【摘要】本文系統(tǒng)的闡述了MCAI在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)中的應(yīng)用，使學(xué)生能更好的、更直觀的領(lǐng)悟、掌握數(shù)據(jù)之間的抽象關(guān)系，并介紹教學(xué)過程中應(yīng)如何開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生能達(dá)到學(xué)以致用的效果。

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) MCAI 教學(xué)方法 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

一、引言

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。它涉及數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)外和計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示和組織，以及在相應(yīng)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)上的算法設(shè)計(jì)和算法性能分析技術(shù)，該課程具有抽象性和動(dòng)態(tài)性。如何使學(xué)生更好地掌握最常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，理解數(shù)據(jù)間內(nèi)在的邏輯關(guān)系、物理關(guān)系以及在這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上可實(shí)施的運(yùn)算和實(shí)際的執(zhí)行算法，如何培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，是這一門課程的目的和宗旨。

二、MCAI教學(xué)原則

利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行MCAI（Multimedia Computer Assisted Instruction多媒體計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)）課件輔助課程教學(xué)業(yè)已成為高等教育體制改革的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。現(xiàn)代國(guó)內(nèi)外有影響的教學(xué)模式主要有：（1）掌握學(xué)習(xí)模式（2）發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)模式（3）范例教學(xué)模式（4）最優(yōu)化教學(xué)模式，但傳統(tǒng)的教學(xué)方法和手段，制約了這些教學(xué)模式的推廣應(yīng)用，而網(wǎng)絡(luò)MCAI系統(tǒng)的建立和以可視化為特征的多媒體技術(shù)的應(yīng)用，有利于綜合這些教學(xué)模式的長(zhǎng)處。

MCAI教學(xué)有很多優(yōu)點(diǎn)：它集講課、習(xí)題課、演示算法為一體，具有生動(dòng)、形象、直觀的特點(diǎn)，所顯示的版面規(guī)范、文字精練、形式多樣，具有多重感官刺激，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生聽課的積極性，有助于學(xué)生很好地理解和掌握所學(xué)內(nèi)容。

MCAI教學(xué)在講具體的算法實(shí)現(xiàn)方面顯得特別優(yōu)越。如圖的深度遍歷算法，完成此算法需借助于棧結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。遍歷完一個(gè)結(jié)點(diǎn)，將該結(jié)點(diǎn)入棧，當(dāng)一個(gè)結(jié)點(diǎn)遍歷完后，與其鄰接的所有結(jié)點(diǎn)都已被訪問，應(yīng)如何回退去找其它未被訪問的結(jié)點(diǎn)，這時(shí)應(yīng)該從棧里彈出元素，看與這個(gè)結(jié)點(diǎn)相鄰接的結(jié)點(diǎn)是否有未被訪問的。若沒有，再?gòu)臈＠飶棾鲈兀钡接袨橹够驐榭?。在講算法前，利用動(dòng)畫演示執(zhí)行的過程，學(xué)生有了一種直觀的印象，再講算法時(shí)就不抽象、不枯燥了。

MCAI教學(xué)中需要引起注意的一點(diǎn)是教學(xué)主體沒有變。在教學(xué)過程中始終要把握好學(xué)生的主體地位，發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，避免課件的喧賓奪主。

三、MCAI教學(xué)方案設(shè)計(jì)

1.教學(xué)內(nèi)容的組織

以教學(xué)大綱為依據(jù)，從學(xué)生的實(shí)際情況出發(fā)，結(jié)合從事該課程多年教學(xué)的教師的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，分析本課程的特性。從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)的運(yùn)算三個(gè)方面去組織線性表、棧、隊(duì)列、串、數(shù)組、廣義表、樹、圖和文件等常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行精排和優(yōu)化。運(yùn)用多種教學(xué)內(nèi)容展現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行理解。在習(xí)題的選擇上必須廣度和難度兼顧，要覆蓋所學(xué)全部?jī)?nèi)容。

2．教學(xué)內(nèi)容的展現(xiàn)形式

由于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)涉及從簡(jiǎn)單的線性表到復(fù)雜的樹、圖等多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，具有一定的難度和復(fù)雜性，對(duì)算法思想的理解成為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門課程的一個(gè)重點(diǎn)，所以，如何將抽象的算法執(zhí)行過程以淺顯易懂的形式展現(xiàn)在學(xué)生面前，是決定這門課MCAI教學(xué)成敗的一個(gè)關(guān)鍵。利用程序可視化思想，首先，建立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中算法的可視化動(dòng)態(tài)執(zhí)行模型；然后，從數(shù)據(jù)的可視化和算法過程的可視化兩個(gè)角度去實(shí)現(xiàn)算法演示，力求生動(dòng)、形象，將算法執(zhí)行的動(dòng)態(tài)過程表現(xiàn)得淋漓盡致。

MCAI課件主要包括課程內(nèi)容、算法演示、在線測(cè)試、在線討論以及資源中心五部分功能。不僅可以提供交互式環(huán)境供學(xué)生學(xué)習(xí)，并能自動(dòng)根據(jù)操作過程進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)，讓學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，自己掌握學(xué)習(xí)進(jìn)度，提高學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

四、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是實(shí)踐性很強(qiáng)的一門課，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力是教學(xué)的首要目的。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是：（1）緊密配合理論教學(xué)，通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)，幫助和加深對(duì)數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、算法思想和具體實(shí)現(xiàn)等各個(gè)環(huán)節(jié)的整體理解；（2）通過實(shí)驗(yàn)可以將各門課程學(xué)到的知識(shí)融會(huì)貫通，思考與發(fā)現(xiàn)利用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)解決實(shí)際應(yīng)用問題的有效方法，從而使學(xué)生分析和解決問題的能力得到鍛煉和提高；（3）通過實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化學(xué)生“結(jié)構(gòu)——算法——編程”三者密切相關(guān)的意識(shí)。

2.實(shí)驗(yàn)選題

依據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的并考慮學(xué)生的個(gè)體差異，將實(shí)驗(yàn)設(shè)置成不同的類型：（1）必做和選做實(shí)驗(yàn)，這兩類實(shí)驗(yàn)都是結(jié)合相關(guān)課程的教學(xué)需要由授課教師設(shè)計(jì)的。前者目的在于幫助學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)研究方法，后者則在于培養(yǎng)和鼓勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、擴(kuò)大知識(shí)面以及培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識(shí)。（2）允許學(xué)生結(jié)合本人的興趣，從實(shí)際應(yīng)用中選擇有具體應(yīng)用背景的實(shí)驗(yàn)題目，充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果提交

實(shí)驗(yàn)開始之前，要安排集中上課講解；實(shí)驗(yàn)中安排教師現(xiàn)場(chǎng)輔導(dǎo)；實(shí)驗(yàn)課結(jié)束之后組織交流討論。對(duì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生單獨(dú)完成，一些綜合實(shí)驗(yàn)則分組完成。實(shí)驗(yàn)成果包括學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)的具體要求所開發(fā)的所有源程序、源程序的說明文件；撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告，包括算法的主要思想、主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法的基本實(shí)現(xiàn)、調(diào)試過程、結(jié)論及心得。

五、結(jié)束語

MCAI是一種優(yōu)秀的教學(xué)媒體，我們?cè)诮虒W(xué)過程中必須把網(wǎng)絡(luò)MCAI和教師課堂講授有機(jī)地結(jié)合起來，積極改變自己的教學(xué)方法，使講授與多媒體教學(xué)相輔相成，便于學(xué)生的理解、領(lǐng)悟以及學(xué)生分析能力的培養(yǎng)，最終達(dá)到學(xué)以致用的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳偉民.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的可視化教學(xué)研究與實(shí)踐.高等教育研究學(xué)報(bào)，1999，3(72):35-37.

[2]范惠林，趙思宏.研究性教學(xué)模式在專業(yè)課程中的應(yīng)用.現(xiàn)代教育科學(xué)，2002，(11):44-46.

[3]陳麗娟.算法執(zhí)行過程的可視化在CAI中的應(yīng)用.計(jì)算機(jī)工程，1999，25(9).

[4]嚴(yán)蔚敏.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[M].北京:清華大學(xué)出版社，1996.

(作者單位：吉林長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院）