文章編號(hào)：1672-5913(2008)10-0145-02

摘要：本文介紹了我院針對(duì)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的特點(diǎn)和教學(xué)中存在的難點(diǎn)，對(duì)該課程的教材內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)實(shí)踐等方面進(jìn)行的全方位改革。

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

中圖分類(lèi)號(hào)：G64

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

當(dāng)前“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的教學(xué)存在以下問(wèn)題：(1) 教學(xué)內(nèi)容跟不上計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，教材都沒(méi)有從理論、抽象和設(shè)計(jì)三種形態(tài)的高度來(lái)組織教學(xué)內(nèi)容，理論性強(qiáng)，實(shí)踐性弱。(2) 教學(xué)方法單一，不能讓學(xué)生要掌握本學(xué)科系統(tǒng)分析、解決問(wèn)題的基本科學(xué)方法。(3) 教學(xué)手段的落后，PPT講稿只是簡(jiǎn)單地將教材內(nèi)容翻成電子講稿，教學(xué)效果還不如黑板加粉筆的教學(xué)手段。(4) 教學(xué)實(shí)踐設(shè)置側(cè)重于單一知識(shí)點(diǎn)的訓(xùn)練，與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)。

針對(duì)以上所存在的問(wèn)題，課程組對(duì)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)實(shí)踐等方面進(jìn)行了全方位改革，激發(fā)了學(xué)生的積極性，提高了教學(xué)效果。

1教學(xué)內(nèi)容的改革

針對(duì)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的教學(xué)內(nèi)容具有多和雜的特點(diǎn)，本項(xiàng)目考慮把知識(shí)單元的概念推廣引入到課程的內(nèi)容組織中，并以知識(shí)單元為基點(diǎn)分階段組織實(shí)施教學(xué)。知識(shí)單元就是由若干專(zhuān)題組成的知識(shí)模塊，它的引入易于增加教學(xué)的靈活性，同時(shí)可以降低教學(xué)難度。知識(shí)單元易于擴(kuò)展，也易于有機(jī)而適度地引入和補(bǔ)充新概念和新理論，也易于加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，有利于學(xué)生專(zhuān)業(yè)素質(zhì)的提高和能力的培養(yǎng)。

根據(jù)基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)目標(biāo)，我們可以把“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)為:(1) 預(yù)備知識(shí)單元；(2) 線性結(jié)構(gòu)單元；(3) 樹(shù)形結(jié)構(gòu)單元；(4) 圖結(jié)構(gòu)單元。另外，再設(shè)計(jì)一個(gè)知識(shí)綜合應(yīng)用單元。這些知識(shí)單元教學(xué)過(guò)程的組織，依據(jù)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的系統(tǒng)科學(xué)分類(lèi)原則，按照三個(gè)系統(tǒng)層次：一對(duì)一(即線性結(jié)構(gòu))、一對(duì)多(即樹(shù)形結(jié)構(gòu))、多對(duì)多(即圖結(jié)構(gòu))的方式呈由易到難的梯度逐步展開(kāi)。預(yù)備知識(shí)單元內(nèi)容主要包括: 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的原則；問(wèn)題、算法、程序；算法的效率等基本概念。線性結(jié)構(gòu)單元內(nèi)容主要包括：線性表、棧和隊(duì)列這三個(gè)基本模型，以及一個(gè)線性表的特例——字符串。樹(shù)形結(jié)構(gòu)單元內(nèi)容主要包括樹(shù)模型、二叉樹(shù)模型以及這些模型的典型用例。圖結(jié)構(gòu)單元內(nèi)容主要包括圖模型以及圖模型的典型用例。綜合應(yīng)用單元的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)主要側(cè)重于具體應(yīng)用中的模型選擇及其性能比較和分析，能夠增加知識(shí)面的廣度和知識(shí)點(diǎn)的深度。這部分可以根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合再設(shè)計(jì)為五個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子單元：動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)管理、排序、檢索、文件和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)基礎(chǔ)的抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型的概念以及相應(yīng)的知識(shí)架構(gòu)。

2教學(xué)方法的改革

課題考慮把整個(gè)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的教學(xué)劃分為兩個(gè)階段。第一階段為課堂教學(xué)階段，強(qiáng)調(diào)對(duì)書(shū)本理論知識(shí)的理解和掌握；第二階段為課程設(shè)計(jì)階段，強(qiáng)調(diào)利用所學(xué)到的知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力的鍛煉和培養(yǎng)。

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課堂教學(xué)階段的主要任務(wù)是使學(xué)生掌握大量的系統(tǒng)的理論知識(shí)，要達(dá)到這一目的，我們?cè)谶@一教學(xué)階段采用奧蘇泊爾有意義的接受式學(xué)習(xí)方法。有意義的接受式學(xué)習(xí)是指學(xué)生以主動(dòng)性、積極性的思考為核心的一種理解性學(xué)習(xí)，其特點(diǎn)是學(xué)生身與心、認(rèn)知與情感、邏輯思維與直覺(jué)等的和諧統(tǒng)一以及在學(xué)習(xí)過(guò)程中的投入。

為了實(shí)現(xiàn)有意義的接受式學(xué)習(xí)，我們?cè)谶x擇和安排教學(xué)材料時(shí)，充分考慮學(xué)習(xí)材料的邏輯意義及聯(lián)系，并盡可能與學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的有關(guān)知識(shí)相聯(lián)系。這樣新知識(shí)既可以在學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中獲得心理意義，又可以使學(xué)生原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)吸收新知識(shí)而得到改造和重新建構(gòu)。在講授新知識(shí)前，先給學(xué)生提供涵蓋面較廣、概括水平高的引導(dǎo)性材料，即“先行組織者”。如在準(zhǔn)備棧、隊(duì)列等教學(xué)內(nèi)容時(shí)，收集一些學(xué)生熟悉的實(shí)際生活中的現(xiàn)象、事例， 在講授時(shí)深入淺出地把這些現(xiàn)象、事例和書(shū)本中的知識(shí)和理論聯(lián)系起來(lái)，從而使學(xué)生對(duì)深?yuàn)W的理論概念有個(gè)清晰的理解。另一方面，利用教師所掌握的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)向?qū)W生講清楚所學(xué)習(xí)內(nèi)容的潛在意義(如二叉樹(shù)、圖以及各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在后續(xù)課程以及在實(shí)際工程中的應(yīng)用等)，提高學(xué)生有意義的學(xué)習(xí)意向和學(xué)習(xí)興趣。并盡可能通過(guò)多種途徑提高和改進(jìn)學(xué)生的原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)，最終使學(xué)生能積極主動(dòng)地使這種具有潛在意義的新知識(shí)與其認(rèn)知結(jié)構(gòu)中有關(guān)的舊知識(shí)發(fā)生相互作用，使舊知識(shí)得到改造，新知識(shí)獲得實(shí)際意義。

通過(guò)第一階段有意義的接受式學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)所講授的基本理論、基礎(chǔ)知識(shí)有了較好的理解和掌握，就開(kāi)始教學(xué)的第二個(gè)階段，即課程設(shè)計(jì)階段。在這個(gè)階段，我們采用布魯納的發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)理論來(lái)指導(dǎo)整個(gè)課程設(shè)計(jì)的全過(guò)程?！鞍l(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)”的模式就是：教師不是把知識(shí)直接呈現(xiàn)在學(xué)生面前，而是讓學(xué)生自己通過(guò)一系列的主動(dòng)的認(rèn)知和發(fā)現(xiàn)行為去發(fā)現(xiàn)并獲得所需要掌握的學(xué)習(xí)內(nèi)容，通過(guò)自己主動(dòng)的探索和尋找獲得知識(shí)的答案，按照自己的學(xué)習(xí)方式去學(xué)習(xí)，然后便同接受式學(xué)習(xí)一樣，把發(fā)現(xiàn)的內(nèi)容加以?xún)?nèi)化，以便以后在一定場(chǎng)合下予以運(yùn)用。在“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程設(shè)計(jì)中，首先由教師創(chuàng)設(shè)一些學(xué)生感興趣的、有實(shí)際應(yīng)用背景的課程設(shè)計(jì)情境，使學(xué)生在這種情境中產(chǎn)生矛盾，從而進(jìn)行積極、主動(dòng)的思考，提出要解決的問(wèn)題和設(shè)想，讓學(xué)生充分發(fā)揮自己的能力進(jìn)行研究和探索、自主地提出設(shè)計(jì)方案、獨(dú)立地進(jìn)行編碼，最終解決問(wèn)題并得出自己的結(jié)論。教師的主要任務(wù)是采用啟發(fā)式教學(xué)方法培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)態(tài)度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)積極性，并為學(xué)生發(fā)現(xiàn)知識(shí)創(chuàng)造條件和提供幫助。相對(duì)于前一階段的接受式學(xué)習(xí)，這一階段教學(xué)過(guò)程并非讓學(xué)生“接受學(xué)習(xí)”，而是由學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容，并自己找到解決問(wèn)題的辦法和途徑，因而更加注重學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過(guò)程和學(xué)習(xí)方法的學(xué)習(xí)，這些也正是素質(zhì)教育所強(qiáng)調(diào)和注重的。

3教學(xué)手段的改革

多媒體教學(xué)不應(yīng)該只是簡(jiǎn)單地將教材內(nèi)容翻譯成電子講稿，教師應(yīng)當(dāng)充分利用這些教學(xué)手段更新所帶來(lái)的便利和視聽(tīng)效果以?xún)?yōu)化傳統(tǒng)的課堂教學(xué)過(guò)程，增強(qiáng)教學(xué)效果和效率。那些在傳統(tǒng)教學(xué)中用語(yǔ)言和板書(shū)難以表達(dá)(如復(fù)雜的圖形、繁瑣但無(wú)需推導(dǎo)的公式)、學(xué)生難以理解的抽象內(nèi)容和復(fù)雜的變化過(guò)程(如用靜止的流程圖難以描述的動(dòng)態(tài)過(guò)程等)，考慮采用CAI以通過(guò)模擬、人機(jī)交互手段很好地解決，并且可以?xún)?yōu)化過(guò)程和授課時(shí)間，使得課程的教學(xué)質(zhì)量達(dá)到一個(gè)新的境界。

例如，在講解利用堆棧和隊(duì)列解決迷宮問(wèn)題時(shí)，采用了多媒體教學(xué)手段，學(xué)生能夠直觀得看到迷宮中路線的變化，特別是在回朔時(shí)的變化，能夠加深對(duì)問(wèn)題的理解。尤其是通過(guò)CAI課件，教學(xué)可以個(gè)性化，而且可以使教學(xué)內(nèi)容變得更形象、直觀、生動(dòng)和有趣，從而取得更好的教學(xué)效果。我們正在將已有的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課件不斷地改進(jìn)升級(jí)，并應(yīng)用到課程教學(xué)中，同時(shí)我們正在網(wǎng)站中開(kāi)辟專(zhuān)門(mén)的網(wǎng)頁(yè)和提供教師的Email地址，開(kāi)展網(wǎng)上討論和網(wǎng)上答疑。

應(yīng)該指出，不能為了形象、直觀和生動(dòng)而削弱通過(guò)形式化數(shù)學(xué)方法進(jìn)行邏輯推理抽象思維的教學(xué)，否則就會(huì)使課程淪落為著名計(jì)算學(xué)科專(zhuān)家Dijkstra所批評(píng)的幼稚化。而且，雖然CAI在教學(xué)環(huán)節(jié)上程度不同的發(fā)揮了作用，但不能完全取代教師在教學(xué)過(guò)程中的重要作用，應(yīng)把它與本課程的課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等有機(jī)結(jié)合，才能發(fā)揮最佳效益。

4教學(xué)實(shí)踐的改革

實(shí)踐不僅要求學(xué)生實(shí)現(xiàn)每一章所講述的基本算法，同時(shí)在學(xué)期末應(yīng)要求學(xué)生完成兩道綜合實(shí)踐題。

對(duì)于單一知識(shí)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)題的設(shè)計(jì)，我們遵循由淺入深、循序漸進(jìn)的原則，設(shè)計(jì)十道題，包括線性表操作、鏈表操作、串操作、棧操作、隊(duì)列操作、樹(shù)操作、圖操作、查找、排序和文件操作。我們考慮設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)題來(lái)源于現(xiàn)實(shí)社會(huì)的實(shí)例，例如醫(yī)院排隊(duì)掛號(hào)看病的問(wèn)題對(duì)應(yīng)于隊(duì)列的操作；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中文件和目錄的建立對(duì)應(yīng)于樹(shù)的操作；網(wǎng)絡(luò)路由的選擇對(duì)應(yīng)于圖的操作。這樣使學(xué)生覺(jué)得數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不再只是抽象的理論，而是一門(mén)與實(shí)際緊密聯(lián)系的課程，可激發(fā)他們學(xué)習(xí)的興趣。單一知識(shí)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)題的練習(xí)與課堂授課和學(xué)生學(xué)習(xí)是相輔相成的，是強(qiáng)化學(xué)生理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)局部知識(shí)的一種訓(xùn)練手段。

我們考慮設(shè)計(jì)的綜合實(shí)驗(yàn)題有兩道，一個(gè)是運(yùn)用排序來(lái)對(duì)學(xué)生管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，該題包含了數(shù)組、線性表、查找、排序、文件存取及系統(tǒng)資源調(diào)用等內(nèi)容；另一個(gè)是城市交通圖的設(shè)計(jì)，該題包含了圖的遍歷以及遞歸算法等知識(shí)點(diǎn)的理解和綜合應(yīng)用能力。這兩道題均覆蓋了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的大部分知識(shí)點(diǎn)，充分體現(xiàn)了靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的結(jié)合，具有較強(qiáng)的綜合性。通過(guò)對(duì)綜合實(shí)驗(yàn)題的連聯(lián)系，學(xué)生逐漸學(xué)會(huì)針對(duì)具體問(wèn)題，自己選擇合適的邏輯結(jié)構(gòu)以及有效的組織這些數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，學(xué)生的軟件設(shè)計(jì)水平也會(huì)因此得到進(jìn)一步的提高。

通過(guò)這次教學(xué)改革，能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，有效培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐能力，也促進(jìn)了教師業(yè)務(wù)素質(zhì)的提高。我們這門(mén)課程目前正在申請(qǐng)校級(jí)精品課程，也希望能夠?qū)⒈菊n程的教改經(jīng)驗(yàn)推廣到整個(gè)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)中。

參考文獻(xiàn)

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