地理信息科學(xué)專業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容改革與探索

梁天全　湯慶新　于泉洲　張保華

摘? 要： 針對(duì)目前地理信息科學(xué)專業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)實(shí)際，分析該課程在教學(xué)過程中存在的問題，指出相關(guān)課程承接性不足以及與其他專業(yè)課程關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)是問題的根源。文章提出通過理論與實(shí)踐相結(jié)合、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程與地理信息科學(xué)專業(yè)課程相結(jié)合來進(jìn)行以地理信息科學(xué)專業(yè)特色為基礎(chǔ)的教學(xué)內(nèi)容改革。

關(guān)鍵詞： 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu); 地理信息科學(xué); 專業(yè)課程; 教學(xué)內(nèi)容; 教學(xué)手段

中圖分類號(hào)：G642.0? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?文章編號(hào)：1006-8228（2022）03-92-03

Abstract： In view of the current teaching practice of the data structure course for geographic information science specialty， this paper analyzes the problems existing in the teaching process of the course， and points out that the lack of continuity of related courses and weak correlation with other professional courses are the root of the problems. It is proposed to carry out the teaching content reform based on the characteristics of geographic information science specialty， by combining theory and practice， and combining the data structure course and the professional courses in geographic information science.

Key words： data structure; geographic information science; professional course; teaching content; teaching method

0 引言

程序由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法共同構(gòu)成，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)涵蓋程序設(shè)計(jì)理論技術(shù)核心支撐內(nèi)容，是一門重要的專業(yè)核心課程。地理信息科學(xué)專業(yè)（以下簡(jiǎn)稱地信專業(yè)）作為一門新興交叉學(xué)科，內(nèi)容涉及計(jì)算機(jī)、遙感、地理學(xué)等領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)領(lǐng)域相關(guān)內(nèi)容構(gòu)成了地信專業(yè)重要支撐技術(shù)工具。其中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)屬于地信專業(yè)核心基礎(chǔ)課程之一，旨在分析、研究數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特性，設(shè)計(jì)算法時(shí)選擇適當(dāng)?shù)倪壿嫿Y(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)等[1，4-6]。

地信專業(yè)作為非計(jì)算機(jī)類專業(yè)，在專業(yè)培養(yǎng)方案設(shè)定中，選擇數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為其專業(yè)核心課程，其重要性不言而喻。但是，目前地信專業(yè)開設(shè)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程，存在諸如總學(xué)時(shí)相對(duì)計(jì)算機(jī)類專業(yè)課時(shí)設(shè)置偏少。同時(shí)，作為前導(dǎo)課程的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，課時(shí)設(shè)置量存在同樣共性不足的問題。在有限的課時(shí)設(shè)置條件下，前導(dǎo)課程C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)重點(diǎn)講解算法、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)、數(shù)組與函數(shù)部分，對(duì)于C語(yǔ)言的“靈魂”指針部分粗略講解或不涉及[2-3]。指針部分的有效理解與掌握，對(duì)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)鏈表內(nèi)容的講授具有重要意義。上述原因?qū)е铝说匦艑I(yè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程難學(xué)的困境。

在地信專業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)上，為了讓學(xué)生聽得懂、學(xué)得會(huì)，亟需給出教學(xué)實(shí)踐解決方案。本文尋求數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與地信專業(yè)的內(nèi)在耦合關(guān)聯(lián)，制定符合地信專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)方案。同時(shí)，總結(jié)教學(xué)方法，提升教學(xué)手段。結(jié)合課堂反饋，及時(shí)反思并修正教學(xué)方法，凝練出行之有效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)思路。

1 地信專業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)問題剖析

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程，相對(duì)地信專業(yè)培養(yǎng)方案中開設(shè)的其他課程而言，概念比較抽象，但對(duì)于編程思想構(gòu)建非常重要。目前的地理信息產(chǎn)業(yè)處于戰(zhàn)略規(guī)劃與上升階段，下游數(shù)據(jù)產(chǎn)品的處理與深度開發(fā)應(yīng)用，潛在需求大批地信專業(yè)畢業(yè)生。工作崗位設(shè)置中，軟件開發(fā)類占比較大，地理信息類公司對(duì)熟練的編程開發(fā)人員有一定的需求。地信專業(yè)學(xué)生編程知識(shí)體系的培養(yǎng)十分重要，因此，教學(xué)中需要總結(jié)和歸納問題，找出問題根源。

1.1 相關(guān)課程承接性不足

對(duì)于算法設(shè)計(jì)的初步理解，基本程序結(jié)構(gòu)編寫的掌握，數(shù)組與字符串知識(shí)的掌握，指針知識(shí)的理解與掌握，離散數(shù)學(xué)知識(shí)的運(yùn)用等，這些都是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)中十分重要的。對(duì)于C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)內(nèi)容，在前期課程中雖然設(shè)置，但存在課時(shí)量不足的問題，導(dǎo)致前期的知識(shí)體系掌握不全面，特別是指針相關(guān)知識(shí)，在理解單鏈表與雙向鏈表中，存在困難，導(dǎo)致數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形成晦澀難懂的情形。

1.2 與專業(yè)課程關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與地信專業(yè)其他專業(yè)課程關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，在學(xué)習(xí)過程中起不到立竿見影的效果，導(dǎo)致部分同學(xué)對(duì)課程重要性沒有充分認(rèn)識(shí)。地信專業(yè)的部分專業(yè)基礎(chǔ)課程與核心課程，諸如地理信息系統(tǒng)概論、地圖學(xué)、遙感導(dǎo)論等，與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)耦合性偏弱。存在地信專業(yè)的學(xué)生，在學(xué)習(xí)過程中，對(duì)地信專業(yè)課程體系融會(huì)貫通形成一定障礙。

2 地信專業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革探索

2.1 理論與實(shí)踐相結(jié)合

本專業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程主講了線性表、棧與隊(duì)列、串、數(shù)組和廣義表、樹和圖的內(nèi)容。對(duì)于各部分內(nèi)容，理論講解注重循序漸進(jìn)，透徹理解算法實(shí)現(xiàn)。對(duì)于線性結(jié)構(gòu)諸如線性表、棧和隊(duì)列、串、數(shù)組和廣義表，在講解理論知識(shí)的過程中，選擇CodeBlocks集成開發(fā)環(huán)境，通過編程實(shí)操演練，實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)操作算法。通過理論講解與編程實(shí)操，對(duì)不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的各種數(shù)據(jù)操作算法實(shí)現(xiàn)，能夠理解算法的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)思路。安排獨(dú)立的上機(jī)課時(shí)，監(jiān)督地信專業(yè)學(xué)生獨(dú)立完成所講解的數(shù)據(jù)操作算法，對(duì)教科書中經(jīng)典的數(shù)據(jù)操作給出正確的運(yùn)行結(jié)果。理論與實(shí)踐的有效結(jié)合，讓學(xué)生思考數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)學(xué)什么，怎樣學(xué)，學(xué)過以后能夠解決什么樣的問題。

2.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與地信專業(yè)相結(jié)合

將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程與地信專業(yè)學(xué)習(xí)的空間數(shù)據(jù)分析課程進(jìn)行深度融合?？臻g數(shù)據(jù)分析作為地信專業(yè)核心選修課程，主講柵格數(shù)據(jù)的空間分析方法、矢量數(shù)據(jù)的空間分析方法、三維數(shù)據(jù)的空間分析方法、空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析方法等內(nèi)容。其中，矢量數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)分析是對(duì)地理網(wǎng)絡(luò)和城市基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)等網(wǎng)狀事物及他們的相互關(guān)系和內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行地理分析和模型化。網(wǎng)絡(luò)分析的作用選擇最佳路徑與最佳布局中心位置。對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖部分內(nèi)容與網(wǎng)絡(luò)分析內(nèi)容緊密結(jié)合，網(wǎng)絡(luò)分析最短路徑求解通過圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以有效求解，通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖的學(xué)習(xí)進(jìn)一步深化空間數(shù)據(jù)分析的理解。例如，網(wǎng)絡(luò)分析從某個(gè)源點(diǎn)到其余各頂點(diǎn)的最短路徑求解的Dijkstra算法，每一對(duì)頂點(diǎn)之間的最短路徑求解的Floyd算法。通過將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與空間數(shù)據(jù)分析地信專業(yè)的必修課程有效關(guān)聯(lián)講解，勢(shì)必一定程度破解課程壁壘，有助于地信專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)和理解相關(guān)內(nèi)容。

2.3 加強(qiáng)課程互動(dòng)與考核

依據(jù)地信專業(yè)學(xué)生的實(shí)際情況，按需對(duì)教學(xué)過程進(jìn)行相應(yīng)修改與提升。同時(shí)，加強(qiáng)課程師生互動(dòng)，互動(dòng)可以讓“課堂氣場(chǎng)”流動(dòng)，流動(dòng)的氣場(chǎng)能夠一定程度與學(xué)生形成共振，激勵(lì)學(xué)生自發(fā)學(xué)習(xí)?？紤]到地信學(xué)生數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相關(guān)知識(shí)薄弱的特點(diǎn)，加強(qiáng)前導(dǎo)課程的復(fù)習(xí)回顧，做好本次講授課程的引入環(huán)節(jié)。相對(duì)計(jì)算機(jī)學(xué)院開設(shè)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程，地信專業(yè)在教學(xué)方案設(shè)計(jì)、教學(xué)方法有所調(diào)整。用有限的學(xué)時(shí)把數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)內(nèi)容與難點(diǎn)內(nèi)容講解清楚。在講解過程中，通過地信專業(yè)學(xué)生熟悉的柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生思考數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的課程邏輯，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)動(dòng)力。通過已知的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)容進(jìn)行類比理解、消化吸收數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的核心知識(shí)體系，此過程貫穿數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教學(xué)過程。

注重多種考核方式的結(jié)合，對(duì)每一部分知識(shí)講解后，需設(shè)計(jì)安排相應(yīng)的上機(jī)實(shí)踐任務(wù)，并要求及時(shí)提交上機(jī)實(shí)驗(yàn)書。在正常教學(xué)周第十一周時(shí)，安排地信專業(yè)學(xué)生進(jìn)行期中考試，通過期中考試反饋的情況，及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法，構(gòu)成有效的學(xué)習(xí)生態(tài)閉環(huán)。通過考核督促學(xué)生有效學(xué)習(xí)，通過一定的正向約束壓力激勵(lì)，激活“課堂氣場(chǎng)”，讓學(xué)生更加高效、主動(dòng)的學(xué)習(xí)。

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)地信專業(yè)自身獨(dú)有的特點(diǎn)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程在教學(xué)過程中存在的問題，通過理論與實(shí)際相結(jié)合、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與地信專業(yè)相結(jié)合、加強(qiáng)課程互動(dòng)與考核等有效方式，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中有效對(duì)地信專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了改革與探索。通過若干學(xué)期地信專業(yè)教學(xué)實(shí)踐與學(xué)生問卷調(diào)查的有效反饋，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整與優(yōu)化，形成良好的正反饋模式。讓地信專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識(shí)，一定程度打破課程之間存在的專業(yè)壁壘，讓劣勢(shì)轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)勢(shì)，讓“課堂氣場(chǎng)”更加活躍與流動(dòng)，打造形成良好的反饋修正的教學(xué)生態(tài)與教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] 嚴(yán)蔚敏，吳偉民.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（C語(yǔ)言版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2018：6

[2] 肖媚燕.地理信息科學(xué)專業(yè)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)[J].計(jì)算機(jī)教育，2015（3）：87-89

[3] 沈敬偉.地理信息科學(xué)專業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容改革實(shí)踐[J].教學(xué)實(shí)戰(zhàn)，2016（3）：78-81

[4] 孫陸鵬，劉婷.翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)中的實(shí)踐與思考[J].中國(guó)信息技術(shù)教育，2019（17）：105-107

[5] 程鴻芳.多元融合教學(xué)模式在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的運(yùn)用[J].教育教學(xué)論壇，2019（23）：118-119

[6] 趙慶聰.基于翻轉(zhuǎn)課堂的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式研究[J].大學(xué)教育，2016（2）：9-10

3233501908273