《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

張程，何毅，肖建良

（大連理工大學(xué)城市學(xué)院，大連116600）

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

張程，何毅，肖建良

（大連理工大學(xué)城市學(xué)院，大連116600）

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》是計(jì)算機(jī)類專業(yè)的核心課程，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教學(xué)環(huán)節(jié)的重要組成部分，也是教學(xué)過程中理論聯(lián)系實(shí)際和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)。為了提高《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式等面展開研究和探討，并提出一些具有較強(qiáng)實(shí)用性的方法和建議。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)改革；創(chuàng)新實(shí)踐

0 引言

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程是計(jì)算機(jī)類專業(yè)的必修課程，是所有軟件類課程的基礎(chǔ)，也是各種程序設(shè)計(jì)類考試的必考科目，軟件企業(yè)常常將該課程作為衡量畢業(yè)生綜合素質(zhì)和能力的指標(biāo)性課程。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為教學(xué)環(huán)節(jié)的重要組成部分，其作用是融會(huì)、貫通理論課所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，并能將課程中所學(xué)的各種結(jié)構(gòu)和算法靈活的應(yīng)用于不同問題領(lǐng)域。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新意識(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考，找到解決問題的新方法或?qū)ΜF(xiàn)有算法進(jìn)行改進(jìn)，全面提升學(xué)生分析問題和解決問題的能力、自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力。為了提高數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果，本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式等面進(jìn)行了研究和探討，并提出了相應(yīng)的教學(xué)改革方案。實(shí)踐證明，這一系列教改措施提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)興趣，取得了良好的教學(xué)效果[1]。

1 教學(xué)內(nèi)容改革與實(shí)踐

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)只是鞏固和復(fù)習(xí)理論課內(nèi)容，多為一些驗(yàn)證性、演示性以及基礎(chǔ)知識(shí)的實(shí)驗(yàn)操作，缺乏針對(duì)算法應(yīng)用和算法設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，只注重知識(shí)的學(xué)習(xí)，忽視了能力的培養(yǎng)，很難調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性，教學(xué)效果不佳。針對(duì)該課程的教學(xué)特點(diǎn)，我們把數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程實(shí)驗(yàn)分為三類：理論驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)、算法設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)踐型實(shí)驗(yàn)，并按遞進(jìn)的方式組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

（1）理論驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)針對(duì)每個(gè)單元的知識(shí)要點(diǎn)，驗(yàn)證理論課所學(xué)結(jié)構(gòu)和算法的有效性和可行性。教材中的每個(gè)單元，都有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。例如，二叉樹這一單元的理論驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)包括：二叉樹的遍歷算法（遞歸和非遞歸），二叉樹基于遍歷的相關(guān)操作算法（創(chuàng)建二叉樹，二叉樹的復(fù)制等），哈夫曼樹和哈夫曼編碼構(gòu)建算法。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，首先要讓學(xué)生理解算法的功能，然后用偽碼或流程圖描述算法，最后編碼實(shí)現(xiàn)完成實(shí)驗(yàn)操作。通過理論驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，既使學(xué)生鞏固和復(fù)習(xí)了理論知識(shí)，又鍛煉了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，加深了學(xué)生對(duì)常用結(jié)構(gòu)和算法的理解。

（2）算法設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生能夠綜合運(yùn)用每章所學(xué)的理論知識(shí)，解決一些較為復(fù)雜的算法問題。教材中的每章，都有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)題目。例如，圖的實(shí)驗(yàn)題目是：依據(jù)圖搜索的BFS算法，設(shè)計(jì)D-算法，D-與BFS的不同之處在于用棧代替BFS中的隊(duì)列，入、出隊(duì)的操作改為入、出棧的操作。算法設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生不僅要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還要掌握基本的程序設(shè)計(jì)方法、技巧和調(diào)試方法。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生從已知問題出發(fā)，獨(dú)立思考，找到解決問題的思路，例如，對(duì)于圖搜索D-算法的設(shè)計(jì)題目，教師要引導(dǎo)學(xué)生找到兩個(gè)算法的異同之處，并根據(jù)BFS算法的設(shè)計(jì)思路和步驟，獨(dú)立完成D-算法的設(shè)計(jì)，最后編碼實(shí)現(xiàn)完成實(shí)驗(yàn)操作。學(xué)生對(duì)這類實(shí)驗(yàn)很感興趣，積極性很高，實(shí)踐教學(xué)中取得了良好的教學(xué)效果。通過算法設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，即培養(yǎng)了學(xué)生分析、解決問題的能力和獨(dú)立思考能力，又提高了學(xué)生的思維水平，激發(fā)了學(xué)生的潛能。

（3）創(chuàng)新實(shí)踐型實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目來自于教師的科研課題或競(jìng)賽項(xiàng)目，學(xué)生用現(xiàn)有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)無(wú)法全部解決，必須進(jìn)行探究和研究性學(xué)習(xí)以及團(tuán)隊(duì)合作[2]。所有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均是開放性的，鼓勵(lì)學(xué)生找到新的解決方法或改進(jìn)現(xiàn)有方法。圖1是一個(gè)創(chuàng)新實(shí)踐型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的例子。

圖1 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

創(chuàng)新實(shí)踐型實(shí)驗(yàn)是對(duì)課程的總結(jié)，考核學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，需要學(xué)生以小組的方式完成。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師要參與到實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)之中，關(guān)鍵是要起到引導(dǎo)的作用，在學(xué)生遇到問題的時(shí)候，指出正確的設(shè)計(jì)思路、研究方向和查閱哪些相關(guān)文獻(xiàn)資料。通過創(chuàng)新實(shí)踐型實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)合作精神，使學(xué)生畢業(yè)之后，即能投入工作，成為企業(yè)需要的人才。

2 教學(xué)方法改革與實(shí)踐

傳統(tǒng)的教學(xué)方法以教師為中心，采用“教師講，學(xué)生聽”的教學(xué)模式，它并不適應(yīng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)要求，教師應(yīng)該對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行革新[3]。針對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)綜合運(yùn)用以下幾種教學(xué)方法，取得了比較理想的教學(xué)效果。

（1）邊講邊練，良性互動(dòng)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中最突出的問題就是學(xué)生“會(huì)讀不會(huì)寫”，即學(xué)生能夠讀懂算法，但是不會(huì)編碼實(shí)現(xiàn)。這就要求教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用邊講邊練的教學(xué)形式，“講”是把算法原理與其編碼實(shí)現(xiàn)結(jié)合起來，讓學(xué)生明白算法中每段代碼的作用和功能；“練”是要求學(xué)生通過模仿，加深對(duì)算法的理解，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手有能力。在“講”和“練”的過程中，師生之間要有良性的互動(dòng)，通過互動(dòng)，教師可以了解學(xué)生的掌握情況，有針對(duì)性地制定下一步的教學(xué)方案。

（2）案例教學(xué)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教學(xué)過程中理論和實(shí)踐相結(jié)合的重要環(huán)節(jié)，要讓學(xué)生了解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域和最新的研究成果。因而，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有必要采用案例教學(xué)的形式，使學(xué)生在學(xué)習(xí)課本知識(shí)的同時(shí)，對(duì)理論知識(shí)的應(yīng)用、科學(xué)研究方法與手段有所了解和掌握。例如，線性表的案例—約瑟夫環(huán)問題；棧的案例—表達(dá)式求值問題；隊(duì)列的案例—打印隊(duì)列管理；樹的案例—應(yīng)用四叉樹實(shí)現(xiàn)空間劃分問題；圖的案例—機(jī)器人路徑規(guī)劃問題等。通過這些案例提高了學(xué)生編程能力和解決問題的能力，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

（3）啟發(fā)式教學(xué)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師不僅要把教學(xué)內(nèi)容講明白，還要拓展學(xué)習(xí)內(nèi)容和解題思路，啟發(fā)學(xué)生深入思考，構(gòu)建同一問題的不同解題思路。例如，在講解哈夫曼樹時(shí)，啟發(fā)學(xué)生采用不同的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)哈夫曼樹的創(chuàng)建算法，加深了學(xué)生對(duì)算法的理解，培養(yǎng)了學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新意識(shí)。

3 考核方式改革與實(shí)踐

考試是教學(xué)活動(dòng)的重要環(huán)節(jié)，其目的是檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解和掌握程度[4]。通常，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)成績(jī)就是依據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)，由于實(shí)驗(yàn)報(bào)告存在抄襲現(xiàn)象，所以不能客觀地衡量學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。因此，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程采用了“報(bào)告+上機(jī)考核+演示答辯”的考核方式。通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師可以了解學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況和常規(guī)算法的應(yīng)用能力，基礎(chǔ)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)采用這種考核方式；通過上機(jī)考核，教師可以了解學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、分析問題和解決問題的能力，設(shè)計(jì)開發(fā)型實(shí)驗(yàn)采用這種考核方式；通過答辯演示，教師可以了解學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的綜合掌握情況，自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力，創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)采用這種考核方式。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)，結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式等環(huán)節(jié)進(jìn)行了一些改革嘗試。實(shí)踐效果表明，這些改革嘗試，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力，取得了較好的教學(xué)效果，并可為計(jì)算機(jī)類專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革研究提供一些有意義的借鑒。

[1]張程，張坤.多元化人才培養(yǎng)模式下的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)方法[J].沈陽(yáng)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2013（12）：780-782.

[2]郭曉利，馮力，郭平.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程立體化實(shí)踐教學(xué)模式的探討[J].東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，29（5）：25-27.

[3]青宇航.關(guān)于《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》現(xiàn)代教學(xué)方法的探索[J].教育與職業(yè)，2007（9）：151-152.

[4]琚生根，廖勇，周剛等.ACM 競(jìng)賽與實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2009，26（5）：125-126，131.

張程（1977-），男，遼寧大連人，碩士研究生，副教授，研究方向?yàn)樘摂M現(xiàn)實(shí)、人工智能

何毅（1978-），女，遼寧大連人，碩士研究生，副教授，研究方向?yàn)閿?shù)字圖像處理、移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)

肖建良（1964-），男，遼寧大連人，碩士研究生，副教授，研究方向?yàn)榫W(wǎng)格計(jì)算

Exploration on the Experiment Teaching of Data Structure Course

ZHANG Cheng，HE Yi，XIAO Jian-liang
（City Institute，Dalian University ofTechnology，Dalian 116600）

Data Structure course is a core course of Computer Science and its experiment teaching is very important which can link the theory with practice and cultivate college students'practicalability and creativity in the whole teaching process.In order to improve the resultofthe experimentteaching,discusses the teaching contents,methods and evaluation of Data Structure course,and proposes some practicalmethods and suggestions.

Data Structure;ExperimentTeaching;Teaching Reform;Innovative Practice

大連理工大學(xué)城市學(xué)院教育教學(xué)研究基金（No.JXYJ2015006）

1007-1423（2017）30-0061-03

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.30.013

2017-07-13

2017-09-25