張新顏 盧向華

摘要：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計算機及其相關(guān)專業(yè)的核心專業(yè)課，是整個專業(yè)知識體系的理論基石。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程既講授軟件設(shè)計中常用的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)及相應(yīng)算法等知識，又培養(yǎng)學(xué)生高效解決復(fù)雜問題的程序設(shè)計能力。在學(xué)校建設(shè)應(yīng)用型本科“示范?！钡谋尘跋?，針對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)情況與問題，為適應(yīng)社會對應(yīng)用型人才需求，積極進行了教學(xué)方法與教學(xué)手段的改革，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);教學(xué)方法;教學(xué)改革;網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺;實踐教學(xué)

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）17-0176-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Practice of Data Structure Teaching Reform in Application Oriented Universities

ZHANG Xin-yan， LU Xiang-hua

（Luoyang Institute of Science and Technology， Luoyang 471023，China）

Abstract： Data structure is the core professional course of computer and related majors， and the theoretical foundation of the whole professional knowledge system. The course of data structure should not only teach the common knowledge of logic structure， storage structure and corresponding algorithm in software design， but also cultivate students' programming ability to solve complex problems efficiently. Under the background of building application-oriented undergraduate "model school"， aiming at the teaching situation and problems of data structure course， in order to meet the social demand for applied talents， the reform of teaching methods and teaching means has been carried out actively， and good teaching effect has been achieved.

Key words： data structure; teaching method; teaching reform; network teaching platform; practice teaching

1 引言

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計算機理論體系的重要基石，是計算機及相關(guān)專業(yè)的核心課程[1]。本科院校數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程通常開設(shè)在第二學(xué)年，前序課程是C語言程序設(shè)計或Java程序設(shè)計。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程對第一學(xué)年學(xué)習(xí)的軟件技術(shù)進行總結(jié)與提高，為后續(xù)專業(yè)課程提供基礎(chǔ)，它承上啟下、貫通始終，是計算機科學(xué)與技術(shù)人才素質(zhì)框架中的脊梁骨，對學(xué)生能力培養(yǎng)至關(guān)重要[1]。

洛陽理工學(xué)院自2016年被確立為河南省示范性應(yīng)用技術(shù)本科院校以來，積極探索創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，推動教學(xué)改革[2]。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為計算機學(xué)院的軟件工程專業(yè)、計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)、大數(shù)據(jù)專業(yè)的核心必修課程，積極開展教學(xué)改革探索，提高教學(xué)質(zhì)量，為滿足社會對具有專業(yè)能力、創(chuàng)新能力的軟件人才需求做出貢獻。

2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)中面臨的問題

2.1 課程特點

2.1.1 課程內(nèi)容多課時較少

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程不僅講授數(shù)據(jù)信息在計算機中的組織和表示方法，同時也訓(xùn)練學(xué)生高效地解決復(fù)雜問題程序設(shè)計的能力。課程系統(tǒng)地介紹了軟件設(shè)計中常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的算法，系統(tǒng)地介紹了常用的查找和排序技術(shù)，并對各種結(jié)構(gòu)和技術(shù)進行分析比較，內(nèi)容非常豐富[1]。隨著學(xué)校為適應(yīng)應(yīng)用型本科大學(xué)的要求進行的計算機類專業(yè)的培養(yǎng)方案調(diào)整，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的課時由原來的88學(xué)時壓縮到72學(xué)時，包含16個實驗學(xué)時。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容主要包括線性表、棧和隊列、串、數(shù)組和廣義表、樹和二叉樹、圖、查找和排序，課程內(nèi)容豐富。因此，要在有限的課時內(nèi)將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的知識點講授完并使學(xué)生理解掌握，同時具備相應(yīng)的實踐能力，需要進行有效的教學(xué)改革。

2.1.2 課程內(nèi)容抽象難懂

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是在學(xué)生有一定程序設(shè)計基礎(chǔ)上講授的，是對實際問題中的數(shù)據(jù)對象進行分析，將數(shù)據(jù)邏輯關(guān)系抽象化對應(yīng)得到常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程研究這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如何在計算機中存儲表示，不僅要存儲數(shù)據(jù)對象中數(shù)據(jù)元素自身的信息，還要將數(shù)據(jù)元素之間的邏輯關(guān)系映像到在計算機存儲器中。在此基礎(chǔ)之上研究不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系在不同存儲結(jié)構(gòu)下的常見算法。數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)系是抽象化的，計算機的存儲結(jié)構(gòu)也是看不見摸不到，算法步驟是用類C語言描述的，整體內(nèi)容抽象，學(xué)生常因在學(xué)習(xí)中遇到困難而漸漸失去興趣。

2.1.3 課程實踐性強

計算機及其相關(guān)專業(yè)的課程通常都具有很強的實踐性，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也不例外。這門課程是對實際問題中的數(shù)據(jù)關(guān)系概括總結(jié)為幾種類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有相應(yīng)的存儲方案和常見算法設(shè)計。要求學(xué)生能進行抽象化思維，能夠根據(jù)實際問題對照所學(xué)知識合理地選擇數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并設(shè)計算法。這不僅要求學(xué)生能夠理解抽象化的數(shù)據(jù)關(guān)系模型，還要能將抽象化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)靈活運用轉(zhuǎn)化為具體的數(shù)據(jù)類型并將算法實現(xiàn)為能運行的程序。學(xué)生必須經(jīng)過大量的實踐，在實踐中體會構(gòu)造性思維，提高軟件設(shè)計水平[1]。

2.2 學(xué)生情況

2.2.1 程序設(shè)計基礎(chǔ)一般

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的前序課程是C語言程序設(shè)計，學(xué)生對于C語言中基本數(shù)據(jù)類型、順序、選擇、循環(huán)結(jié)構(gòu)、數(shù)組等知識點掌握相對較好，但是對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中最常用到的函數(shù)、指針、結(jié)構(gòu)體等較難的知識普遍掌握一般，多數(shù)學(xué)生能夠了解或理解這些知識點，但不能熟練運用這些知識進行程序設(shè)計。這些知識在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程各章節(jié)內(nèi)容幾乎都有涉及，對于理解和掌握課程中各類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其算法至關(guān)重要。由于多數(shù)學(xué)生對這些必備知識掌握情況不好，在學(xué)習(xí)中無法深刻理解算法中的存儲結(jié)構(gòu)及算法思路，使得小問題漸漸變成大問題，久而久之，學(xué)生便失去興趣。

2.2.2 學(xué)生需求不同

作為應(yīng)用型本科院校，我校學(xué)生畢業(yè)后主要有兩個方向，一個是從事跟專業(yè)相關(guān)的工作，一個是繼續(xù)攻讀研究生。隨著近年來考研人數(shù)不斷攀升，學(xué)生對課程的需求也變得多元化。因此，在課程教學(xué)中既要兼顧工作中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程知識的需要，也要注重課程的理論知識提升，滿足學(xué)生考研的知識需求。

3 課程教學(xué)改革措施

針對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的特點及學(xué)生情況，以耿國華主編的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)—用C語言描述（第2版）》為教材，從教學(xué)方法、教學(xué)手段等方面提出了多種課程教學(xué)改革措施。

3.1 明確學(xué)習(xí)目標(biāo) 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動力

很多學(xué)生在學(xué)習(xí)一門課程時不知道課程知識的用處，學(xué)習(xí)時顯得很盲目，也沒有積極性。在課程第一節(jié)課，首先明確3個問題：什么數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)？數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)研究什么？學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有什么用？尤其是第三個問題，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在軟件開發(fā)中是理論基礎(chǔ)，根據(jù)麥可思對近5年計算機專業(yè)畢業(yè)生的調(diào)查，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是從事軟件行業(yè)最重要的核心課程之一。另外，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計算機類研究生考試必考科目之一，是進一步學(xué)習(xí)研究的必備知識。通過幫助學(xué)生對未來發(fā)展進行規(guī)劃，明確目標(biāo)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的動力。

3.2 做好課程銜接 調(diào)整課程內(nèi)容

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容從第2章線性表開始一直到最后一章排序，自始至終都涉及C語言程序設(shè)計課程中的數(shù)組、函數(shù)、指針等知識點，然而學(xué)生對這些對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的必備知識準(zhǔn)備不足。為此，在課程開課前的假期，要求學(xué)生預(yù)先復(fù)習(xí)數(shù)組、函數(shù)、指針、結(jié)構(gòu)體等重點難點內(nèi)容，并在開課前一周組織學(xué)生進行相關(guān)知識測驗，一方面迫使學(xué)生為了通過測驗進行復(fù)習(xí)，一方面通過測驗了解學(xué)生對這些知識的掌握情況。課程初始階段，有意識地將相關(guān)知識穿插到課程內(nèi)容中講解，使學(xué)生在學(xué)習(xí)之初弄懂抽象的知識內(nèi)容，幫助學(xué)生樹立學(xué)好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的信心。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程學(xué)時少，內(nèi)容多。為了更好地突出課程核心知識，對課程內(nèi)容做了優(yōu)化調(diào)整，把線性表、棧和隊列、二叉樹、圖、查找和排序作為重點講授，串一章內(nèi)容相對簡單，由學(xué)生自學(xué)，其他章節(jié)適當(dāng)壓縮課時，這樣保證課程中的重點難點知識有充分的課時講授。同時，在實際授課中，根據(jù)學(xué)生的掌握情況及時調(diào)整分配各知識點的課時，保證教學(xué)效果。

3.3 教學(xué)方法改革

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程各章節(jié)內(nèi)容各有特點，單一的教學(xué)方法不利于知識的傳授，針對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程不同章節(jié)知識的特點選擇不同教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。

3.3.1 案例教學(xué)法

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程知識抽象枯燥，在講授知識點時以具體案例為切入點，將抽象的知識用案例的形式表現(xiàn)出來，使學(xué)生對課程內(nèi)容有感性的、具體的認識。采用案例教學(xué)法，使課程內(nèi)容更貼近實際生活，學(xué)生沒有畏難情緒。案例通常具有趣味性、啟發(fā)性，能激發(fā)學(xué)生的興趣[3]，引導(dǎo)學(xué)生分析、探究、討論，達到良好的教學(xué)效果。

案例教學(xué)法在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程講授中非常普遍地應(yīng)用，例如在講授第一章緒論中的算法分析，以數(shù)組逆置的兩種算法為例，一種算法利用一個輔助數(shù)組實現(xiàn)逆置，另一種算法直接把原數(shù)組對稱位置元素進行交換實現(xiàn)逆置，通過這個案例兩種算法分析進行對比使學(xué)生迅速理解了算法的高效率和低存儲量。又如在介紹3種常見邏輯結(jié)構(gòu)：線性結(jié)構(gòu)、樹形結(jié)構(gòu)、圖狀結(jié)構(gòu)時，分別用學(xué)生成績表、學(xué)校組織層次結(jié)構(gòu)圖和交通圖做例子，學(xué)生理解了三種結(jié)構(gòu)的一對一、一對多和多對多的特點。在對隊列講解時，以醫(yī)院排隊掛號為例，在鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)進存儲隊列基礎(chǔ)上，講解利用隊列的入隊、出隊算法實現(xiàn)病人掛號、醫(yī)生叫號的功能實現(xiàn)。通過案例的講解，學(xué)生輕松地掌握了相關(guān)知識點。

總之，案例教學(xué)法是老師和學(xué)生喜聞樂見的教學(xué)形式，它貼近生活易于被學(xué)生接受，教師在講授中能將復(fù)雜問題簡單化、枯燥知識趣味化，通過案例教學(xué)法的運用，消除了學(xué)生的畏難情緒，幫助學(xué)生更好地理解和掌握課程知識點并將其靈活運用到實際問題中。

3.3.2 啟發(fā)式教學(xué)法

啟發(fā)式教學(xué)法通過在教學(xué)中適當(dāng)設(shè)置問題，引導(dǎo)學(xué)生主動思考，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性[3]。例如，二叉樹的順序存儲是利用完全二叉樹的性質(zhì)用數(shù)組下標(biāo)對應(yīng)樹中結(jié)點編號映像結(jié)點間的關(guān)系，對此提出兩個問題：能否將一個順序表視為一個完全二叉樹呢？基于順序表的查找和排序能否在樹表中進行呢？啟發(fā)學(xué)生反向思維得出結(jié)論。又如在講完哈夫曼樹及其應(yīng)用一節(jié)內(nèi)容后，讓學(xué)生重新思考在C程序中曾經(jīng)設(shè)計過的程序：給定一個百分制成績判定屬于哪個等級，若一個班學(xué)生的五種等級的成績分布為：優(yōu)、良、中、及格、不及格的人數(shù)比例分別是10%、30%、40%、15%、5%。提出問題：該程序能否進行優(yōu)化？學(xué)生經(jīng)過思考紛紛將成績分布的比例作為權(quán)值構(gòu)建成績判定的哈夫曼樹。通過啟發(fā)式的教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)知識點現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)了學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

3.4 利用網(wǎng)絡(luò)平臺

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和手機的普及，學(xué)校開通了學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，課程積極建設(shè)相關(guān)資源，為學(xué)生提供了多元化、個性化的學(xué)習(xí)途徑?；趯W(xué)習(xí)通平臺，課程初步完成了課件、課程視頻、作業(yè)庫等資源。利用學(xué)習(xí)通平臺，學(xué)生可以在課下根據(jù)自身情況對課程內(nèi)容進行預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。由于課程內(nèi)容多課時緊，部分基礎(chǔ)較差的同學(xué)無法跟隨課堂授課節(jié)奏，學(xué)習(xí)通上的教學(xué)視頻可以反復(fù)觀看，幫助這些學(xué)生及時消化課程內(nèi)容。另外，在授課中適時利用學(xué)習(xí)通平臺的手機端點名簽到，開展課程內(nèi)容討論、提問搶答、隨堂測驗等活動，提高了課堂效率，增加了課堂互動環(huán)節(jié)，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，教學(xué)效果良好。

此外，學(xué)習(xí)通平臺及時記錄學(xué)生參與各種教學(xué)活動的情況，例如學(xué)生觀看視頻時長、出勤率、作業(yè)完成情況、隨堂測驗成績、回答問題得分情況等。學(xué)生通過平臺可以看到自己的各項教學(xué)活動中的表現(xiàn)和成績，及時發(fā)現(xiàn)自身問題進行修正。教師通過平臺可以查看班級各項統(tǒng)計數(shù)據(jù)，快速掌握學(xué)生學(xué)情，及時調(diào)整課程進度或內(nèi)容，也可以查看學(xué)生個人具體學(xué)情，有針對性地進行輔導(dǎo)。

3.5 加強實踐教學(xué)

作為河南省示范性應(yīng)用技術(shù)本科院校，更注重學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)以滿足社會對專業(yè)人才的需求[4]。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是實踐性很強的課程，技能培養(yǎng)的重要性不亞于知識的傳授，學(xué)生不僅要理解授課內(nèi)容，還應(yīng)具有運用知識解決復(fù)雜問題的能力，形成良好的算法設(shè)計思想、方法技術(shù)與風(fēng)格。因此，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，僅從書本上學(xué)習(xí)是不夠的，必須經(jīng)過大量的實踐，在實踐中體會構(gòu)造性思維方法，提升分析問題、解決問題的能力。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)置了16個學(xué)時的實驗課，實驗內(nèi)容根據(jù)應(yīng)用型本科計算機專業(yè)的培養(yǎng)方案進行了優(yōu)化調(diào)整。課程設(shè)置了6個驗證性實驗，涉及線性表、棧和隊列、二叉樹、圖、查找的核心知識。課程設(shè)置1個設(shè)計性綜合實驗：宿舍管理系統(tǒng)，這個實驗提供了4個學(xué)時，讓學(xué)生綜合運用所學(xué)知識來解決實際問題。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計實踐環(huán)節(jié)對課程設(shè)計題目進行了調(diào)整，增加了倉庫管理系統(tǒng)、運動會分數(shù)統(tǒng)計、飛機訂票系統(tǒng)、校園導(dǎo)游問題、活期儲蓄賬目管理、教學(xué)計劃編制問題、家譜管理系統(tǒng)等與生活更貼近的題目，讓學(xué)生在解決實際問題的過程中強化程序抽象能力和數(shù)據(jù)抽象能力。

4 總結(jié)

在學(xué)校建設(shè)示范性應(yīng)用技術(shù)本科院校、培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才的背景下，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為計算機類的專業(yè)核心課程，基于課程特點、學(xué)生情況，針對課程教學(xué)中的問題，積極地分析和研究，采用多種教學(xué)方法，實施了多種教學(xué)改革措施，加強了實踐教學(xué)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、專業(yè)水平和創(chuàng)新能力，取得了良好的教學(xué)效果。

參考文獻：

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【通聯(lián)編輯：王力】