案例教學，使抽象的理論知識具體化，讓學生更加容易理解抽象的理論知識和復雜的算法。[4]

啟發式教學的核心就是要培養學生獨立思考和創新思維。實現啟發式教學的關鍵是高質量、創新性、啟發式“問題”的設計。在數據結構教學中，采用啟發式教學方法，可以將課本上的平面知識、技能點以問題的形式呈現給學生， 培養學生分析問題的能力。例如我們在分析算法時可以設計許多問題，在講到線性表的插入一個新元素時，如何操作才能把新元素插入到正確的位置，并且保持表的邏輯結構不變。在講最短路徑時，首先提出去某市旅游應怎樣安排行程使花費最少這一問題，讓學生發表自己的意見，進而引導他們使用Dijkstra算法來解決這個問題。通過啟發式教學法不但給學生提供了充分思考、探究的空間，而且學生邊學邊做，可以更加深入理解所學的知識。

3.優化教學手段

在具體的教學過程中，為了使得數據結構抽象的理論知識形象化，復雜的算法易于理解，可以綜合使用多種教學手段。在講解算法的執行過程時，例如線性表的插入、刪除，棧和隊列的動態執行，樹、圖的遍歷，各種查找排序算法等，可以利用現代化多媒體教學手段，將算法執行的過程用動畫演示出來，學生通過演示觀察數據的變化，更加容易理解算法的執行過程，從而掌握好算法的原理。此外，還可以搭建網絡教學平臺來輔助學生課后學習數據結構和自測。目前微課也是一種很好的教學手段，選擇重點難點的知識點，學生不易理解的算法，然后針對每個知識點制作相應的微課，將其上傳到課程的教學網絡平臺上，方便學生下載觀看，方便學生預習、復習。總之，多種教學手段在教學過程中的應用，可以使教學內容變得更直觀、形象、生動，從而提高教學效果。

4.重視實踐教學

實踐教學在數據結構課程起到非常重要的作用，學生通過上機實現算法，能夠更好的理解算法的原理，掌握數據和數據之間的關系。因此，要重視實踐教學環節，就要設計好實踐環節。要設計好實踐教學環節，應做到以下兩點：

（1）要精心安排好實踐內容。對于實驗環節的設計，應由淺到深的思路設計。一開始先從簡單的算法入手，并且給出程序框架，有利于學生進行編程，在程序出問題時先分析原因再修改，這樣學生編出的程序得出結果就獲得成就感，增強自信心。接下來對每種邏輯結構的每個知識點進行擴展，要求學生進行驗證性的設計練習，從而達到加深對理論知識理解的目的。

（2）要策劃好實踐項目。根據實驗內容，合理策劃好實驗項目，從而培養學生靈活運用多種知識進行實踐設計的能力。在實踐課中，將實驗內容轉化為一個個子項目，通過子項目的完成，進而能夠匯總成一個完整的綜合性項目，從而培養了學生綜合利用各種知識解決具體問題的能力。

結語

《數據結構》是計算機關專業的一門非常重要的核心基礎課程，但是該門課程抽象度高，算法比較復雜，學生學習起來感覺非常吃力，從而導致教學效果不佳。本文歸納總結數據結構在教學過程中存在的問題和困難，在分析問題產生的原因基礎上，從教學內容，教學方法，教學手段以及實踐教學等四個方面進行研究，提出了如何組織好教學內容，如何將案例教學方法和啟發式教學方法相結合進行理論教學，如何利用好多種教學手段，如何設計好實踐教學環節等方面的改革方案，讓學生更好地參與教學過程當中，從而提升教學質量。

參考文獻：

[1]邱勁，王平，徐展.《數據結構》課程教學改革與實踐探索[J]。西南師范大學學報（自然科學版），2013（1）：139-142.

[2]董麗薇.《數據結構》課程教學方法的改進[J].沈陽師范大學學報（自然科學版），2012（2）：307-309.

[3]賈丹，周軍.基于創新應用型人才培養模式的數據結構課程教學改革[J].遼寧工業大學學報（社會科學版），2015（2）：132-134.

[4]高廣銀，姜楓，丁勇.應用型人才培養過程中《數據結構》課程教學改革[J].現代計算機，2015（33）：9-12.

作者簡介

羅富貴（1984-），女，廣西來賓人，講師，研究方向：目標跟蹤，圖像識別。

唐鳳仙（1977-），女，廣西都安人，副教授，研究方向：模式識別與圖像處理。