摘要：為了使學(xué)生在掌握好基本實(shí)驗(yàn)技能的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮其學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)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(shí)驗(yàn)課的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核體系等方面所進(jìn)行的有益的教學(xué)改革探索和一些經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)課教學(xué)；教學(xué)改革；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5913(2007)12-0053-03

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程是信息與計(jì)算科學(xué)專(zhuān)業(yè)的主要基礎(chǔ)課程之一，其實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)是整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中的一個(gè)重要子系統(tǒng)。但是，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是“灌輸式”的，從實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、內(nèi)容、步驟、注意事項(xiàng)，甚至程序的調(diào)試以及可能的實(shí)驗(yàn)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(dòng)的地位，影響其學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性的發(fā)揮，嚴(yán)重阻礙了學(xué)生的全面綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。為了能在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中充分培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)造能力，使其掌握基本的算法設(shè)計(jì)與程序設(shè)技能，提高綜合素質(zhì)，我們?cè)诮虒W(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及實(shí)驗(yàn)考核體系等方面做了改革。

1更新教學(xué)內(nèi)容：實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程與設(shè)計(jì)課程分學(xué)期開(kāi)設(shè)

由于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)重點(diǎn)是打基礎(chǔ)，主要是為將來(lái)高年級(jí)綜合性的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)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(dòng)搖“雙基”教學(xué)。我們的具體調(diào)整方法是將基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化、組合，使其具有從易到難、由基礎(chǔ)到綜合的獨(dú)立系統(tǒng)性。同以往相比，它打破了實(shí)驗(yàn)課依附于一門(mén)相應(yīng)的理論課的教學(xué)模式，既不受理論課教學(xué)進(jìn)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(jì)課程是學(xué)生在學(xué)完C/C++語(yǔ)言和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)兩門(mén)課后，進(jìn)行知識(shí)綜合訓(xùn)練的一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)。其教學(xué)目的主要是培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)綜合能力、軟件開(kāi)發(fā)能力和軟件的調(diào)試技術(shù)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課和設(shè)計(jì)課是面向本科二年級(jí)學(xué)生開(kāi)設(shè)的基礎(chǔ)實(shí)踐課程。但這兩門(mén)課程各具特點(diǎn)而教學(xué)側(cè)重點(diǎn)有所不同。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課是一種驗(yàn)證型的教學(xué)模式，將課堂上所學(xué)的理論知識(shí)與計(jì)算機(jī)上機(jī)實(shí)踐相結(jié)合，通過(guò)利用高級(jí)語(yǔ)言環(huán)境對(duì)書(shū)本上的算法進(jìn)行驗(yàn)證，從而達(dá)到鞏固理論知識(shí)的目的。而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課教學(xué)的指導(dǎo)思想是重視理論知識(shí)的綜合應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)整個(gè)過(guò)程的參與和學(xué)習(xí)，發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)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(tuán)隊(duì)精神和協(xié)作意識(shí)。根據(jù)上述特點(diǎn)，我們于2006年將這兩門(mén)實(shí)踐課程分別在不同的學(xué)期開(kāi)設(shè)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課在前，重基礎(chǔ)，重驗(yàn)證；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課在后，重綜合，重設(shè)計(jì)。通過(guò)適當(dāng)調(diào)整實(shí)踐內(nèi)容，使得前后科學(xué)合理地銜接。從實(shí)際教學(xué)情況來(lái)看，我們的改革取得了成功。通過(guò)這種獨(dú)立的連續(xù)實(shí)踐課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生無(wú)論是在實(shí)踐基本功還是在綜合實(shí)踐能力方面都得到了明顯提高。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課的傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容以驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為主，幾乎沒(méi)有綜合型或設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。我們考慮到本學(xué)科的特色，刪除了部分落后的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，保留有價(jià)值的驗(yàn)證型和技能型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，大幅度地增加新的探索型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，或?qū)⒃鹊尿?yàn)證型實(shí)驗(yàn)改為探索型實(shí)驗(yàn)。例如，以前在做“Huffman樹(shù)及Huffman編碼”實(shí)驗(yàn)時(shí)，從算法的理解、算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程以及可能的輸出結(jié)果等都由教師詳細(xì)講解，學(xué)生只要在計(jì)算機(jī)上編輯并調(diào)試通過(guò)就可以了。現(xiàn)在，我們要求學(xué)生在教師上課講解相關(guān)理論知識(shí)后，自己動(dòng)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(gè)結(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)單算法，需要學(xué)生自己編寫(xiě)，同時(shí)要求學(xué)生思考有幾種不同的方法實(shí)現(xiàn)Huffman編碼算法。做完實(shí)驗(yàn)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(jì)和實(shí)現(xiàn)。由于學(xué)生須獨(dú)立地完成這一系列過(guò)程，不僅掌握了較復(fù)雜算法的驗(yàn)證及實(shí)現(xiàn)方法，還體驗(yàn)了算法設(shè)計(jì)的過(guò)程，了解了與Huffman編碼算法相關(guān)聯(lián)其它知識(shí)，更重要的是鍛煉了學(xué)生的動(dòng)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(dòng)實(shí)驗(yàn)過(guò)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(shí)指出：中國(guó)傳統(tǒng)的教學(xué)方法重演繹、推理、按部就班，所以嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真，基礎(chǔ)扎實(shí)，但缺少創(chuàng)新意識(shí)；美國(guó)的教學(xué)方法重歸納、分析、滲透、綜合，是一種“體會(huì)式”的教學(xué)方法，其效果是獨(dú)立思考能力和創(chuàng)造能力強(qiáng)，易于較快地進(jìn)入科學(xué)發(fā)展的前沿，但根基不扎實(shí)。如何讓兩種教學(xué)方法取長(zhǎng)補(bǔ)短，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維，這就要求我們對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)方法進(jìn)行一系列的改革。我們根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的指導(dǎo)思想和教學(xué)原則，考慮到培養(yǎng)計(jì)劃的要求，對(duì)每一次實(shí)驗(yàn)課都進(jìn)行精心地策劃，主要從課前預(yù)習(xí)階段、實(shí)踐體驗(yàn)階段和成果交流階段等三個(gè)階段共五個(gè)方面進(jìn)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(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮怼?shí)驗(yàn)環(huán)境的使用、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟等。教師在講課之前或講課過(guò)程中通過(guò)提問(wèn)以檢查預(yù)習(xí)的情況，經(jīng)常鼓勵(lì)學(xué)生自由發(fā)言，大家共同探討實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方案以及實(shí)驗(yàn)技術(shù)難點(diǎn)等，必要時(shí)還要介紹上機(jī)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(yàn)證算法過(guò)程中需要注意的問(wèn)題，講解如何查找相關(guān)資料，并展示歷屆學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告樣本等。通過(guò)課前預(yù)習(xí)，保證了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前有了足夠的理論儲(chǔ)備，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中思路清晰，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，其分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力也得到增強(qiáng)，也就更易于取得實(shí)驗(yàn)的成功。

2.2實(shí)踐體驗(yàn)階段

上機(jī)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程是實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵，我們一方面培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中養(yǎng)成做實(shí)驗(yàn)記錄的良好習(xí)慣，另一方面引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中積極思維。實(shí)驗(yàn)記錄是描述實(shí)驗(yàn)過(guò)程并為實(shí)驗(yàn)后提供相關(guān)感性認(rèn)識(shí)的原始資料，同時(shí)也是寫(xiě)好實(shí)驗(yàn)報(bào)告的前提，因此要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中邊操作、邊思考、邊記錄。我們認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)記錄絕不是實(shí)驗(yàn)步驟的簡(jiǎn)單拷貝，它應(yīng)包括實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中每一個(gè)步驟的調(diào)試分析、調(diào)試數(shù)據(jù)設(shè)定、程序運(yùn)行中間結(jié)果及其算法的結(jié)果描述。另外，實(shí)驗(yàn)記錄中要體現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)者的思維過(guò)程，即實(shí)驗(yàn)者是如何理解每一個(gè)實(shí)驗(yàn)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(jìn)方法等等。當(dāng)?shù)玫降膶?shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期不符時(shí)，要求學(xué)生深入思考，分析其產(chǎn)生問(wèn)題的根源，是程序設(shè)計(jì)不當(dāng)，還是上機(jī)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(yán)肅的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。學(xué)生在每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，要將實(shí)驗(yàn)記錄交給教師檢查、簽字后才能離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室。

引導(dǎo)學(xué)生積極思考，有效保證實(shí)驗(yàn)質(zhì)量。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，我們不再充當(dāng)“保姆”的角色，而是放開(kāi)學(xué)生的手腳，使他們能發(fā)揮出最大的主觀能動(dòng)性。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，教師充分運(yùn)用多媒體教學(xué)設(shè)備，生動(dòng)、詳實(shí)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(jì)與實(shí)現(xiàn)的興趣。對(duì)于實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，只是簡(jiǎn)單敘述，將大體的步驟和相關(guān)的注意事項(xiàng)粗略地寫(xiě)在黑板上，供他們參考。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中，教師融入到學(xué)生當(dāng)中，與他們進(jìn)行雙向的交流，針對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，采用提示和設(shè)疑的方法讓他們自己動(dòng)腦調(diào)試程序并糾正程序錯(cuò)誤。這使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方法以及操作過(guò)程認(rèn)識(shí)深刻而記憶牢固，很快地提高了實(shí)驗(yàn)操作技能，有效地培養(yǎng)了他們獨(dú)立思考能力。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課中有很多驗(yàn)證型的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是不可刪除的。對(duì)此，我們著手進(jìn)行一些設(shè)計(jì)，使其達(dá)到良好的教學(xué)效果。例如，在做順序表的基本運(yùn)算上機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)的輸入輸出操作步驟很重要，在不同的位置編寫(xiě)輸入輸出代碼，會(huì)直接影響程序的可讀性與正確性。于是我們?cè)趯?shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)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(shí)際操作中通過(guò)不斷摸索總結(jié)得出。又如，在做循環(huán)隊(duì)列的基本運(yùn)算上機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生通過(guò)課前預(yù)習(xí)和教師講解，得知循環(huán)隊(duì)列用順序結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)，并且采用留空閑單元的方法處理邊界條件問(wèn)題。但這種算法在實(shí)現(xiàn)時(shí)受到初始化空間大小的限制，而且會(huì)導(dǎo)致操作預(yù)留空間而使隊(duì)列越界的情況，因而，我們引導(dǎo)學(xué)生是否可以從改變隊(duì)列的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和邊界條件處理方法著手解決問(wèn)題。很多學(xué)生通過(guò)認(rèn)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(jìn)循環(huán)隊(duì)列算法的可行性。通過(guò)這種啟發(fā)式、研討式的教學(xué)方法，真正把驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)變成了探究性實(shí)驗(yàn)，充分調(diào)動(dòng)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(shí)驗(yàn)報(bào)告，另一方面引導(dǎo)學(xué)生廣泛閱讀，開(kāi)闊視野。實(shí)驗(yàn)報(bào)告是對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的總結(jié)，要求學(xué)生能從實(shí)驗(yàn)的方法、原理、操作步驟、實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)和結(jié)果等方面進(jìn)行分析，掌握其中的基本實(shí)驗(yàn)方法。過(guò)去，學(xué)生寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，大段地摘抄實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)上的實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)步驟，再附上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或結(jié)果便完成了。這種機(jī)械式的實(shí)驗(yàn)報(bào)告對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的能力幾乎沒(méi)有絲毫的幫助，也不利于教師對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的掌握，無(wú)法公平地評(píng)定學(xué)生的成績(jī)，往往是文字抄得多，字跡整潔就可得高分。如今我們要求實(shí)驗(yàn)報(bào)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(shí)驗(yàn)記錄(可以重新整理，但原件必須附上)；第二，實(shí)驗(yàn)中的異常情況分析、實(shí)驗(yàn)方法的重新設(shè)計(jì)或改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)總結(jié)等；第三，完成實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)上的思考題，完成課外閱讀任務(wù)。這樣做，強(qiáng)調(diào)了對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果的討論，有利于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。另外，由于考評(píng)體系的改變，使學(xué)生不再盲目追求實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，轉(zhuǎn)為追求解決問(wèn)題的方法和過(guò)程，實(shí)驗(yàn)過(guò)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(huà)題。

我們?cè)跀?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，除了傳授基本方法和基本技能的同時(shí)，還注重積極引導(dǎo)學(xué)生了解新方法、新技術(shù)，拓寬知識(shí)面，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣和熱情。例如，我們?cè)诮榻B內(nèi)存空間分配問(wèn)題時(shí)，要求學(xué)生課外查閱有關(guān)“微機(jī)原理”方面的知識(shí)；在講解排序算法時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生課后收集并整理各種排序方法，進(jìn)行綜合比較等等。學(xué)生在查閱相關(guān)資料后，需要寫(xiě)一段200~300字的小結(jié)，作為實(shí)驗(yàn)報(bào)告的一部分交給教師查閱。為了不給學(xué)生帶來(lái)更多的負(fù)擔(dān)，我們只要求他們對(duì)相關(guān)知識(shí)有大致的了解，不必詳細(xì)論述和探討，但學(xué)生對(duì)此還是表現(xiàn)出了極大的熱情。

3完善考核體系：體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)考核的規(guī)范性

關(guān)于實(shí)驗(yàn)成績(jī)的考核，由于過(guò)去過(guò)分依賴(lài)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的優(yōu)劣，導(dǎo)致學(xué)生不注重實(shí)驗(yàn)過(guò)程，片面追求實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的篇幅和整潔程度，嚴(yán)重制約了對(duì)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(guò)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(shí)記憶性的內(nèi)容，還要包括能力內(nèi)容和實(shí)踐內(nèi)容；考核方式應(yīng)從有利于教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成、有利于調(diào)動(dòng)師生參與、有利于課程管理的目的出發(fā)，采取教師評(píng)分與學(xué)生的自評(píng)、互評(píng)相結(jié)合，對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的評(píng)分與對(duì)學(xué)生的口頭報(bào)告、實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)和結(jié)果展示的評(píng)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(guò)各種有效的考核形式，指導(dǎo)和幫助學(xué)生在平時(shí)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中培養(yǎng)擴(kuò)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(kāi)放性個(gè)性及創(chuàng)新精神的養(yǎng)成。

在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中，我們主要綜合考慮學(xué)生的實(shí)驗(yàn)態(tài)度、基本方法和技能的掌握程度，考核學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中獨(dú)立思考的能力和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力等，從多方面評(píng)定實(shí)驗(yàn)成績(jī)。各項(xiàng)所占比例如下：

改革后的實(shí)驗(yàn)課考核方法，既調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高了他們對(duì)實(shí)驗(yàn)課的重視程度，又保證了成績(jī)?cè)u(píng)定的客觀性和公正性，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。

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作者簡(jiǎn)介：龔紅仿(1968-)，男，碩士，副教授，主要從事計(jì)算機(jī)教學(xué)與研究工作。

基金項(xiàng)目：長(zhǎng)沙理工大學(xué)教改項(xiàng)目資助(編號(hào)：JG0630)。