數據結構教改初探

王 佳 劉淑嫻

（新疆大學，新疆 烏魯木齊830002）

0 前言

現實世界中采用程序設計可解決的問題，通常可劃分為數值問題和非數值問題。隨著高校應用型人才培養模式的提出，作為信息安全專業的核心必修課之一，數據結構在注重理論學習時，也要注重實踐能力的培養[1]。同時，課程思政建設在所有高校、所有學科專業的全面推進，使得課程思政理念深入人心，數據結構的課程思政建設迫在眉睫[2]。本文立足于目前數據結構教學過程中存在的主要問題，著眼于應用型人才培養和課程思政建設，對數據結構的教學設計和教學模式進行初步的探索分析。

1 存在問題

數據結構主要用來解決現實世界中的實際問題，如何對具體問題進行抽象化描述是數據結構實踐教學的難點。目前，新疆大學的數據結構教學，主要采用理論課教師課堂教授+學生課后習題，實驗課教師算法部分實現+學生課堂完成的方式。通過一個學期的數據結構學習，學生僅能掌握大部分習題，無法將抽象化思維運用到實際問題中，不能做到理論與實際有機結合。通過對目前數據結構教學的分析調研，該課程的教學仍存在以下3點問題：

（1）課時安排較少。數據結構的課程較為復雜、抽象，大部分院校中數據結構是一學期的課程，但由于其對C語言編程能力、抽象問題理解能力等的要求較高，無法在一學期的課程中講通講透。尤其是針對實際問題解決能力不高的大一學生，其相應的實際場景到抽象問題的映射能力不足，導致課堂進程艱難。例如，教師在講解線性表及其存儲結構時，除線性表的定義、線性表的順序存儲、線性表的鏈式存儲等理論知識外，還需要幫助學生理解現實生活中學生管理、圖書管理等線性表的實際應用；同時在實踐教學中，表的類型定義采用結構體，設計聯系人管理系統時需用到循環、分支等控制語句，由于大一學生的程序設計能力不強，教師還需要幫助學生回顧相關的C語言程序設計內容。在課時和課程內容的雙重約束下，很多問題只能泛泛而談，無法做到面面俱到。

（2）學生能力不同。新疆是多民族聚居的省份，少數民族學生的漢語言能力稍差，其相應的學習能力受到很大限制。即便其他不存在語言問題的學生，其個體接收知識的能力也不盡相同。本校數據結構課程針對的多是大一學生，C語言程序設計是數據結構的先行課程。通過分析某班C語言程序設計的期末成績，85分以上學生占5%，70~85分學生占11%，60~70分學生占24%，有60%的學生掛科。學生對C語言的熟悉掌握程度截然不同。如何在教學過程中不出現好學生喂不飽差學生學不好的問題，是一直以來無法解決的問題。同時由于大多數學生的C語言掌握不扎實（指針、結構體、循環、分支等確實入門較難），剛開始的數據結構章節學生聽不懂，跟不上節奏，直接導致學生后續章節的學習積極性不高。

（3）教學過程單一。在數據結構教學過程中，由于課時與課程內容的雙重約束，教師把大多數的時間用來講授理論知識。同時在授課過程中缺乏師生間的交流與互動，無法及時獲取學生對知識的掌握情況。同樣在實踐教學中，教師只能針對實驗題目進行簡單講解，無法做到深入擴展，學生也就無法觸類旁通。由于課堂中的理論知識學生沒有完全理解，在上機實驗時對實驗題目就無從下手，不知道怎樣去分析解決題目。當理論與實踐脫離后，學生就缺乏信心，對下一次理論課失去興趣，進而形成惡性循環，無法培養學生對實際問題的分析解決能力。

2 改進探索

（1）提升教師知識深度。數據結構是一門教師難教學生難學的課程。“難”主要在于計算機專業的相關領域知識日新月異，而數據結構的課程內容變化較小，如何將數據結構內容與計算機領域前沿進行關聯是重中之重。按照課程組內教師的不同研究方向分組，不同教師負責與自己研究內容緊密關聯的數據結構章節的教學設計；當各章節教學設計完成后，課程組教師統一集體備課，探討各教學設計的合理性、前沿性等，最終確定數據結構全書的教學設計。尤其要關注教學設計中的課程思政內容，堅持以立德樹人為中心，根據不同章節的內容引入思政教育，將思想引領與理論教學統一起來，形成課程思政和思政課程教育同向同行，把思想政治工作貫穿數據結構教育教學的全過程[3]。例如，研究方向為工作流、社交網絡等的教師，其主要負責圖這一章節的教學設計。首先，通過一個前沿案例A引入圖的概念，激發學生的學習興趣。案例A：針對大數據環境下的實時氣象數據精準分析問題，采用Storm計算框架對氣象數據工作流進行分布式處理提高實時性和準確性。其次，在案例講解過程中，將圖的相關定義及術語一一給出，加深學生的理解。再次，分析案例A中多個頂點間相互協作可快速高效地完成實時氣象數據精準預測，從而告誡學生在平時的學習生活中要注重團體協作精神。最后，啟發學生來簡單實現Storm計算框架中的默認調度策略。教師本人完成相應章節的教學設計后，課程組統一討論進行再次修正。采取這種盡其所能、分工協作的團隊教學設計，既可以拓展學生的知識面，讓學生能夠深入領悟各個章節，又能夠節約教師的時間，讓其有更多的時間投入到科研中。

（2）線上線下混合教學。數據結構包含線性表、棧、隊列、串、廣義表、樹、圖、查找和排序等重點內容，綜合考慮課時和課程內容，將C語言程序設計相關內容和各章節主要內容放在校內學習網站，讓學生在課前的空閑時間自行學習。同時校內學習網站上的內容需注重層次，可分為基礎層和提高層，盡量滿足所有學生對知識的渴求。教師在線下授課時，除對線上課程相關內容進行擴展外，還需注意思政內容的升華。例如，可通過游戲讓學生加強對知識點的實際應用能力，從而領悟團體協作的重要性。為了加強師生間的交流，通過雨課堂對學生進行課前測試，了解學生對課程的掌握程度，從而對未掌握的知識點進行重點講解。同樣在數據結構實驗課教學中，線上課堂實驗題目由教師提供算法框架，讓學生對C語言語句填空，學習章節知識點在實驗題目中的具體應用，從而深入理解算法實現；線下課堂中，給出的實驗題目較線上課堂存在一定區別，讓學生慢慢嘗試寫算法，先成為基本的代碼搬運工，進而在理解代碼的基礎上，做到自己可以依葫蘆畫瓢，最終在理解章節知識的基礎上做到融會貫通。同時在實驗課程中，對學生進行分組，讓他們真正體會團體協作的優越性。采用這種線上掌握、線下領悟的混合教學模式，在授課過程中，真正做到以學生為主體，讓學生在課堂中活躍起來，掌握本節課的內容及本質，做到熟練應用。

3 結語

數據結構是程序設計的基礎。當今社會對應用型人才的迫切需求，使得數據結構的教學模式、教學過程以及實驗過程等環節都需要改革。通過采用盡其所能、分工協作的團隊教學設計和線上掌握、線下領悟的混合教學模式，在保證學生理論知識掌握的同時，提升學生的思政水平和實踐能力。當然，數據結構的教學依賴于教學方法、教學設計、教學能力、教學反思等多個教學環節的協調和配合。對于教師來說，需要向經驗豐富的同行學習，不斷提高自己各方面的能力。在后續的教學中，需要根據實際情況，持續不斷的完善數據結構的課程改革。