李曼 石鋒 張少應(yīng)

摘要：按照“全面建設(shè)合格課程，重點建設(shè)學(xué)院重點課程，創(chuàng)建學(xué)院優(yōu)質(zhì)課程”的建設(shè)思路，不斷進行課程教學(xué)改革與創(chuàng)新。針對目前《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)中存在的問題，進行應(yīng)用型本科院?！稊?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)對象分析，提出了從教學(xué)內(nèi)容組織、教學(xué)方法、實驗教學(xué)和考核方法四個方面進行教學(xué)改革的方案。以陜西省第二屆微課競賽三等獎作品為例，分析數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中《棧的應(yīng)用》中的主要知識點、教學(xué)設(shè)計及授課效果。教學(xué)實踐表明：該方案的實施可取得明顯的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：微課課程;應(yīng)用型本科院校;教學(xué)改革;教學(xué)方法;雙向互動

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）03-0130-03

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、軟件工程及相關(guān)專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠針對實際問題，分析數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，設(shè)計合理的存儲結(jié)構(gòu)和算法[1]，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。學(xué)生學(xué)好該課程，對于學(xué)習(xí)其他課程、考研以及培養(yǎng)解決問題[2]的能力等至關(guān)重要。因此，該課程教學(xué)改革的研究具有非常重要的意義。

按照“全面建設(shè)合格課程，重點建設(shè)學(xué)院重點課程，創(chuàng)建學(xué)院優(yōu)質(zhì)課程”的建設(shè)思路，加強課程建設(shè)，不斷進行課程教學(xué)改革與創(chuàng)新。針對目前《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)中存在的問題，提出了從教學(xué)內(nèi)容組織、教學(xué)方法、實驗教學(xué)和考核方法四個方面進行教學(xué)改革的方案。

1《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)對象分析

1.1 教學(xué)目標(biāo)

通過《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》的學(xué)習(xí)，知道《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》這門學(xué)科的性質(zhì)、地位和獨立價值[3];理解算法在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的地位和作用;知道數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的研究范圍、研究方法、研究現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢[4];掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的理論實質(zhì)內(nèi)涵;熟練掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法實現(xiàn)的基本方法。

1.2 教學(xué)對象分析

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》的教學(xué)對象是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、軟件工程專業(yè)的本科二年級學(xué)生，此類學(xué)生在學(xué)習(xí)《高級語言程序設(shè)計》課程的基礎(chǔ)上，再學(xué)習(xí)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程，就具有比較堅實的理論基礎(chǔ)[5]，具備用C語言開發(fā)應(yīng)用程序的能力，能夠更加深刻的理解和領(lǐng)會《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》中算法的實現(xiàn)思想和實現(xiàn)過程。

課程開設(shè)前，組織學(xué)生召開教學(xué)聯(lián)系會，通過和學(xué)生面對面的交流，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對基本語法、基本概念掌握情況，如單個知識點掌握較好，但綜合應(yīng)用能力較弱，動手能力有待提高。

在學(xué)習(xí)、研究《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程標(biāo)準(zhǔn)以及本課程現(xiàn)在所用教材的基礎(chǔ)上，對教學(xué)內(nèi)容進行精心設(shè)計，在教學(xué)實施過程中注意采用靈活多樣的教學(xué)形式，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中養(yǎng)成積極思考的習(xí)慣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，最大限度發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生的探究意識和科學(xué)精神。

2《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》的教學(xué)組織與微課舉例

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》是一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。貫穿《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》的命脈是存儲結(jié)構(gòu)和算法描述[6]，而描述又是圍繞線性結(jié)構(gòu)和非線性結(jié)構(gòu)進行的。每個章節(jié)之間既相互獨立，又相互聯(lián)系。教學(xué)中，如果能抓住主線，理清其內(nèi)在聯(lián)系，對整個內(nèi)容進行有機整合、合理安排，必將起到事半功倍的效果。

本課程制作SPOC平臺，通過課程建設(shè)將課程視頻、課件、大綱、評論、問答、輔助教學(xué)資源等上傳至平臺，學(xué)生可通過賬號進行學(xué)習(xí)。根據(jù)課程內(nèi)容，召開相關(guān)見面會、團隊成員一起進行微課的設(shè)計，包括字幕配音稿，音樂，素材，相關(guān)圖片，拍攝模式（外景拍攝模式+扣像模式+背景虛化模式）等構(gòu)成。本課程每周4課時，共64課時，錄制視頻時每個知識點大概10-15分鐘，至少錄全部章節(jié)的一半章節(jié)內(nèi)容。

2.1 線性結(jié)構(gòu)

線性結(jié)構(gòu)包括線性表、棧和隊列、串、數(shù)組和廣義表。其中，線性表是最基本、最簡單的一種線性結(jié)構(gòu)（7J，掌握了它的原理及操作方法之后，對于棧、隊列和數(shù)組的教學(xué)就非常容易。因此，應(yīng)該將線性表作為教學(xué)的重點，并以它為主線帶動其他章節(jié)的教學(xué)。在教學(xué)中，要重點分析其本質(zhì)，并講清其內(nèi)在的區(qū)別和聯(lián)系。

以陜西省第二屆微課競賽三等獎作品為例，分析數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中《棧的應(yīng)用》等主要知識點授課。棧是限定在表的一端進行插入和刪除操作的線性表，特點是“后進先出”。本微課用一個實際問題引入教學(xué)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。采用PPT、flash動畫和算法演示系統(tǒng)輔助教學(xué)，采用“問題鏈?zhǔn)健钡榷喾N教學(xué)法相結(jié)合，層層遞進地與學(xué)生雙向互動，依次解決了以下幾個方面的問題：

1）棧的出棧序列如何求解？

2）中綴表達式求值如何通過堆棧來實現(xiàn)？

3）后綴表達式求值如何通過堆棧來實現(xiàn)？

最后用所學(xué)知識成功解決了開篇提出的問題，為課程的學(xué)習(xí)畫上了一個圓滿的句號。通過本微課的學(xué)習(xí)，達到以下教學(xué)目的：

1）學(xué)生了解棧的定義和特點。

2）學(xué)生掌握用堆棧進行中綴表達式求值的實現(xiàn)方法和算法思想。

3）學(xué)生掌握用堆棧進行后綴表達式求值的實現(xiàn)方法和基本步驟。

重點內(nèi)容是棧的特點和棧的應(yīng)用。難點是中綴表達式求值和后綴表達式求值。

2.2 樹形非線性結(jié)構(gòu)

非線性結(jié)構(gòu)包括樹和圖。主要涉及樹和圖的各種算法、知識要點以及在工程中的應(yīng)用。其遍歷算法的本質(zhì)是將一個非線性結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為線性結(jié)構(gòu)。

樹的重點是二叉樹，主要介紹二叉樹的概念、存儲、算法，樹的遍歷及線性化。重點要講清楚平衡二叉樹、排序二叉樹、滿二叉樹、完全二叉樹及最優(yōu)二叉樹的概念，以及它們之間的關(guān)系，進而使學(xué)生對二叉樹有一個全面、清晰的理解。

2.3 圖形非線性結(jié)構(gòu)

圖這一部分要以存儲結(jié)構(gòu)鄰接矩陣、鄰接表、十字鏈表的教學(xué)為重點，對每種存儲結(jié)構(gòu)，分析其利弊關(guān)系。圖的應(yīng)用如最小生成樹算法、最短路徑算法、關(guān)鍵路徑算法等也是這部分教學(xué)的關(guān)鍵，學(xué)生往往難以理解和接受。這就要求教師詳細分析其算法的思想，以及其來龍去脈。在學(xué)生有困難的情況下，教師可以提供給學(xué)生算法的源程序，并讓學(xué)生上機實踐。

排序和查找也是以線性結(jié)構(gòu)和非線性結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。如查找過程和排序過程都可描述為二叉樹，因此，這部分內(nèi)容應(yīng)把講授的重點放在介紹其思想和方法上。

3《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》的教學(xué)方法與微課教學(xué)設(shè)計舉例

3.1 教學(xué)方法

根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點，一般采用“問題鏈?zhǔn)健苯虒W(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)、研討式及案例式教學(xué)等多種教學(xué)方式。

針對《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程層次性，邏輯性很強的特點，老師主要采用“問題鏈?zhǔn)健苯虒W(xué)法，并通過flash動畫演示、課堂討論、“啟發(fā)式”教學(xué)等多種教學(xué)方法和手段，進行課堂教學(xué)。學(xué)生主要通過討論、提問等方式進行學(xué)習(xí)。

“問題鏈?zhǔn)健苯虒W(xué)法的一般模式是首先通過引入，提出問題，然后解決問題，再提出問題，解決問題等等，以此類推，環(huán)環(huán)相扣，形成一個問題鏈?！皢栴}鏈?zhǔn)健苯虒W(xué)法，其本質(zhì)是以“問題”貫穿整個教學(xué)過程，以實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生思維能力，激發(fā)創(chuàng)新潛能。

針對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)內(nèi)容抽象、不容易理解、算法復(fù)雜等特點，進行實驗教學(xué)方面的改革。采用算法演示系統(tǒng)與C語言環(huán)境相結(jié)合的方式進行教學(xué)。算法演示系統(tǒng)可以動態(tài)地演示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法執(zhí)行過程，使得抽象問題具體化，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。注意教學(xué)方法的靈活性，組織學(xué)生進行問題教學(xué)、閱讀指導(dǎo)、研討、師生互動等，尤其是通過觀看演示模式，使復(fù)雜的理論知識形象化，具體化，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。提供給學(xué)生一些思考題，然后組織學(xué)生討論，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力和探究意識。

在教學(xué)媒體使用方面，重點研究多媒體等現(xiàn)代化教學(xué)媒體的應(yīng)用，充分發(fā)揮其在教學(xué)中的形象、直觀等優(yōu)勢[8]，以利于提高教學(xué)效果。在多媒體課件的制作中，突出本課程教學(xué)過程中重點、難點的演示，對一些抽象的內(nèi)容以動畫的形式展示，幫助學(xué)生理解學(xué)習(xí)。

3.2 微課教學(xué)設(shè)計

下面以10-15分鐘的微課課程《棧的應(yīng)用》為例，如表1所示，進行微課教學(xué)設(shè)計。

4 課程教學(xué)改革

4.1 微課教學(xué)改革效果

在學(xué)習(xí)、研究《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程標(biāo)準(zhǔn)以及本課程現(xiàn)在所用教材的基礎(chǔ)上，對教學(xué)內(nèi)容進行精心設(shè)計，在教學(xué)實施過程中注意采用靈活多樣的教學(xué)形式，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中養(yǎng)成積極思考的習(xí)慣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，最大限度發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生的探究意識和科學(xué)精神。

采用微課的授課方式、“問題鏈?zhǔn)健苯虒W(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)、研討式及案例式教學(xué)等多種教學(xué)方式相結(jié)合的方式的教學(xué)，效果良好，作者所講授《棧的應(yīng)用》作品獲得陜西省第二屆高校教師微課教學(xué)比賽三等獎。

1）變“被動學(xué)習(xí)”為“主動學(xué)習(xí)”，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維。

2）使學(xué)生從感性認識上升到理性認識，使教材內(nèi)容化難為易，化抽象為具體，達到掌握知識的教學(xué)目的。

4.2 課程教學(xué)模式改革

教學(xué)模式一般可以分為集體授課和個別學(xué)習(xí)兩種，目前教研室所承擔(dān)課程的主要教學(xué)模式是集體授課方式，充分調(diào)動“教”和學(xué)生“學(xué)”兩個方面的積極性，讓學(xué)生始終主動參與教育教學(xué)過程。其中教學(xué)班是主要的教學(xué)組織，班級授課制是目前教學(xué)的主要組織形式。在教室合班或單班上課均可，建議每周安排2次課，即4學(xué)時。針對某些期班的特殊情況，可以采取個別學(xué)習(xí)的方式。

4.3 實驗教學(xué)改革

實驗課教學(xué)，在軟件工程驗室進行，確保單人單機，建議理論課開始20學(xué)時后，安排每周1次實驗課，即2學(xué)時。教學(xué)中加強實驗室教學(xué)這一環(huán)節(jié)，實驗內(nèi)容結(jié)合DOS、Windows操作系統(tǒng)平臺，包括線形表的實現(xiàn)、棧的表示與實現(xiàn)、二叉樹的先序遍歷、二叉樹的后序遍歷以及二分法查找的實現(xiàn)等不同深度。讓學(xué)生動手操作、編制模式、上機調(diào)試。對每個實驗，均要求學(xué)生完成實驗報告。

學(xué)生業(yè)余學(xué)習(xí)場所應(yīng)有校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)資源，以便學(xué)生充分利用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源進行課程內(nèi)容溫習(xí)，為學(xué)生充分發(fā)揮學(xué)習(xí)潛力創(chuàng)造較大的空間和提供良好的平臺。

4.4 考核方式改革

1）考核目的

這門課程的考核目的是評價學(xué)生對《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的理解與掌握程度，通過分析算法、上機實驗等實踐環(huán)節(jié)，檢測學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，使學(xué)生具有較強的算法收集、分析、編寫能力;能夠在學(xué)習(xí)、研究過程中發(fā)現(xiàn)問題，并能夠運用所學(xué)知識去分析解釋，有一定的獨立思考、分析概括和創(chuàng)新能力。

2）考核方法

這門課程一門考試課，一般應(yīng)安排在課程末或期末進行，采用筆試考試（80%）和實驗考核（20%）相結(jié)合的形式進行。筆試考試時間為120分鐘，實驗考核成績以實驗報告和上機完成情況給定。

5 結(jié)束語

由于《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》是計算機專業(yè)的骨干、核心課程，也是大多數(shù)學(xué)校研究生入學(xué)考試的必考課程，因此，對于該課程的教學(xué)，不僅要從理論上進行探討，還要從內(nèi)容組織、教學(xué)方法等方面進行研究。

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、軟件工程及相關(guān)專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課。也是大多數(shù)學(xué)校研究生入學(xué)考試的必考課程。結(jié)合陜西省獲獎作品《棧的應(yīng)用》，我們提出了從教學(xué)內(nèi)容組織、教學(xué)方法、實驗教學(xué)和考核方法四個方面進行微課及教學(xué)改革的方案，并在教學(xué)中進行了實施。選用較為適宜的教學(xué)方法和比較科學(xué)、先進的教學(xué)手段，有利于培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新精神;構(gòu)建“自學(xué)指導(dǎo)，課外訓(xùn)練、實踐實驗技能訓(xùn)練”三大課外自主學(xué)習(xí)體系建設(shè)，建立網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源庫，教學(xué)效果良好。

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