應用型本科院校數據結構課程教學研究與探討

何進英

摘要：從應用型本科院校的人才培養目標出發，分析了數據結構這門課程在教學中存在的一些問題，并從如何上好數據結構第一堂課、案例法教學、線上線下相結合等方面進行教學研究和探討。實踐證明，這些教學方法能有效提高學生學習數據結構的積極性和實踐能力。

關鍵詞：數據結構;教學研究;案例教學法;線上線下結合

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）09-0110-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Teaching Research and Reform of Data Structure Course in Application-oriented Universities

HE Jin-ying

（Guangdong Ocean University Cunjin College， Zhanjiang 524094， China）

Abstract： Based on the talent training objectives of application-oriented universities， this paper analyzes some problems existing in the teaching of data structure， and conducts teaching research and reform from the aspects of how to better the first class of data structure， case method teaching， combination of online and offline teaching， etc. The practice proves that the teaching method can effectively improve students' enthusiasm and practical ability in learning data structure.

Key words：data structure; educational reform; case teaching methodology; combination of online and offline

1 引言

“數據結構”是計算機專業及相關專業的一門重要專業基礎課，也是一門必修的核心課程，并且已經成為其他理工專業的熱門選修課[1]。學生通過學習該課程，應當學會分析實際問題中涉及的數據與數據之間的關系，選擇合適的邏輯結構和存儲結構來建立數據類型，進而設計出相應的算法解決問題。該課程的教學目標是培養學生解決實際問題的能力以及創造性思維。雖然數據結構在理工科各專業中具有非常重要的地位，然而在教學過程中普遍有學生反映該課程抽象、難學，在學習和解決實際問題時遇到很多挫折，學習過程積極性不高，甚至學完之后依舊不知道如何應用。為了提高數據結構的課程教學效果，很多教學工作者提出了一些針對性的思路，并將其應用在實際的教學中，也取得了不錯的效果[2-9]。但由于每個學校的差異和學生層次的差異等原因，在學習他人教學經驗的同時，也有必要針對自身的教學情況進行研究，以提高教學質量。對于應用型本科高校，目標是培養具備知識面廣、實踐能力強、可以靈活應用所學知識解決實際問題的應用型人才。因此，如何培養具有廣知識面、實踐能力強的創新應用型人才就成為應用型本科教育工作者的重要任務。

2 教學現狀存

2.1 學生編程基礎薄弱和實踐能力差

目前，大多數數據結構課程的教材采用的是C或者C++語言描述。許多學生對于C/C++語言的基礎掌握不牢固，編程能力也有限，對于C語言的指針、函數、結構體的知識更是薄弱，特別是對于指針的理解更是一知半解，而這些知識點恰好是數據結構中鏈表、樹、圖等結構的實現的基礎。上述薄弱的程序設計基礎導致學生在學習數據結構的過程中存在很多困難。此外，數據結構是應用型很強的一門課程，課程實踐是其重要組成部分。由于學生平時缺少上機編程鍛煉，在設計程序過程中思路不清晰，調試程序的能力欠缺，特別是由于對指針的理解不夠透徹，錯誤使用指針，導致編寫的程序運行時經常崩潰。這些問題使得學生在實際應用中很難找到成就感，于是逐漸失去對數據結構課程的興趣。甚至有些學生在上機實踐時，按照課本上偽代碼實現程序或者直接按部就班的錄入源代碼，僅僅做著翻譯和抄寫的工作，當代碼的搬運工，最終導致需要用數據結構的相關知識解決實際問題時，部分學生無從下手，對算法的設計更是畏懼和不知所措，上機調試程序更加困難。

2.2? 教學環節中學生遇到問題沒有及時解決

第一種情況：學生認真聽講，但是對個別知識點有疑問卻不好意思提問。這種情況一般出現在學習成績中等偏上的學生身上。這類學生的特點是學習態度認真，上課時候也基本能跟上老師的教學進度，并且在能夠理解知識點的情況下，給予老師“點頭”的反饋，但是當這些學生有疑惑時，卻通常擺出“若有所思”的狀態，不敢把自己的問題和困惑講出來，老師只能通過猜測他們哪里有疑惑并再次解釋，這非常不利于針對性地解決問題。

第二種情況：學生前面有知識漏洞，到后面遇到問題不懂的時候，不知道問題到底出在了哪個地方，提不出問題。這種情況一般出現在學生成績偏下的學生身上。這類學生的特點是先修課程中有許多知識點不熟、不會，導致新的知識點很難聽懂。他們知道自己不懂，但是不知道從哪里入手解決，只愿意與熟悉的同學討論，如果一起討論問題的同學水平也差不多則無法解決問題。這樣隨著教學的進展，積累的問題就越來越多，整個課程對這些學生而言就更加難。

2.3 教材偏理論、枯燥，并且實踐操作相對較少

數據結構課程內容包括線性表、棧和隊列、串、數組和廣義表、樹、圖等基本數據結構和查找、排序等基本操作部分，每種數據結構又包括順序存儲結構和鏈式存儲結構，不同的存儲結構又有各種算法的設計和算法分析。課程內容豐富并且需要掌握的知識點較多，部分知識點非常抽象、枯燥，這就給學生的學習帶來了一定的困難。嚴格意義上說，教材是促進教學質量以及提升效果的關鍵和基礎。眾多出版的數據結構課程教材，其中不乏許多特色較強的教材，但是這些教材都普遍過于側重理論教學，難度大，并且課程教學比較枯燥。對于應用型本科院校的學生而言，缺乏針對性和實用性，不能有效地促進學生綜合能力及提高實踐能力。此外，為了完成教學任務，教師在教學過程中需要花費大量時間講授理論知識，不得不減少實驗教學課時，數據結構課程一般是64理論學時+16實踐學時，直接影響培養學生的動手能力，學生對課堂上的知識點難以消化，導致教學進度緩慢，從而形成惡性循環。

3 教學探討

3.1 上好第一堂課和做好C/C++的復習

人與人見面的第一印象非常重要，學習亦是如此。當學生第一次上數據結構這門課程時，教師應當想辦法引導學生對數據結構產生興趣。先用生動有趣的生活案例讓同學們對數據結構有感性的認識。學生在前期學習C/C++程序設計時，已經學習到基本的數據類型和用結構體去構造一些相對復雜的數據類型，比如學生信息。教師可以通過簡單的數據存儲問題一步一步慢慢把學生引導到復雜的數據結構上。比如，一開始可以先問學生如何存儲一個整數，到如何存儲多個整數，到如何存儲多個姓名，再問，如果這些姓名之間存在著父子、兄弟的關系，又應該如何存儲呢？從而引出樹形結構的概念。通過家族族譜姓名、成員之間的關系，可以讓學生快速理解樹形結構。在學生感性理解了線性結構、樹形結構和圖形結構之后，教師再去介紹數據結構的概念。避免一上課就講數據結構的基本概念，比如數據、數據元素、數據對象、數據類型、抽象數據類型這種概念性的知識。知識點過于抽象，學生可能一下子就會對數據結構失去了興趣導致后續的課程再也沒心聽進去。此外，對于應用型本科院校，教師也應避免太過深入的講解算法的時間復雜度概念和嚴格的求解過程。在學生掌握了數據結構的概念并理解了數據結構的3個方面內容：邏輯結構、存儲結構和對數據施加的運算之后，再去講解整書的知識框架，以線性結構、樹形結構、圖形結構展開教材的所有章節，讓學生對數據結構要學習什么內容，如何學習有個大概的了解，只有搭好了框架，才能更好地向知識框架里面補充知識，學生的學習也才會更加牢固。此外，C語言的結構體和指針知識點是學好C/C++版本數據結構的基礎，特別是指針，鏈式存儲結構大量使用到指針知識點，需要預留時間給學生復習C或C++的基礎知識。只有編程語言的基礎打牢，后面的學習才會更加順利。

3.2 借助微信答題小程序進行在線測試，實時了解學生的學習效果

針對教學環節中學生遇到問題沒有及時解決，教師的提問只能了解到少數同學掌握知識的情況，而作業由于是學生課后完成，老師修改并統計之后才能了解學生的學習情況，信息相對滯后，兩種傳統方法都無法實時了解學生在課堂上的學習效果。借助市面上免費的微信答題小程序，以 “答題考試王”為例，該微信小程序具有添加考題、添加考卷等功能，可以添加選擇題、填空題，并設置正確答案，最重要的是具有各種數據統計功能，比如學生的答題時間、分數段報表、每一道題的答題正確率、對錯考生名單。教師在上課之前，以重要的知識點設置部分的選擇題和填空題，在教學過程中，講解完某個重要知識點后，讓學生掃描二維碼進行答題，教師可以實時查看數據統計，了解每位學生各個知識點的掌握情況，如果某道題錯誤率較高，說明大部分同學沒有掌握好相應的知識點，教師可以重新講解易錯知識點，讓學生在課堂期間就消化所學知識。此外，教師還可以通過數據統計，具體了解到每一位同學所遇到的問題，進行因材施教。

3.3 巧用案例提升教學效果

巧妙地應用案例可通過引導學生開發小軟件來激發學生的學習興趣，同時培養學生學以致用的能力，下面就以幾個簡單的案例為例探究分階段實施案例教學的方法，通過在對應章節中有針對性的引入案例，培養學生靈活應用的能力，從而提升學生的編程技能和學習興趣。其一，圖書管理系統。實現一個小型書店的圖書信息管理系統，其功能包括圖書信息的添加、刪除、更新和查詢。該案例對應著線性表的課程教學內容。其二，迷宮游戲。從入口開始，不斷地對周圍的道路進行試探，若能走通，則進入該位置，繼續對周圍進行試探，反之則后退一步，繼續尋求其他的可行路徑。此案例的后進先出規則可用于棧的教學。其三，貪吃蛇游戲。該游戲中，蛇移動時的特點是，蛇尾消失，并且在移動方向上加上一段蛇頭。隊列的特點就是先進先出，因此可以利用這個特點來模擬蛇的移動。用隊尾表示蛇頭，隊頭表示蛇尾。蛇的移動就對應著數據結構中隊列的一個元素先出隊列，然后再將一個元素入隊。其四，編碼解碼系統。哈夫曼樹在數據編碼中的應用是數據的最小冗余編碼問題，將哈夫曼樹編碼/解碼放在二叉樹章節的案例中講解，有助于學生進一步理解二叉樹。其五、校園導游模擬系統。設計一個校園導游程序，要求景點不少于6個，以圖中頂點表示景點，用邊來表示路徑，為來訪客人提供圖中任意景點問路查詢。將此案例應用到圖和最短路徑求解中，讓學生對所學知識有更直觀的理解。

4 結語

總而言之，應用型本科數據結構課程教學盡管存在諸多有待提升的地方，但只要找準存在問題并認真分析其原因，就能針對性的通過相應的教學改革激發學生的學習興趣，助力教育改革順利進行。

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【通聯編輯：王力】