數(shù)據(jù)結構課程的教學改革實踐探索

吳超云

摘 ?要：自1968年Niklaus教授開創(chuàng)數(shù)據(jù)結構課程的體系以來，數(shù)據(jù)結構課程一直是計算機類專業(yè)的核心課程。為提高學生的培養(yǎng)質(zhì)量，許多學者從教學模式、教學方法、實驗教學、校企合作、課程思政等多方面探討了數(shù)據(jù)結構課程的教學改革，并取得了豐富的研究成果[1]?；诖耍疚膹慕虒W團隊組建、實驗教學、教材編寫三方面探討了數(shù)據(jù)結構課程的教學改革實踐，以期提高學生的學習熱情和實踐能力。

關鍵詞：數(shù)據(jù)結構;實驗教學;校企合作;課程思政

中圖分類號：TP301 文獻標識碼：A 文章編號：2095-9052（2021）07-0-02

2004年安慶師范大學（以下簡稱本校）信息與計算科學專業(yè)正式招生，之后數(shù)據(jù)結構課程一直是信息與計算科學專業(yè)的基礎課程和核心課程。近幾年的數(shù)據(jù)結構課程教學中，在教學團隊組建、課程實驗教學改革、教材編寫等方面進行了多維度的教學探索與實踐，積累了豐富的經(jīng)驗。

一、教學團隊

本校數(shù)據(jù)結構課程是安徽省精品資源共享課程和校級精品課程，擁有部分課程視頻資源，并且面向全社會開放。2018年獲批校級數(shù)據(jù)結構課程教學團隊，團隊實力強大，成員6人，且均有博士學位，年齡結構和職稱結構也合理，教授2人，副教授3人。教學團隊成員已榮獲省級教學成果二等獎和三等獎各一項。2015年獲得省級振興計劃重大課題專項，2019年獲批教育部產(chǎn)學合作協(xié)同育人項目，另外獲批多項數(shù)據(jù)結構課程省級教研項目和校級教研項目，以及數(shù)據(jù)結構課程智慧課堂項目和數(shù)據(jù)結構課程思政示范課程項目等，數(shù)據(jù)結構課程教學團隊發(fā)揮著重要作用。另外，在數(shù)據(jù)結構教學過程中團隊教師共同備課，共同磨課，分析教學重點和難點，極大地提高了教師的教學質(zhì)量，學生對各位教師的評價有較大提升。

二、課程實驗教學改革

數(shù)據(jù)結構課程研究的主要內(nèi)容是數(shù)據(jù)的組織形式和各種運算與操作的實現(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)關系和基本操作，這些數(shù)據(jù)類型與面向?qū)ο蟪绦蛟O計中類的概念相同。為讓學生加深對類概念的理解，以及加強對面向?qū)ο笤O計的掌握，課程實驗教學中采用C語言和面向?qū)ο蟪绦蛟O計語言兩種語言來實現(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：順序表定義為一個類SeqList，每個數(shù)據(jù)元素定義為一個數(shù)據(jù)類型SeqDataType，在順序表類中有兩個受保護的變量，一是數(shù)組SeqData，用于存儲所有的數(shù)據(jù)元素，二是整數(shù)變量Number，表示順序表中數(shù)據(jù)元素的個數(shù)。順序表的初始化和賦值操作可用構造方法實現(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現(xiàn)。具體定義如下：

class SeqList{

protected：

SeqDataType * Data;

int Number;

public：

SeqList（ SeqDataType， int ）; //構造方法

～SeqList（ ）; //析構方法

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，每個頂點定義為一個數(shù)據(jù)類型VerType，在圖類中有兩個私有變量，第一個變量是一維數(shù)組，用于存儲圖中的頂點，第二個變量是二維數(shù)組Edge，用于存儲鄰接矩陣。圖的初始化和賦值操作可用構造方法實現(xiàn)，頂點在圖中的位置、頂點的第一個鄰接點、插入頂點或邊、刪除頂點或邊、取邊上的權值等用公有方法實現(xiàn)。具體定義如下：

class GraphM{

private：

VerType * vertex;

Edge ?* * ?E;

public：

GraphM（ VerType， ?Edge ）; //構造方法

～GraphM（ ）; //析構方法

int VertexPos（ VerType ）; //頂點在圖中的位置

int FirstNeighbor（ int ）; //頂點的第一個鄰接點

int InsertVertex（ VerType）; //插入頂點操作

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

int DeleteVertex（ VerType ）; //刪除頂點與它相關聯(lián)的邊操作

int DeleteEdge（ int， int ）; //刪除邊操作

VerType getVertex（ int ）; //獲取頂點的值

E ?getWeight（ int， int）; //獲取邊的權值

void ?Print（ ?）; //輸出操作

…………

}

三、教材編寫

信息與計算科學專業(yè)招生后的幾年，主要采用清華大學嚴蔚敏教授編寫的《數(shù)據(jù)結構》教材，這本教材中的算法采用偽代碼實現(xiàn)，不易理解，對學生的要求相對較高。當前的大眾化教育，學生水平和能力有一定程度的下降[2]，如果教材難度相對較大，就不適合本校信息與計算科學專業(yè)和計算機類專業(yè)的學生學習。為提供適合本校學生學習的優(yōu)質(zhì)教材，筆者參與了本校教師主編的《數(shù)據(jù)結構與算法C語言版》以及《數(shù)據(jù)結構與算法C語言版習題精編與實驗指導》兩本教材的編寫，并于2015年1月在中國科學技術大學出版社出版[2]。教材共有九章，囊括了數(shù)據(jù)結構中的所有重點內(nèi)容，如緒論、線性表、棧、隊列、樹、圖、查找和排序等。在教材中每章都引入經(jīng)典案例，以提高學生學習數(shù)據(jù)結構課程的興趣。例如，線性表在通信錄系統(tǒng)設計和實現(xiàn)上的應用，棧在二進制轉(zhuǎn)換、漢諾塔問題、括號匹配算法和表達式求值問題上的應用，串在密碼學和括號匹配問題上的應用，樹在文件目錄和族譜方面的應用，哈夫曼樹在判斷學生成績和編碼中的應用，圖在通信網(wǎng)絡、交通網(wǎng)絡和工程進度管理等方面的應用，查找和排序在百度搜索、搜狗搜索等搜索引擎方面的應用。相對嚴蔚敏教授的數(shù)據(jù)結構教材，本校教材中算法采用C語言實現(xiàn)，算法注釋也較多，每章設有不少例題和習題，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，適合當前本校學生的學習水平。2017年數(shù)據(jù)結構課程申請了省級規(guī)劃教材質(zhì)量工程項目，與阜陽師范大學的教師一起對2015版《數(shù)據(jù)結構與算法C語言版》教材進行修訂和改編，《數(shù)據(jù)結構與算法（C語言版）》第2版屬于普通高等學校“十三五”省級規(guī)劃教材，于2020年2月在中國科學技術大學出版社出版。

四、結語

數(shù)據(jù)結構課程是信息與計算科學專業(yè)及相關專業(yè)的重要課程，主要通過組建教學團隊、實驗教學、教材編寫的改革與實踐，增強了師生間的感情和互動，提高了教師的教學水平，增加了學生的學習興趣和熱情，提升了學生的實踐能力，達到了提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的目的。

參考文獻：

[1]姚麗莎，余云.項目驅(qū)動教學在數(shù)據(jù)結構課程教學中的應用研究[J].赤峰學院學報：自然科學版，2017，33（3）：33-35.

[2]任平紅，陳矗，劉清秀.面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)結構的教學方法研究[J].電腦知識與技術，2015，11（33）：95-96.

（責任編輯：張詠梅）