計算機教學中數據結構與算法的教學方法探討

武杰　黃昭馬　苗程適

摘 要 “數據結構與算法”旨在講授程序設計開發中常用數據結構類型及相應算法設計的內容，是計算機及相關專業的必修課程之一。然而，由于課程本身所具有的理論性和對前修課程的依賴性，學生在學習時會因為對課程的重要性認識不足或一時的困難沒有解決而產生學習懈怠，進而阻礙教學活動的順利開展。本文結合作者的教學經驗，針對“數據結構與算法”這門課的教學方法與策略展開討論。

關鍵詞 計算機教學 事例教學 實驗教學 自主學習

Abstract The content of “Data structure and algorithm” is about the data structure and the algorithms used in the program designation. Moreover， it is one of the compulsory courses in computer and related majors. However， given the theoretical property of the course and the dependence on the prerequisite courses， some students will always depress their interests about the course for their ignorance of its importance or the difficulties unsolved in the learning process. This will strongly hinder the process of the teaching activities. In this paper， from the authors teaching experience， some teaching methods and strategies about the course are discussed.

Keywords computer teaching； case based teaching； experimental teaching； autonomous learning

0 前言

“數據結構與算法”[1]素有計算機程序設計課程中的“哲學”之稱，是大學本科計算機及相關專業學生的必修基礎課程之一。作為從程序語言設計向軟件設計開發進階的銜接課程，“數據結構與算法”即具有一定的理論性，也具有很強的實踐性。在具體的教學過程中，一些學生會因為課程內容的理論性特性而產生學習惰性，而一些學生會因為其基本的程序語言學習不扎實跟不上教學進度，另一些學生則認為本課程內容對于實戰開發沒有幫助，降低學習的熱情。因此，如何充分利用本課程的特性，有效、合理地安排教學內容，引導學生積極思考克服困難，培養學生的問題求解能力是本課程教學應當重點關注的內容之一。

1 課程教學方法與策略

1.1 抓住第一堂課，了解學生認知，激發學生興趣

“數據結構與算法”所講授的內容不僅對于程序設計具有很強的理論指導意義，還與程序語言學習（如，C、C++、Java語言等）有著非常緊密聯系，即該課程所涉及的內容都可以通過程序代碼進行實踐驗證。然而，一些學生由于對理論課程所產生的反感、厭煩心理，初次接觸本課程就會產生很強的排斥心理；而另一些學生則認為本課程內容對于實戰開發沒有幫助，降低了學習的熱情。因此，如何讓學生充分了解本課程的內容和性質，對本課程學習產生興趣，是本課程第一次上課的重要內容之一。教師在本課程的第一堂課中，不應急于介紹理論知識，而應先了解學生的認知情況，以學生所具備的認知為基礎，從面向日常生活的軟件設計需求出發，通過介紹一些典型應用軟件中所涉及到的數據結構及算法來講解本課程的相關內容和實用價值，讓學生體會到本課程學習的重要性和必要性，增強學生學習本課程的興趣。[2]如，以學生一天的上課安排來類比程序設計中的函數調用過程，進而強調“棧”型數據結構的實用性；以家族親戚間的相互關系類比數據庫系統中數據、數據項之間的關系，說明“圖”、“樹”等數據結構的重要性。以上的類比過程從一般日常生活到典型應用程序功能，充分利用學生已有的認知，幫助學生對本課程產生更多的感性認識，為后續教學內容的展開創造一個良好的開端。

1.2 認真備課，優化教學，以形象化的方式傳授知識

俗語有云“工欲善其事，必先利其器”。教師想要上好一門課，必須認真備好每一節課，深入分析課程內容的每一個知識點，理解并豐富其內涵與外延。教學實踐活動也證明：深厚扎實的知識文化基礎是教師立足于三尺講臺的基本功。只有豐富深廣的知識底蘊才能將課本知識教活，避免“照本宣科”的現象，才能讓學生更深刻地理解課本知識，靈活運用所學的內容。再者，“數據結構與算法”本身需要學習者具備較強的邏輯思維能力和問題分析能力。因此，如何以最有效、最清晰、形象化的方式將課程內容呈現在學生面前，是本課程教學的關鍵之一。這里，我們結合本課程的特點，主要從如下三個方面展開討論。

1.2.1 以事例為主體，以問題為線索，逐步展開內容

在這個過程中，教師必須認真仔細備課，并查閱大量的文獻資料，對課程內容中所涉及的相關概念和原理進行深入理解。同時，依據所選定的與日常生活貼近的具體事例將每一小節內容進行以知識點為單位的分解與重組，并通過一組問題將不同內容串接起來。[3]如：在講解線性表時，可以從線性表的特點、線性表的存儲方式、線性表的操作（如：表中元素的查找、插入、刪除）等方面對該節內容進行分解與整合；并以為什么要使用線性表，使用線性表有何優缺點，常見的適用于使用線性表的情況有那些等問題為導向組織本章節內容的講解。同時，以“按學號順序點名”和“以姓氏首字母順序點名”兩個事例分別講解線性表的順序映像存儲和鏈式映像存儲。這樣通過具體事例的對比分析，讓學生輕松地理解本節課的講授內容，掌握不同知識點間的相互關系，也增強了學生對所學知識的實際應用能力，進而提高了學習本課程的興趣。endprint

1.2.2 重視概念講解，通過對比分析，建立知識網絡

概念作為知識的基石，是知識構成的重要組成要素。因此，教師在講解每一個知識點時，應著重將基本的概念講解清楚、講透徹。學生只有清楚地理解了基本的概念，才能以概念為基石對相應的知識點進行理解與消化。對于“數據結構與算法”課程來說，它的基本概念相對比較抽象，學生只有正確理解了相應的基本概念，才能在具體實踐中選擇正確的數據結構和算法。同時，在某一知識點的講解過程中，教師不應只著眼于當堂內容的介紹，而應及時回顧之前所講的與本節課內容相關的知識，強調已學內容與本節內容之間的異同點，使學生理解本課程不同知識點間的關聯性，從而構建起自己對本課程內容的知識網絡。如：在講解完“圖”型數據結構的特點時，及時回顧之前所講的“樹”型數據結構的特性，并對比分析“樹”與“圖”、“森林”與“圖”之間在元素間邏輯關系描述、元素間關系的方向性、元素間關系的傳遞性等方面的異同點，加深學生對所學知識的理解。此外，教師通過不斷地知識回顧與對比分析，可以不斷強化學生自己所搭建的知識網絡，加深學生對課程內容的理解記憶程度，從而降低學生學期末的復習強度。

1.2.3 重視過程演示，通過調試分析，培養工程思維

算法設計作為“數據結構與算法”這門課程的另一重要組成部分，是特定數據結構在具體應用中體現其實際價值的手段。因此，在課堂上進行一定的算法演示有益于學生對當堂所學知識的深入理解，培養其工程化的思維能力。此外，由于課本通常以偽代碼方式展示具體的數據結構定義及其相應算法實現，與具體的可運行代碼之間還有一定的距離，并不能直接鍵入到編譯文件中直接編譯運行。這就需要教師適當地在課堂上進行算法實現、調試及運行。這一演示過程對于程序語言基礎學習不牢靠的學生具有很大的促進作用。在這個過程中，學生不僅可以回顧與程序語言相關的知識，了解教師所使用的編譯平臺的性能，也可以從代碼的單步調試分析中深入理解所采用的相應數據結構和算法的原理，并獲得一些算法編寫與調試等方面的技巧。如：在講解“棧”型數據結構時，可以通過實時的“棧”內元素的打印輸出來了解“棧”型數據結構算法操作的原理。

1.3 把握課間十分鐘，強化師生互動，構建和諧課堂

課間的十分鐘作為課堂教學的間隔，其目的是為了讓緊張的教學氛圍得到緩解，讓大家的精力得到適當的修整以準備下一堂課的教學。在這段時間里，學生的心態變得放松，師生之間、學生與學生之間的交流脫離了課堂教學的單向信息傳遞方式，可以更好地各抒己見，討論問題。對于思維反應偏慢的同學，此時可以將自己心中尚未解決的疑惑與教師面對面地進行交流。因此，利用課間十分鐘（特別是連續上課間的休息時間），教師走下講臺參與到學生的交流討論中，對于本課程的教學具有重要的意義。同時，充分利用課間時間與學生交流，教師可以更好地了解學生的疑惑，及時調整自己的授課計劃及方式。同時，學生也可以利用這個機會更好地闡述自己的疑問和觀點，進而促進本課程教學的順利開展，營造和諧的課堂教學氛圍和師生關系。

1.4 重視上機實踐，培養求解思維，提高自主意識

作為“數據結構與算法”課程教學的另一個重要組成部分——上機操作，是學生運用課堂所學知識解決課后問題的具體實踐過程。[4]在這個過程中，學生需要通過分析問題，依據問題特性及所學知識選擇并設計特定的數據結構和算法，進而完成問題的求解。在這個過程中，學生會遇到程序設計、代碼編寫、程序編譯調試等各方面的問題。而這些問題通常會引起學生對所學知識進行再思考。 [5]因此，如何有效把握學生求解問題的心態，強化學生對相關知識內容的理解是本環節要解決的問題之一。在這個過程中，教師應當把握好學生問題求解的渴求，誘導學生將問題分解，并采用循序漸進的方式引導學生回顧課堂所學知識，培養學生的問題求解思維。同時，由于采用不同策略（如，順序映像存儲和鏈式映像存儲兩種不同的存儲方式），問題求解時所采用的具體算法是不同的。因此，教師不僅在授課時應從多個角度對問題進行分析，在上機操作時也應鼓勵學生嘗試采用不同思路的方法實現問題的求解，進而鍛煉學生的自主思考能力，加深學生對所學知識的掌握程度，增強自身學好本課程的信心。此外，通常在本課程開設時，多數學生的代碼編寫量很少，并沒有養成良好的代碼編寫習慣。因此，在上機實踐過程中，教師應對學生的編寫規范進行強調，讓學生樹立良好的、具有較好可讀性代碼書寫風格。

2 結束語

“數據結構與算法”作為計算機專業的必修課程，不僅具有很強的理論性，也是一門實踐應用性的課程。因此，在本課程的教學過程時，教師應注重基本概念的理解，以與具體事例相結合的程序操作講解為基礎，層層分析，以問題引導學生的思維，強化不同概念之間的關系，幫助學生構建本課程體系的知識網絡。此外，教師也要注重教學內容的實踐環節，加強上機演示調試操作，對于上機操作中的問題采用引導方式讓學生自主強化相關知識的理解與認識。

*通訊作者：程適

參考文獻

[1] 嚴蔚敏，吳偉民.數據結構（C語言版）[M].清華大學出版社，2007.

[2] 楊新斌，童玲，黃曉娟.對高職高專《數據結構》教學的探索[J].今日科苑，2009（14）.

[3][5] 陳倩，歐陽驥，胡傳福.問題主導，質疑驅動的數據結構與算法教學模式探索[J].東莞理工學院學報，2013（20）.

[4] 趙小蕾，許喜斌.《數據結構與算法》教學方法改革探討[J].現代計算機，2014（17）.endprint