软件工程专业《数据结构实践》课程教学探讨

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    摘要：数据结构是计算机相关专业的一门专业核心课程，数据结构实践教学是其必要的组成部分。针对该课程在教学实践过程存在的一些问题和困难，课题组对实践教学的内容、教学方法进行不断的探索和尝试，以更好的发挥实践教学在学生能力培养中的作用

    关键词：数据结构；实践教学；层次设计

    中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）11-0075-02

    数据结构主要研究数据的各种逻辑结构，存储和组织方式，以及相应算法的性能分析等。本课程在计算机相关专业课程教学体系中，具有举足轻重的地位。这门课程的学习不仅能提高学生的程序设计能力，培养学生的编程技巧，而且为后续课程（如：算法设计与分析、数据库和操作系统等）打下良好的理论和实践基础。数据结构实践作为安徽师范大学数学计算机学院软件工程专业的一门独立的专业实践课程，一方面使学生加深对《数据结构》理论的理解，另一方面培养学生利用理论知识进行实践设计的能力，从而提高学生的学习能力。

    1 数据结构实践教学中存在的问题

    由于数据结构本身概念较为抽象，算法也较难以理解和掌握。因此，在长期的教学过程实践中，通过课题组连续2年对我校209名软件工程专业同学进行跟踪调查问卷发现，数据结构实践课程存在这样一些问题和困难。总结如下：

    1.1 基础编程语言较为薄弱

    我校主要选择C语言作为数据结构实验和实践的工作平台。但课题组调查发现，仅有近30%的学生能够掌握和较为熟练运用C语言进行程序设计。进一步的跟踪调查发现，大部分学生对C语言的困惑主要体现在：1）对一些抽象概念的理解。例如，对指针相关的概念的理解，特别是当指针与数组、函数关联在一起时，学生犹如雾里看花，很难把握。2）动手编程能力。课题组调查发现有近47%的学生编写代码的总量少于1000行；有近41%的学生能够理解理论知识，但编程遇到困难，只有不到20%的学生能够理解理论知识，并能够熟练编程实现。

    1.2 实践内容繁多， 学生灵活运用知识能力不足

    数据结构课程知识点繁多，而且理论概念较为抽象。教师在教学过程中基本采用每个知识点进行独立的讲解和分析的教学方式，这种方式最大的优势是能够重点强调和解析所要讲解的知识点，但带来的弊端是学生很难从整体上把各个分散的知识点进行融会贯通，灵活运用于对具体问题的解决。调查发现有近60%的学生认为教师讲解过程过分强调理论的讲解，而缺乏对具体的例子进行特定问题特定分析。同样，调查也发现近60%的学生更期望采用自顶向下的教学方法，即针对特定的问题，对问题进行相应的分解，分析和讲解其中利用到的知识点，从而最终解决特定的问题。也有88%的学生期望能够定期讲解经典算法设计的案例。

    1.3 缺乏对学生兴趣的培养

    心理学研究表明，兴趣既能够改善学习的过程，也能改进学习的效果，导致质与量更优越的学习。Schiefele等人（1992）的研究结果也表明，兴趣和成就之间有接近30%的相关性。数据结构是一门非常抽象的课程，而实践过程又是枯燥、费时费神的工作，没有浓厚的学习兴趣是很难坚持和深入学习的，也很难体会到学习过程带来的乐趣和成功带来的愉悦。课题组跟踪调查发现，在学习该课程的前后，对该课程很感兴趣或感兴趣的学生的比例下降了近27%。

    1.4 缺乏必要的师生互动

    教学不仅是一个教与学的过程，更是一个教学互动的过程。即是师生之间进行交流，探讨和不同思想碰撞的过程。因此，教学，一方面包含着教师的教和学生的学，同时也包含着学生的反馈和教师的学习的过程，更重要的是也包含着学生的质疑，教师的理性的说服甚至争辩。师生之间的互动是教学中重要的环节，也是必要的过程。然而，在实际的教学中，教师依然采用填鸭式教学，只管知识的传授，而忽略了与学生的互动。而学生也不愿或者不会主动与教师进行交流、讨论甚至争辩。调查发现，绝大部分学生由于各种原因很少或者不愿参与各种讨论和互动，即使学生当遇到问题时，也只有不到10%的学生会向老师请教讨论，仅有20%学生和同学进行讨论，有近60%的学生会通过其它方式（如互联网）来解决问题。这一方面反映学生会利用先进的信息技术来解决自己的问题，同时也反映出师生间互动的缺乏。

    2 数据结构实践教学的探讨

    针对实践教学过程出现的问题和困难，课题组对数据结构实践的教学内容和教学方法进行了深入的探索和不断的改进，从而形成了一套较为完整的教学体系。

    2.1 强化实践教学，明确教学目标和内容

    为强化实践教学，数据结构实践已经被作为安徽师范大学软件工程专业的一门独立课程开设。该课程具有统一的教学大纲，教学计划和课程设计大纲，每周安排4个学时，共计68个总学时实践教学。对该课程也设定了固定的课题组，其核心人员由2位具有副教授以上职称人员构成，并配备一定数量的助教人员。这些为实现课程的教学目标和任务提供了必要的保证。

    数据结构课程包含的内容众多，教学任务繁重，但各个教学内容和任务间并非孤立。因此，课题组的首要任务是教师自己要精通并让学生能从整体上把握整个课程的体系，明确课程研究的目的和内容。具体而言就是：数据结构课程主要研究内容是各种数据的逻辑结构、存储结构，以及建立在这些结构的算法及其性能分析，其主要学习目标对这些内容的掌握和理解。因此，在教学实践过程中，一方面要把握“一条主干，四种逻辑结构，两种存储表示”这样一条主线。即一条主干就是数据及其结构表示和存储，四种结构就是集合、线性结构、树形结构和图结构，两种存储就是顺序存储和链式存储。另一方面，要理解四种逻辑结构的区别和联系，以及两种存储结构的各自优势及不足。

    2.2 加强教学环节设计，注重运用知识能力的培养

    数据结构实践课程，既要稳固和加强对理论知识的理解，又要培养学生的实践设计能力，从而培养学生灵活运用知识的能力。因此，在实践过程中，课题组采用层次设计的思想进行教学实践。具体而言就是：对每个知识点，课题组要求学生进行验证性的设计练习，从而达到加深对理论知识理解的目的；对每种逻辑结构，课题组都构造出一套设计性的试题，让学生自己动手进行实践设计，培养学生灵活运用多种知识进行实践设计的能力；最后，课题组设计出一套综合的设计试题，让学生利用学到的理论知识，进行综合性的设计和实践，从而培养了学生综合利用各种知识解决具体问题的能力。

    2.3 加强对学生学习兴趣的培养，培育良好的师生关系

    心理学研究表明，良好的评价和反馈能够激发学生学习的兴趣。为了激发和培养学生的学习兴趣，课题组一方面对每个实践到的知识点进行总结概括，让学生能够知其然并知其所以然。另一方面，对每个学生的实践设计的内容，进行认真的评阅，给出相应的反馈和评价，并对实践的内容给出具体的讨论和分析，激发学生学习的潜在动力和兴趣。另外，在实践过程中，课题组会有意识鼓励学生自己动手设计和实践一些课题，而不仅仅实现和模仿书本的内容。这一方面可以培养学生的自主学习和设计能力，同时也可以让学生感受到学习的乐趣和成功的喜悦。

    良好的师生互动，能够培育出良好的师生关系，也有助于学习兴趣的培养。课题组跟调查发现仅有不到20%学生是因为基础不好无法交流而不愿参与教学互动，有超过80%的学生是由于信心不足或者没有参与讨论的习惯而不愿参与教学互动。因此，在教学设计过程中，课题组采用引导和鼓励的方式，让学生积极参与各种讨论和互动中。具体而言就是：对与设计类和综合类试题，课题组首先采用小组的方式（学生自由组合，每小组原则上不超过3人）进行实践活动，鼓励小组成员间进行交流互动。进一步，定期选择优秀的实践设计进行公开讨论，让其小组成员汇报自己工作，课题组和其它小组进行相应的评价和反馈，从而鼓励小组间进行交流互动。这种教学方式既增加了师生间，学生间的互动，同时也培养了学生团队合作精神，更激发了学生主动学习的积极性。.

    2.4 加强基础语言的学习，培养程序编写能力

    C作为数据结构课程的工作语言，对数据结构的实践教学具有非常重要的作用。为了使学生能够掌握和熟练的运用该编程语言，课题组首先要求C语言课程的授课教师要加强对C语言的内容讲解和训练，特别是与数据结构课程联系比较紧密的知识点（如指针及相关的概念）要进行精讲精练。同时，课题组对数据结构中相应的知识点涉及到的C语言知识，会进一步进行讲解和分析，确保相应的实践能够顺利进行。

    3 结束语

    数据结构是计算机相关专业的一门非常重要的核心基础课程。针对该课程在教学实践过程中出现的问题和困难，课题组对教学内容，教学方法进行了新的探索和尝试，取得了很好的教学效果，加强了学生灵活运用各种知识的能力，激发了学生学习的信心和兴趣，同时调动了学生积极参与各种的讨论和互动积极性，培育了学生团队合作的精神。但课题组也非常清楚的知道对于该课程的教学探索还远未结束，课题组将一如既往的关注在教学过程中出现的新问题和新困难，并进行不断的探索和尝试，从而使数据结构的实践教学达到一个新的高度。

    参考文献：

    [1] 严蔚敏，吴伟民. 数据结构（C 语言版）[M]. 北京：清华大学出版社，2001.

    [2] 陈红梅， 肖清， 王丽珍，等. 数据结构实验课程教学方法探索[J].当代教育理论与实践， 2015（4）：66-68.

    [3] 王涛春， 罗永龙， 左开中. 基于在线评测的数据结构实践教学探讨[J].计算机教育， 2010（10）：88-91.