數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)改革實(shí)踐探索

吳超云

摘 ?要：自1968年Niklaus教授開創(chuàng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的體系以來，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程一直是計(jì)算機(jī)類專業(yè)的核心課程。為提高學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量，許多學(xué)者從教學(xué)模式、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、校企合作、課程思政等多方面探討了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)改革，并取得了豐富的研究成果[1]?；诖耍疚膹慕虒W(xué)團(tuán)隊(duì)組建、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、教材編寫三方面探討了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)改革實(shí)踐，以期提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);實(shí)驗(yàn)教學(xué);校企合作;課程思政

中圖分類號(hào)：TP301 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-9052（2021）07-0-02

2004年安慶師范大學(xué)（以下簡稱本校）信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)正式招生，之后數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程一直是信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)課程和核心課程。近幾年的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中，在教學(xué)團(tuán)隊(duì)組建、課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革、教材編寫等方面進(jìn)行了多維度的教學(xué)探索與實(shí)踐，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

一、教學(xué)團(tuán)隊(duì)

本校數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程是安徽省精品資源共享課程和校級(jí)精品課程，擁有部分課程視頻資源，并且面向全社會(huì)開放。2018年獲批校級(jí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)實(shí)力強(qiáng)大，成員6人，且均有博士學(xué)位，年齡結(jié)構(gòu)和職稱結(jié)構(gòu)也合理，教授2人，副教授3人。教學(xué)團(tuán)隊(duì)成員已榮獲省級(jí)教學(xué)成果二等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng)各一項(xiàng)。2015年獲得省級(jí)振興計(jì)劃重大課題專項(xiàng)，2019年獲批教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目，另外獲批多項(xiàng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程省級(jí)教研項(xiàng)目和校級(jí)教研項(xiàng)目，以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程智慧課堂項(xiàng)目和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程思政示范課程項(xiàng)目等，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)揮著重要作用。另外，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)過程中團(tuán)隊(duì)教師共同備課，共同磨課，分析教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，極大地提高了教師的教學(xué)質(zhì)量，學(xué)生對(duì)各位教師的評(píng)價(jià)有較大提升。

二、課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程研究的主要內(nèi)容是數(shù)據(jù)的組織形式和各種運(yùn)算與操作的實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)組織形式有集合類型、線性類型、樹類型和圖類型，每種類型包含數(shù)據(jù)元素、數(shù)據(jù)關(guān)系和基本操作，這些數(shù)據(jù)類型與面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中類的概念相同。為讓學(xué)生加深對(duì)類概念的理解，以及加強(qiáng)對(duì)面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的掌握，課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用C語言和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言兩種語言來實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)類型。在此數(shù)據(jù)定義為類中的變量，基本操作定義為類中的方法。例如：順序表定義為一個(gè)類SeqList，每個(gè)數(shù)據(jù)元素定義為一個(gè)數(shù)據(jù)類型SeqDataType，在順序表類中有兩個(gè)受保護(hù)的變量，一是數(shù)組SeqData，用于存儲(chǔ)所有的數(shù)據(jù)元素，二是整數(shù)變量Number，表示順序表中數(shù)據(jù)元素的個(gè)數(shù)。順序表的初始化和賦值操作可用構(gòu)造方法實(shí)現(xiàn)，順序表的判空操作、判滿操作、插入操作、查找操作和刪除操作等用公有方法實(shí)現(xiàn)。具體定義如下：

class SeqList{

protected：

SeqDataType * Data;

int Number;

public：

SeqList（ SeqDataType， int ）; //構(gòu)造方法

～SeqList（ ）; //析構(gòu)方法

boolean IsEmpty（ ?）; //判空操作

boolean IsFull（ ?）; //判滿操作

boolean Insert（ SeqDataType， int ）; //插入操作，將元素插入某個(gè)位置

之后

boolean Search（ SeqDataType ）; //查找元素在表中的位置

boolean Delete（ int ）; //刪除操作，刪除順序表中某個(gè)元素

void ?Print（ ?）; //輸出操作

…………

}

再如采用鄰接矩陣表示的圖類型，可定義類GraphM，每個(gè)頂點(diǎn)定義為一個(gè)數(shù)據(jù)類型VerType，在圖類中有兩個(gè)私有變量，第一個(gè)變量是一維數(shù)組，用于存儲(chǔ)圖中的頂點(diǎn)，第二個(gè)變量是二維數(shù)組Edge，用于存儲(chǔ)鄰接矩陣。圖的初始化和賦值操作可用構(gòu)造方法實(shí)現(xiàn)，頂點(diǎn)在圖中的位置、頂點(diǎn)的第一個(gè)鄰接點(diǎn)、插入頂點(diǎn)或邊、刪除頂點(diǎn)或邊、取邊上的權(quán)值等用公有方法實(shí)現(xiàn)。具體定義如下：

class GraphM{

private：

VerType * vertex;

Edge ?* * ?E;

public：

GraphM（ VerType， ?Edge ）; //構(gòu)造方法

～GraphM（ ）; //析構(gòu)方法

int VertexPos（ VerType ）; //頂點(diǎn)在圖中的位置

int FirstNeighbor（ int ）; //頂點(diǎn)的第一個(gè)鄰接點(diǎn)

int InsertVertex（ VerType）; //插入頂點(diǎn)操作

int InsertEdge（ int， int， Edge ）; //插入邊操作

int DeleteVertex（ VerType ）; //刪除頂點(diǎn)與它相關(guān)聯(lián)的邊操作

int DeleteEdge（ int， int ）; //刪除邊操作

VerType getVertex（ int ）; //獲取頂點(diǎn)的值

E ?getWeight（ int， int）; //獲取邊的權(quán)值

void ?Print（ ?）; //輸出操作

…………

}

三、教材編寫

信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)招生后的幾年，主要采用清華大學(xué)嚴(yán)蔚敏教授編寫的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教材，這本教材中的算法采用偽代碼實(shí)現(xiàn)，不易理解，對(duì)學(xué)生的要求相對(duì)較高。當(dāng)前的大眾化教育，學(xué)生水平和能力有一定程度的下降[2]，如果教材難度相對(duì)較大，就不適合本校信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)和計(jì)算機(jī)類專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)。為提供適合本校學(xué)生學(xué)習(xí)的優(yōu)質(zhì)教材，筆者參與了本校教師主編的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法C語言版》以及《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法C語言版習(xí)題精編與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》兩本教材的編寫，并于2015年1月在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社出版[2]。教材共有九章，囊括了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的所有重點(diǎn)內(nèi)容，如緒論、線性表、棧、隊(duì)列、樹、圖、查找和排序等。在教材中每章都引入經(jīng)典案例，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的興趣。例如，線性表在通信錄系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)上的應(yīng)用，棧在二進(jìn)制轉(zhuǎn)換、漢諾塔問題、括號(hào)匹配算法和表達(dá)式求值問題上的應(yīng)用，串在密碼學(xué)和括號(hào)匹配問題上的應(yīng)用，樹在文件目錄和族譜方面的應(yīng)用，哈夫曼樹在判斷學(xué)生成績和編碼中的應(yīng)用，圖在通信網(wǎng)絡(luò)、交通網(wǎng)絡(luò)和工程進(jìn)度管理等方面的應(yīng)用，查找和排序在百度搜索、搜狗搜索等搜索引擎方面的應(yīng)用。相對(duì)嚴(yán)蔚敏教授的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教材，本校教材中算法采用C語言實(shí)現(xiàn)，算法注釋也較多，每章設(shè)有不少例題和習(xí)題，使得教材更容易讀懂。另外刪除了難度較高的內(nèi)容，略微降低教材內(nèi)容的難度，例如，外部排序、文件組織、伸展樹、紅黑樹等內(nèi)容，適合當(dāng)前本校學(xué)生的學(xué)習(xí)水平。2017年數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程申請(qǐng)了省級(jí)規(guī)劃教材質(zhì)量工程項(xiàng)目，與阜陽師范大學(xué)的教師一起對(duì)2015版《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法C語言版》教材進(jìn)行修訂和改編，《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法（C語言版）》第2版屬于普通高等學(xué)?！笆濉笔〖?jí)規(guī)劃教材，于2020年2月在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社出版。

四、結(jié)語

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程是信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的重要課程，主要通過組建教學(xué)團(tuán)隊(duì)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、教材編寫的改革與實(shí)踐，增強(qiáng)了師生間的感情和互動(dòng)，提高了教師的教學(xué)水平，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，提升了學(xué)生的實(shí)踐能力，達(dá)到了提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚麗莎，余云.項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2017，33（3）：33-35.

[2]任平紅，陳矗，劉清秀.面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教學(xué)方法研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2015，11（33）：95-96.

（責(zé)任編輯：張?jiān)伱罚?/p>