王云

（南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院，江蘇 泰州225300）

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程是計(jì)算機(jī)類及相關(guān)專業(yè)的核心課程，在計(jì)算機(jī)學(xué)科的教學(xué)中占據(jù)重要的地位，各高校都十分重視該門課程的教學(xué)工作。但高校由于辦學(xué)性質(zhì)及人才培養(yǎng)定位的不同，對(duì)于“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”這門課程最終的培養(yǎng)要求及培養(yǎng)目標(biāo)顯然定位也不能完全相同。對(duì)于研究型高校，筆者認(rèn)為應(yīng)著重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，深入研究數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)的算法，重在對(duì)算法的思考與改進(jìn)，輔之以經(jīng)典算法的實(shí)現(xiàn)；而對(duì)于非研究型高校，尤其針對(duì)應(yīng)用型本科高校，筆者認(rèn)為更多的是理解原有的經(jīng)典數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法，進(jìn)而在理解的基礎(chǔ)上運(yùn)用一門編程語言完整無誤地實(shí)現(xiàn)編程才是最重要的，因此如何有效開展該門課程的教學(xué)工作，切實(shí)提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力及提升學(xué)生的編程思維，值得每一個(gè)應(yīng)用型高校計(jì)算機(jī)相關(guān)教師的思考與探索?；谏鲜霰尘?，本文結(jié)合筆者“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)改革的實(shí)踐，就該門課程的教學(xué)現(xiàn)狀、教改思路等方面進(jìn)行了一些探討。

1 課程教學(xué)現(xiàn)狀與面臨的問題

1.1 重理論，輕實(shí)踐

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程整體難度較大，知識(shí)點(diǎn)較為抽象，尤其是樹及圖等章節(jié)的內(nèi)容，與數(shù)學(xué)聯(lián)系較為緊密，對(duì)學(xué)生的邏輯思維要求較高，這就決定了對(duì)該門課程的教學(xué)需要著重加強(qiáng)學(xué)生上機(jī)實(shí)踐環(huán)節(jié)，只有通過不斷地上機(jī)演練和總結(jié)思考，才能在實(shí)踐中逐步理解掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的各知識(shí)點(diǎn)具體含義。而經(jīng)過調(diào)查，發(fā)現(xiàn)大部分應(yīng)用型高校教師在進(jìn)行該門課程教學(xué)時(shí)，基本上都是以理論教學(xué)為主[1]，課程的實(shí)踐學(xué)時(shí)普遍較少，大部分高校在實(shí)際的教學(xué)中，都是單純地在理論課教室授課，可能由于授課時(shí)間有限，或者部分教師自己對(duì)算法的理解與實(shí)現(xiàn)也不是很到位，這就造成了很多教師只是被動(dòng)地將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的相關(guān)算法通過PPT展示，然后對(duì)照著代碼很粗略地講解，很少能將代碼通過現(xiàn)場(chǎng)編程等方式，具體告知學(xué)生算法的基本原理及實(shí)現(xiàn)的過程，從而造成學(xué)生也只能被動(dòng)地聽，很少有時(shí)間或者有精力去思考算法的具體實(shí)現(xiàn)過程，這樣就無形中導(dǎo)致學(xué)生面對(duì)大量抽象的知識(shí)點(diǎn)一知半解，從而不能靈活應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識(shí)解決實(shí)際的編程問題，課程教學(xué)效果大大折扣，也不利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，教學(xué)效果與應(yīng)用型高校實(shí)際的人才培養(yǎng)定位是相違背的。

1.2 教材選取問題

經(jīng)過調(diào)研及查閱文獻(xiàn)可知，目前大部分應(yīng)用型本科高?；旧隙歼x用C語言版本進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述，也有部分院校選用C++版本描述[2]，但無論是C語言還是C++語言描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，筆者認(rèn)為都不是很適合。采用C語言描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，編程思維繁雜且缺少面向?qū)ο笏季S，如C語言中的指針雖然編程較為靈活，但具體編程時(shí)，學(xué)生不易掌握且會(huì)濫用，同時(shí)在描述相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)使用的數(shù)據(jù)類型也較為抽象，也不利于學(xué)生的理解，久而久之造成學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)這門課產(chǎn)生了較大的畏難情緒。同時(shí)上機(jī)操作時(shí)，單純用C語言去描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)算法的具體實(shí)現(xiàn)過程，也絕非是件容易的事。教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，大部分同學(xué)都不能將程序從頭寫到尾，即完整地將一個(gè)算法描述出來，往往都需要教師將程序的大部分內(nèi)容預(yù)先給出，只留出一些空讓學(xué)生去填寫，這樣編程教學(xué)效果其實(shí)是打折扣的；而C++語言描述雖然具備面向?qū)ο笏季S，但語言的應(yīng)用前景不是很寬廣且語言自身的編程難度也很大，比如C++中的多重繼承機(jī)制、不能自動(dòng)進(jìn)行垃圾回收，也會(huì)讓學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒，導(dǎo)致學(xué)習(xí)的效果也得不到保障。

1.3 課程內(nèi)容設(shè)置不合理

研究型高校以培養(yǎng)學(xué)術(shù)型人才為目標(biāo)，因此對(duì)于“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的教學(xué)，往往理論挖得很深，注重知識(shí)的廣度與深度，課程內(nèi)容講究面面俱到[3]，如應(yīng)用型高校在介紹樹的相關(guān)內(nèi)容時(shí)，一般只會(huì)介紹樹及二叉樹的基本內(nèi)容，而研究型高校除了介紹常規(guī)樹所對(duì)應(yīng)的基本知識(shí)外，還會(huì)著重介紹B+、B-樹等內(nèi)容。同時(shí)在具體授課時(shí)，除了讓學(xué)生理解算法并實(shí)現(xiàn)算法外，教師往往還會(huì)額外布置學(xué)習(xí)任務(wù)，如通過閱讀論文、查閱文獻(xiàn)、舉辦專題講座等形式，進(jìn)一步加深、拓展學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識(shí)的理解與運(yùn)用。而應(yīng)用型高校以培養(yǎng)實(shí)踐技能型人才為目標(biāo)，這就要求不能照搬研究型高校的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，而應(yīng)挖掘適合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。但筆者發(fā)現(xiàn)，大部分應(yīng)用型高校對(duì)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的教學(xué)內(nèi)容與研究型高?；緹o差別，也是注重對(duì)抽象知識(shí)點(diǎn)的深挖，而較少啟發(fā)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編程的思考。課程內(nèi)容側(cè)重講解各類型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特性及存儲(chǔ)，而對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所對(duì)應(yīng)的算法要求偏低[4]。

1.4 缺乏工程性教育理念

目前，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程基本上較少融入工程性教育理念，較多地是單純講解知識(shí)點(diǎn)，這樣就不能很好地把握課程的工程化建設(shè)方向和重點(diǎn)[5]。有些院校即使引入相關(guān)工程化元素，也只是點(diǎn)到為止，未構(gòu)建工程化認(rèn)證體系；未提出“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的工程化建設(shè)目標(biāo)[6]；未嚴(yán)格按照工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)要求，統(tǒng)籌安排，提前部署，進(jìn)一步推進(jìn)以“學(xué)生中心、成果導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”教育教學(xué)理念的落實(shí)；未堅(jiān)持以工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)為導(dǎo)向開展課程建設(shè)，突出課程特色。從而造成培養(yǎng)的學(xué)生較難進(jìn)入工程化行業(yè)就業(yè)，職業(yè)能力有較大欠缺，也不符合現(xiàn)在國家倡導(dǎo)的新工科教育理念。

2 課程教改思路

2.1 選用Java語言描述

筆者在實(shí)際的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)中，選用Java語言描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。Java語言是優(yōu)秀的面向?qū)ο缶幊陶Z言。該語言應(yīng)用范圍廣泛，是市場(chǎng)編程的主流語言之一。使用Java語言描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，編程思路清晰且靈活，如只需使用泛型類即可描述復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而使得程序的通用性、復(fù)用性大大提高，而且學(xué)生一般也具備Java的編程基礎(chǔ)，利于學(xué)生學(xué)習(xí)掌握。筆者在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，只要啟發(fā)學(xué)生好好思考，并鼓勵(lì)他們勇于嘗試，大部分學(xué)生都能將程序完整地寫出來，這樣不僅讓學(xué)生切實(shí)掌握了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)算法的精髓，也讓學(xué)生的學(xué)習(xí)信心和學(xué)習(xí)熱情得以較大程度的提升，學(xué)習(xí)效果還是非常不錯(cuò)的；再比如Java語言摒棄了多重繼承機(jī)制，并具備垃圾自動(dòng)回收機(jī)制，降低了學(xué)生編程的復(fù)雜性；同時(shí)Java語言提供了豐富的系統(tǒng)類和接口，如使用Java集合類就可以很方便地描述和操作鏈表，使得學(xué)生容易上手，并對(duì)描述復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法樹立信心，而不必糾結(jié)于如何去描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或者分散學(xué)生的編程精力，使得學(xué)生可以從繁雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述中解放出來，只要關(guān)注算法的核心實(shí)現(xiàn)思想即可，學(xué)生實(shí)際的編程效果得到保證。

2.2 側(cè)重實(shí)踐環(huán)節(jié)

筆者目前對(duì)于該門課程的教學(xué)全程在機(jī)房中進(jìn)行，同時(shí)課程的實(shí)踐學(xué)分比例占比在60%左右，改變了以往以理論為主的教學(xué)模式。實(shí)際教學(xué)中，通過PPT并輔之以其他教學(xué)軟件，先向?qū)W生初步講解各數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及存儲(chǔ)方法；然后重點(diǎn)以實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)代碼演示來講解分析數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的各操作及算法，演示過程中，會(huì)著重啟發(fā)學(xué)生的思考，如教師先給出部分代碼，讓學(xué)生思考后，再由學(xué)生完成后續(xù)代碼，再比如教師先用順序存儲(chǔ)完成代碼的編寫，然后要求學(xué)生再使用鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)去完成同樣的算法；最后一定會(huì)留有充足的時(shí)間，讓學(xué)生實(shí)際演練并給與及時(shí)的指導(dǎo)。同時(shí)對(duì)于學(xué)習(xí)有余力的同學(xué)，會(huì)留有難度較高的習(xí)題讓他們思考并完成，針對(duì)有意向參與編程競(jìng)賽的同學(xué)，也會(huì)融入編程競(jìng)賽的真題，并著重介紹編程競(jìng)賽中常用的算法，讓學(xué)生學(xué)完這門課后，能從容參與各項(xiàng)編程競(jìng)賽中；在上課過程中，針對(duì)學(xué)生普遍存在的共性問題，教師及時(shí)加以講評(píng)，絕不把問題留在下節(jié)課，也絕不讓問題擠壓，充分保證了當(dāng)天的學(xué)習(xí)效果。教學(xué)實(shí)踐證明，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性有了顯著提高，學(xué)生運(yùn)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)解決實(shí)際編程需求的能力也得以增強(qiáng)。

2.3 教學(xué)內(nèi)容的選取

針對(duì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的特點(diǎn)及學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱等現(xiàn)實(shí)因素，筆者在實(shí)際的教學(xué)中，摒棄了一些實(shí)踐性不是很強(qiáng)的教學(xué)內(nèi)容，如B+、B-樹、廣義表、堆排序等內(nèi)容，上述內(nèi)容一方面在實(shí)際的編程中應(yīng)用范圍不是很廣，另一方面后續(xù)課程如算法分析與設(shè)計(jì)也會(huì)涉及到上述內(nèi)容，這樣就能給學(xué)生充足的時(shí)間和精力去消化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中最基礎(chǔ)最核心的內(nèi)容，在一定程度上避免了貪多嚼不爛的情形，筆者認(rèn)為這種取舍對(duì)于應(yīng)用型高校來說還是合理的。教學(xué)中筆者保留實(shí)際編程中應(yīng)用范圍最廣的知識(shí)點(diǎn)，如線性結(jié)構(gòu)中的線性表、棧、隊(duì)列、非線性結(jié)構(gòu)中的二叉樹、圖以及基本的排序及查找等。這樣既可以減輕學(xué)生的負(fù)擔(dān)，又可以讓學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)中切實(shí)掌握基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識(shí)點(diǎn)，達(dá)到夠用、會(huì)用即可。同時(shí)在實(shí)際的教學(xué)中，針對(duì)應(yīng)用型高校學(xué)生的特點(diǎn)，不過多闡述相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的推理過程，如介紹二叉樹的特性時(shí)，只給出二叉樹的特點(diǎn)，只讓學(xué)生記住這些性質(zhì)即可，一般較少涉及具體二叉樹性質(zhì)的證明與推導(dǎo)過程，這樣也能無形中能減少學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力，而學(xué)生的學(xué)習(xí)效果并不會(huì)受到什么影響。

2.4 創(chuàng)新改革教學(xué)方式

為了進(jìn)一步提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，筆者在實(shí)際的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)中，結(jié)合學(xué)校打造金課、一流課程等契機(jī)，充分利用智慧教學(xué)手段，改進(jìn)傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式，不斷創(chuàng)新改革教學(xué)方式與教學(xué)方法，如探索線上線下混合式教學(xué)模式，合理分配課程線上線下的內(nèi)容與學(xué)時(shí)，尤其是在課程內(nèi)容分配時(shí)，絕非簡單地利用章節(jié)來分配，而是根據(jù)具體的教學(xué)要求、教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行模塊化分配，如對(duì)于線性表的講解，筆者將其順序存儲(chǔ)部分內(nèi)容置于線上教學(xué)環(huán)節(jié)中，讓學(xué)生通過視頻、課堂測(cè)驗(yàn)、討論等環(huán)節(jié)加以學(xué)習(xí)，而線性表的鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)部分則置于線下教學(xué)環(huán)節(jié)，在學(xué)生具備數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)思想的基礎(chǔ)上，進(jìn)行類比學(xué)習(xí)，啟發(fā)學(xué)生對(duì)2種存儲(chǔ)類型的思考。教學(xué)中還積極利用中國大學(xué)MOOC平臺(tái)、慕課堂等多種教學(xué)手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的全程化監(jiān)督管理。如實(shí)際教學(xué)中，通過慕課堂發(fā)布課堂測(cè)驗(yàn)，要求學(xué)生在課堂上現(xiàn)場(chǎng)完成，完成后自動(dòng)實(shí)現(xiàn)打分功能，并將每次慕課堂測(cè)試的考核嚴(yán)格納入最終成績的評(píng)定中；再比如，完成一個(gè)章節(jié)的教學(xué)后，就會(huì)及時(shí)通過MOOC平臺(tái)發(fā)布章節(jié)測(cè)驗(yàn)，要求學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成，同時(shí)為了激勵(lì)學(xué)生，共設(shè)置有2次作答的機(jī)會(huì)，如果第一次完成得不是很理想，可以申請(qǐng)進(jìn)行第二次作答，取較高的分?jǐn)?shù)進(jìn)行記錄；同時(shí)中國大學(xué)MOOC平臺(tái)還提供了話題討論等功能，教師可以就重要的知識(shí)點(diǎn)設(shè)置相關(guān)話題，讓每個(gè)學(xué)生都參與討論，學(xué)生在討論的過程中，取長補(bǔ)短。實(shí)踐表明，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情及學(xué)習(xí)效果有了很大的提高，尤其是課后作業(yè)環(huán)節(jié)，學(xué)生自主完成度及完成質(zhì)量較改革前傳統(tǒng)的教學(xué)手段有了明顯提升，教學(xué)效果得以保證。圖1為一學(xué)期課程教學(xué)的慕課堂線下課堂數(shù)據(jù)，圖2為線上課堂數(shù)據(jù)。

圖1 線下課堂數(shù)據(jù)

圖2 線上課堂數(shù)據(jù)

2.5 融入OBE工程化教育理念

針對(duì)傳統(tǒng)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)中存在著缺乏工程化教育理念的問題，筆者也在積極探索“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的工程化建設(shè)問題。嚴(yán)格按照工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)要求，統(tǒng)籌安排，提前部署，進(jìn)一步推進(jìn)“學(xué)生中心、成果導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”教育教學(xué)理念的落實(shí)，堅(jiān)持以工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)為導(dǎo)向開展課程建設(shè)。遵循OBE教育理念，開展基于成果導(dǎo)向的育人模式創(chuàng)新與實(shí)踐研究，解決教育教學(xué)改革與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中的重點(diǎn)問題和難點(diǎn)問題。針對(duì)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的工程性特點(diǎn)，與合作企業(yè)共同研討符合工程化的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)大綱，同時(shí)利用專業(yè)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)資源，依托行業(yè)學(xué)院，構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)工程化提供堅(jiān)實(shí)的保障。筆者在實(shí)際的教學(xué)中還創(chuàng)新了“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的考核方式，以能力考核為導(dǎo)向，倡導(dǎo)過程化成績?cè)u(píng)價(jià)，采用答辯、大作業(yè)、項(xiàng)目演示等考核方式，凸顯對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐能力考核。

3 總結(jié)

本文在闡述應(yīng)用型本科“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)相關(guān)問題的基礎(chǔ)上，著重探討了“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的教改方向，應(yīng)用上述教學(xué)手段和方法對(duì)應(yīng)用型高校提高“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的教學(xué)質(zhì)量及提升學(xué)生的軟件編程思維具有一定的積極作用。參考文獻(xiàn)：

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