摘要：本文首先明確了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學中實驗教學的重要性；然后詳細闡述了系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗的思想和具體方法，并給出了具體實施辦法；最后分析總結(jié)了實施效果。教學結(jié)果表明，通過系統(tǒng)設(shè)計實驗的實踐，學員對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識的學習興趣、掌握程度以及綜合分析能力都有了明顯提高。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；實驗；知識層；應用層；綜合層

中圖分類號：G642文獻標識碼：B

文章編號：1672-5913(2007)12-0003-03

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”是設(shè)計和開發(fā)系統(tǒng)軟件和應用程序的基礎(chǔ)，是一門理論性和實踐性均比較強的課程，課程概念多、技巧性強。非計算機專業(yè)開設(shè)的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課和計算機專業(yè)開設(shè)的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課相比，重要的差別之一就是授課時間和實驗時間相對較少。為了使非計算機專業(yè)學員在課時減少的情況下，仍能系統(tǒng)地掌握“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的基本內(nèi)容，在教學中合理設(shè)計實驗就顯得十分重要和必要。

本文通過對非計算機專業(yè)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程內(nèi)容的研究和對學員狀況的分析，對非計算機專業(yè)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的實驗設(shè)計做了一些有益的探索和實踐。

1實驗課設(shè)計的重要性

在從事“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的教學中我們發(fā)現(xiàn)，學員們普遍感到理解授課內(nèi)容并不困難，完成習題卻困難重重，尤其是上機實驗題，常常感到無從下手。對于學員來說，如果不能較好地解決上機實驗問題，就有可能在學完這門課后，不知道自己到底學了些什么，更不知道如何應用。因此，如何設(shè)計實驗，如何引導學員循序漸進地學習和實驗，使學員在較短的時間內(nèi)掌握課程內(nèi)容，是十分重要的。

2實驗設(shè)計的思路和實現(xiàn)

2.1實驗設(shè)計的基本思路

教學過程中我們發(fā)現(xiàn)，學員的情況千差萬別，不同學員的學習主動性和學習能力各不相同，如果用同樣的尺度要求學員，則往往起不到良好的教學效果。為了達到因材施教的目的，在進行“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程實驗的設(shè)計時，既要重視理論知識的重現(xiàn)，又要盡量聯(lián)系實際；既要考慮學員對所學知識的理解，又要考慮培養(yǎng)學員解決實際問題的能力；既要考慮學員總體的基礎(chǔ)，又要考慮學員個體的差異；既要考慮知識性和應用性，又要考慮趣味性。因此，我們采用層次化設(shè)計思想，把實驗自下而上分為知識層、應用層和綜合層三個層次。實驗的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計如下(見圖1)：

知識層注重對知識的理解和掌握，應用層重點在于鞏固與應用，綜合層則關(guān)注綜合與創(chuàng)新。知識層為應用層和綜合層的基礎(chǔ)，綜合層為知識層和應用層的提高和深化。

對基礎(chǔ)較弱的同學給出一個最低要求，即獨立完成知識層實驗；對大部分同學要求其能完成教學基本要求，即獨立完成應用層實驗；對極少數(shù)思維特別活躍的同學提出更高的要求，進一步激發(fā)他們挑戰(zhàn)自我的意識，建議他們在完成應用層實驗的基礎(chǔ)上，完成綜合層實驗。同時，要求基礎(chǔ)較弱的學員從知識層次做起，逐步提升自己，最終達到教學基本要求。

2.2知識層實驗設(shè)計

知識層實驗以理解和掌握基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念及其基本操作為目的，內(nèi)容為“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”最主要和最重要的知識點，包括順序表、鏈表、棧、隊列、串、二叉樹、圖、查找、排序等內(nèi)容。在知識層中，為每個知識點設(shè)計一個實驗，要求學員在各章節(jié)內(nèi)容結(jié)束后，完成相應的實驗。知識層實驗與課堂知識的講授相輔相成，是強化學員理解和掌握知識的一種訓練手段。從知識點出發(fā)設(shè)計的實驗以學員掌握理論知識為主，能夠鞏固和加深學員對知識點的理解和應用。知識層實驗相對比較簡單，與授課內(nèi)容聯(lián)系直接，學員容易完成。

例如在講授了順序表后，我們安排了一個關(guān)于順序表的實驗，它的目的是鞏固和加深學員對順序表的存儲以及插入、修改、刪除等算法的理解和實現(xiàn)。

2.3應用層實驗設(shè)計

應用層實驗以鞏固和應用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本知識為目的，是實驗整體結(jié)構(gòu)的中間層，起著承上啟下的作用。應用層實驗強調(diào)理論與實踐的結(jié)合，讓學員體會到“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”不是抽象的理論，而是一門與實踐緊密聯(lián)系、非常有趣味的課程，從而激發(fā)學員的學習興趣。

應用層實驗以社會生活中具體問題為背景，由學員獨立分析和選擇具體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并設(shè)計相應的算法來解決問題，主要考慮培養(yǎng)學員解決實際問題的能力，同時考慮實驗的趣味性。

如：約瑟夫(Joseph)問題是一個實際問題，也是一個一題多解的問題；既可以利用循環(huán)隊列求解，也可以利用循環(huán)鏈表求解，還可以利用靜態(tài)鏈表求解。通過對同一問題尋找不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法來求解，開闊學員的思路，培養(yǎng)學員的創(chuàng)造性思維，同時通過比較不同的算法，發(fā)現(xiàn)算法的適用范圍，培養(yǎng)學員靈活運用多種方法解決實際問題的能力。

2.4綜合層實驗設(shè)計

應用層實驗的設(shè)計主要考慮單個知識點的應用，綜合層實驗則考慮多個知識點的應用，知識覆蓋面廣。

綜合層實驗以綜合和創(chuàng)新為目的，是實驗整體結(jié)構(gòu)的最高層，是對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識的升華，是學習數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的真正目的。綜合層實驗需要學員針對較為復雜的問題，選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，甚至改造基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并設(shè)計相應算法。因此，通過綜合層實驗，學員才能真正掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的精髓，在靈活創(chuàng)新的應用中體會到“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法=程序”這一重要思想。

例如，利用表達式計算實驗完成撲克牌的24點游戲。24點游戲中，表達式的錄入、合法性判斷與計算以及運算符優(yōu)先級的判斷等涉及字符串的處理、順序表的存儲、棧的應用、圖的應用以及HASH表技術(shù)等多知識點的應用。

3設(shè)計實驗的實施

為了配合實驗的有效實施，需要加強對上機實驗的指導和管理。

3.1實驗準備

麻雀雖小，五臟俱全，即便是一個小小的實驗，也應要求學員按照軟件工程的思想進行實驗準備。良好的開端是成功的一半，第一次實驗前，給學員簡單介紹軟件工程的思想并按照軟件工程的思想簡短分析第一次實驗，為后續(xù)實驗打下了堅實的基礎(chǔ)。

3.2實驗過程

實驗中做好及時輔導，指導學員盡量利用DEBUG的各種功能，提高調(diào)試效率。驗收時，要求每個學員首先介紹設(shè)計思路，再對照源程序講解，最后運行程序，得出結(jié)果，以檢查學員對知識的掌握程度，同時避免了抄襲現(xiàn)象的發(fā)生。

3.3實驗報告

實驗報告除須包括需求分析、總體設(shè)計、界面設(shè)計、詳細設(shè)計和測試用例等內(nèi)容外，還須包括調(diào)試過程中遇到的問題、解決問題的方法以及經(jīng)驗體會，并附上源程序代碼。

這樣的過程雖然繁瑣，學員一開始不太習慣，卻能使學員受益匪淺。例如，有的學員在體會中談到，第一次實驗時，設(shè)計人機交互界面花費了很多時間，但第二次實驗時，很快就完成了人機交互界面的設(shè)計。還有的學員談到，通過對軟件工程思想的了解，意識到改錯不如防錯，目的不明、思路不清、結(jié)構(gòu)不好的程序可能根本無法調(diào)試。

3.4實驗講評

及時總結(jié)實驗情況，演示較好的設(shè)計，展示較好的實驗報告，指出優(yōu)點和不足，提出改進意見，使學員在下一次實驗中避免發(fā)生類似的不足。

例如，第一次實驗時，有的學員不知如何進行測試，程序調(diào)試通過后，簡單地用幾個數(shù)據(jù)運行一下就滿意了；有的學員不知如何設(shè)計友善的界面。實驗講評后，學員深受啟發(fā)，在后續(xù)實驗中進步很大。

3.5課外指導

在計算機較為普及的今天，很多學員都擁有自己的計算機，他們非常希望多練習，卻苦于找不到合適的實驗。系統(tǒng)設(shè)計實驗后，可根據(jù)課程進度，安排相應內(nèi)容的課外實驗，讓學員根據(jù)自己的實際情況，有選擇地上機實驗，獲得更多的實踐體會。

4分析與結(jié)論

根據(jù)上述實驗設(shè)計，我們在自動化與仿真專業(yè)的兩期學員中進行了試點，例如，將“利用棧進行表達式計算”的上機實驗劃分成這樣三個層次：知識層的要求是，根據(jù)授課內(nèi)容，建立空棧，進行入棧、出棧和讀棧頂元素算法的實現(xiàn)；應用層的要求是，輸入一個表達式，可以進行帶括號的四則運算；綜合層的要求是，利用表達式計算，設(shè)計完成24點游戲軟件。我們發(fā)現(xiàn)，通過這些實驗，學員對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識的學習興趣、掌握程度以及對問題的綜合分析能力與以前相比都有了明顯的提高。

參考文獻

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[3] 嚴尉敏， 吳偉民. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(C語言版)[M]. 北京：清華大學出版社， 2003.