摘要：為了使學(xué)生在掌握好基本實驗技能的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮其學(xué)習(xí)的主觀能動性，全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，本文介紹了在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗課的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核體系等方面所進行的有益的教學(xué)改革探索和一些經(jīng)驗與體會。

關(guān)鍵詞：實驗課教學(xué)；教學(xué)改革；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-5913(2007)12-0053-03

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程是信息與計算科學(xué)專業(yè)的主要基礎(chǔ)課程之一，其實驗課的教學(xué)是整個教學(xué)環(huán)節(jié)中的一個重要子系統(tǒng)。但是，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)是“灌輸式”的，從實驗?zāi)繕?biāo)、內(nèi)容、步驟、注意事項，甚至程序的調(diào)試以及可能的實驗結(jié)果都面面俱到地由老師講解，然后由學(xué)生“按方抓藥”地操作。這使學(xué)生處于消極被動的地位，影響其學(xué)習(xí)主觀能動性的發(fā)揮，嚴重阻礙了學(xué)生的全面綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。為了能在實驗教學(xué)中充分培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)造能力，使其掌握基本的算法設(shè)計與程序設(shè)技能，提高綜合素質(zhì)，我們在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及實驗考核體系等方面做了改革。

1更新教學(xué)內(nèi)容：實現(xiàn)實驗課程與設(shè)計課程分學(xué)期開設(shè)

由于基礎(chǔ)實驗課程的教學(xué)重點是打基礎(chǔ)，主要是為將來高年級綜合性的專業(yè)實驗課或科研工作提供基本方法、基本技能和科學(xué)思維的保障。因此，教學(xué)內(nèi)容必須要立足于基本技能、基本方法的講授，不能片面追求革新而動搖“雙基”教學(xué)。我們的具體調(diào)整方法是將基礎(chǔ)實驗內(nèi)容進行優(yōu)化、組合，使其具有從易到難、由基礎(chǔ)到綜合的獨立系統(tǒng)性。同以往相比，它打破了實驗課依附于一門相應(yīng)的理論課的教學(xué)模式，既不受理論課教學(xué)進程的制約，而又與理論課教學(xué)相互配合。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計課程是學(xué)生在學(xué)完C/C++語言和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)兩門課后，進行知識綜合訓(xùn)練的一個實踐環(huán)節(jié)。其教學(xué)目的主要是培養(yǎng)學(xué)生的知識綜合能力、軟件開發(fā)能力和軟件的調(diào)試技術(shù)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗課和設(shè)計課是面向本科二年級學(xué)生開設(shè)的基礎(chǔ)實踐課程。但這兩門課程各具特點而教學(xué)側(cè)重點有所不同。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗課是一種驗證型的教學(xué)模式，將課堂上所學(xué)的理論知識與計算機上機實踐相結(jié)合，通過利用高級語言環(huán)境對書本上的算法進行驗證，從而達到鞏固理論知識的目的。而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計課教學(xué)的指導(dǎo)思想是重視理論知識的綜合應(yīng)用，強調(diào)整個過程的參與和學(xué)習(xí)，發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力，培養(yǎng)學(xué)生的團隊精神和協(xié)作意識。根據(jù)上述特點，我們于2006年將這兩門實踐課程分別在不同的學(xué)期開設(shè)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗課在前，重基礎(chǔ)，重驗證；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計課在后，重綜合，重設(shè)計。通過適當(dāng)調(diào)整實踐內(nèi)容，使得前后科學(xué)合理地銜接。從實際教學(xué)情況來看，我們的改革取得了成功。通過這種獨立的連續(xù)實踐課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生無論是在實踐基本功還是在綜合實踐能力方面都得到了明顯提高。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗課的傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容以驗證型實驗為主，幾乎沒有綜合型或設(shè)計型實驗。我們考慮到本學(xué)科的特色，刪除了部分落后的驗證型實驗項目，保留有價值的驗證型和技能型實驗內(nèi)容，大幅度地增加新的探索型實驗內(nèi)容，或?qū)⒃鹊尿炞C型實驗改為探索型實驗。例如，以前在做“Huffman樹及Huffman編碼”實驗時，從算法的理解、算法的實現(xiàn)過程以及可能的輸出結(jié)果等都由教師詳細講解，學(xué)生只要在計算機上編輯并調(diào)試通過就可以了?，F(xiàn)在，我們要求學(xué)生在教師上課講解相關(guān)理論知識后，自己動手編輯、調(diào)試并出結(jié)果，尤其是選擇其中權(quán)值最小的兩個結(jié)點的簡單算法，需要學(xué)生自己編寫，同時要求學(xué)生思考有幾種不同的方法實現(xiàn)Huffman編碼算法。做完實驗后，還引導(dǎo)學(xué)生思考Huffman編碼的解碼算法應(yīng)該如何設(shè)計和實現(xiàn)。由于學(xué)生須獨立地完成這一系列過程，不僅掌握了較復(fù)雜算法的驗證及實現(xiàn)方法，還體驗了算法設(shè)計的過程，了解了與Huffman編碼算法相關(guān)聯(lián)其它知識，更重要的是鍛煉了學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)了他們的探索精神和創(chuàng)新能力，使我們的教學(xué)取得了事半功倍的效果。

2革新教學(xué)方法：充分調(diào)動實驗過程中的學(xué)習(xí)主體

華裔科學(xué)家楊振寧先生在比較中美的教學(xué)方法時指出：中國傳統(tǒng)的教學(xué)方法重演繹、推理、按部就班，所以嚴謹認真，基礎(chǔ)扎實，但缺少創(chuàng)新意識；美國的教學(xué)方法重歸納、分析、滲透、綜合，是一種“體會式”的教學(xué)方法，其效果是獨立思考能力和創(chuàng)造能力強，易于較快地進入科學(xué)發(fā)展的前沿，但根基不扎實。如何讓兩種教學(xué)方法取長補短，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維，這就要求我們對傳統(tǒng)的教學(xué)方法進行一系列的改革。我們根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)的指導(dǎo)思想和教學(xué)原則，考慮到培養(yǎng)計劃的要求，對每一次實驗課都進行精心地策劃，主要從課前預(yù)習(xí)階段、實踐體驗階段和成果交流階段等三個階段共五個方面進行改革：

2.1課前預(yù)習(xí)階段

要求學(xué)生課前充分預(yù)習(xí)，并要求學(xué)生初步了解實驗?zāi)康暮驮?、實驗環(huán)境的使用、操作方法和實驗步驟等。教師在講課之前或講課過程中通過提問以檢查預(yù)習(xí)的情況，經(jīng)常鼓勵學(xué)生自由發(fā)言，大家共同探討實驗原理、實驗方案以及實驗技術(shù)難點等，必要時還要介紹上機環(huán)境及算法在相應(yīng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的地位和作用，包括使用的編程環(huán)境，在驗證算法過程中需要注意的問題，講解如何查找相關(guān)資料，并展示歷屆學(xué)生的實驗報告樣本等。通過課前預(yù)習(xí)，保證了學(xué)生在實驗前有了足夠的理論儲備，使學(xué)生在實驗中思路清晰，能及時發(fā)現(xiàn)問題，其分析問題和解決問題的能力也得到增強，也就更易于取得實驗的成功。

2.2實踐體驗階段

上機實驗的過程是實驗成敗的關(guān)鍵，我們一方面培養(yǎng)學(xué)生在實驗過程中養(yǎng)成做實驗記錄的良好習(xí)慣，另一方面引導(dǎo)學(xué)生在實驗過程中積極思維。實驗記錄是描述實驗過程并為實驗后提供相關(guān)感性認識的原始資料，同時也是寫好實驗報告的前提，因此要求學(xué)生在實驗中邊操作、邊思考、邊記錄。我們認為，實驗記錄絕不是實驗步驟的簡單拷貝，它應(yīng)包括實驗操作過程中每一個步驟的調(diào)試分析、調(diào)試數(shù)據(jù)設(shè)定、程序運行中間結(jié)果及其算法的結(jié)果描述。另外，實驗記錄中要體現(xiàn)出實驗者的思維過程，即實驗者是如何理解每一個實驗步驟，其目的和原理是什么，關(guān)鍵在哪里，可否有更好的改進方法等等。當(dāng)?shù)玫降膶嶒灲Y(jié)果與預(yù)期不符時，要求學(xué)生深入思考，分析其產(chǎn)生問題的根源，是程序設(shè)計不當(dāng)，還是上機環(huán)境的改變等，從而培養(yǎng)學(xué)生具有從事科學(xué)研究所必須的嚴肅的科學(xué)態(tài)度、嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和分析問題、解決問題的能力。學(xué)生在每次實驗結(jié)束后，要將實驗記錄交給教師檢查、簽字后才能離開實驗室。

引導(dǎo)學(xué)生積極思考，有效保證實驗質(zhì)量。在實驗教學(xué)過程中，我們不再充當(dāng)“保姆”的角色，而是放開學(xué)生的手腳，使他們能發(fā)揮出最大的主觀能動性。實驗開始前，教師充分運用多媒體教學(xué)設(shè)備，生動、詳實地向?qū)W生闡述算法的基本原理及其該算法應(yīng)用前景等，激發(fā)學(xué)生探究算法設(shè)計與實現(xiàn)的興趣。對于實驗操作過程，只是簡單敘述，將大體的步驟和相關(guān)的注意事項粗略地寫在黑板上，供他們參考。在實驗進行過程中，教師融入到學(xué)生當(dāng)中，與他們進行雙向的交流，針對學(xué)生在實驗中出現(xiàn)的錯誤，采用提示和設(shè)疑的方法讓他們自己動腦調(diào)試程序并糾正程序錯誤。這使學(xué)生對實驗方法以及操作過程認識深刻而記憶牢固，很快地提高了實驗操作技能，有效地培養(yǎng)了他們獨立思考能力。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗課中有很多驗證型的實驗內(nèi)容是不可刪除的。對此，我們著手進行一些設(shè)計，使其達到良好的教學(xué)效果。例如，在做順序表的基本運算上機實驗時，數(shù)據(jù)的輸入輸出操作步驟很重要，在不同的位置編寫輸入輸出代碼，會直接影響程序的可讀性與正確性。于是我們在實驗指導(dǎo)書中給出了多種輸入輸出方法，而最好的方法則要求學(xué)生在實際操作中通過不斷摸索總結(jié)得出。又如，在做循環(huán)隊列的基本運算上機實驗時，學(xué)生通過課前預(yù)習(xí)和教師講解，得知循環(huán)隊列用順序結(jié)構(gòu)存儲，并且采用留空閑單元的方法處理邊界條件問題。但這種算法在實現(xiàn)時受到初始化空間大小的限制，而且會導(dǎo)致操作預(yù)留空間而使隊列越界的情況，因而，我們引導(dǎo)學(xué)生是否可以從改變隊列的存儲結(jié)構(gòu)和邊界條件處理方法著手解決問題。很多學(xué)生通過認真思考，查閱相關(guān)資料，提出了很多不同的解決方法，分析了改進循環(huán)隊列算法的可行性。通過這種啟發(fā)式、研討式的教學(xué)方法，真正把驗證性實驗變成了探究性實驗，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)了學(xué)生的思維。

2.3成果交流階段

一方面要求學(xué)生完成高質(zhì)量的實驗報告，另一方面引導(dǎo)學(xué)生廣泛閱讀，開闊視野。實驗報告是對整個實驗過程的總結(jié)，要求學(xué)生能從實驗的方法、原理、操作步驟、實驗的數(shù)據(jù)和結(jié)果等方面進行分析，掌握其中的基本實驗方法。過去，學(xué)生寫實驗報告時，大段地摘抄實驗指導(dǎo)書上的實驗原理和實驗步驟，再附上實驗數(shù)據(jù)或結(jié)果便完成了。這種機械式的實驗報告對于培養(yǎng)學(xué)生的能力幾乎沒有絲毫的幫助，也不利于教師對學(xué)生學(xué)習(xí)情況的掌握，無法公平地評定學(xué)生的成績，往往是文字抄得多，字跡整潔就可得高分。如今我們要求實驗報告必須包含三部分內(nèi)容：第一，經(jīng)任課教師簽字的原始實驗記錄(可以重新整理，但原件必須附上)；第二，實驗中的異常情況分析、實驗方法的重新設(shè)計或改進、實驗總結(jié)等；第三，完成實驗指導(dǎo)書上的思考題，完成課外閱讀任務(wù)。這樣做，強調(diào)了對實驗過程和結(jié)果的討論，有利于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。另外，由于考評體系的改變，使學(xué)生不再盲目追求實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，轉(zhuǎn)為追求解決問題的方法和過程，實驗過程中關(guān)鍵步驟的原理及操作技術(shù)成了大家探討的中心話題。

我們在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)中，除了傳授基本方法和基本技能的同時，還注重積極引導(dǎo)學(xué)生了解新方法、新技術(shù)，拓寬知識面，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣和熱情。例如，我們在介紹內(nèi)存空間分配問題時，要求學(xué)生課外查閱有關(guān)“微機原理”方面的知識；在講解排序算法時，引導(dǎo)學(xué)生課后收集并整理各種排序方法，進行綜合比較等等。學(xué)生在查閱相關(guān)資料后，需要寫一段200~300字的小結(jié)，作為實驗報告的一部分交給教師查閱。為了不給學(xué)生帶來更多的負擔(dān)，我們只要求他們對相關(guān)知識有大致的了解，不必詳細論述和探討，但學(xué)生對此還是表現(xiàn)出了極大的熱情。

3完善考核體系：體現(xiàn)實驗考核的規(guī)范性

關(guān)于實驗成績的考核，由于過去過分依賴實驗報告的優(yōu)劣，導(dǎo)致學(xué)生不注重實驗過程，片面追求實驗結(jié)果的正確性、實驗報告的篇幅和整潔程度，嚴重制約了對學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。因此，必須大力革新傳統(tǒng)的考核體制，使考核在學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)過程中能夠發(fā)揮積極的導(dǎo)向功能?？己藘?nèi)容不僅包括屬于知識記憶性的內(nèi)容，還要包括能力內(nèi)容和實踐內(nèi)容；考核方式應(yīng)從有利于教學(xué)目標(biāo)的達成、有利于調(diào)動師生參與、有利于課程管理的目的出發(fā)，采取教師評分與學(xué)生的自評、互評相結(jié)合，對實驗報告的評分與對學(xué)生的口頭報告、實驗表現(xiàn)和結(jié)果展示的評分相結(jié)合，定性與定量考核相結(jié)合等綜合考核的多種形式。通過各種有效的考核形式，指導(dǎo)和幫助學(xué)生在平時的實驗過程中培養(yǎng)擴散思維、求異思維、逆向思維等創(chuàng)新思維能力，促使學(xué)生開放性個性及創(chuàng)新精神的養(yǎng)成。

在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗課教學(xué)中，我們主要綜合考慮學(xué)生的實驗態(tài)度、基本方法和技能的掌握程度，考核學(xué)生在實驗過程中獨立思考的能力和發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力等，從多方面評定實驗成績。各項所占比例如下：

改革后的實驗課考核方法，既調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高了他們對實驗課的重視程度，又保證了成績評定的客觀性和公正性，提高了實驗教學(xué)的質(zhì)量。

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作者簡介：龔紅仿(1968-)，男，碩士，副教授，主要從事計算機教學(xué)與研究工作。

基金項目：長沙理工大學(xué)教改項目資助(編號：JG0630)。