數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程新型教學(xué)方法思考與實踐

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程新型教學(xué)方法思考與實踐數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程新型教學(xué)辦法思考與實踐

文章編號：1672-5913〔2022〕07-0085-04

中圖分類號：G642

1教學(xué)中遇到的問題

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容比擬抽象，理論性較強，學(xué)習(xí)和理解這門課的時候有一定的難度，但在實際教學(xué)中遇到的最大的困難，不是“會不會〞，而是“學(xué)不學(xué)〞。很多學(xué)生在接觸數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的第一堂課時就沒有學(xué)好這門課的欲望，原因主要可以分為3種。

〔1〕因為“乏〞而沒有興趣。不足對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識的了解，不知道學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有什么用或者盲目地認為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)只是程序設(shè)計的延伸，從而沒有學(xué)習(xí)興趣。

〔2〕因為“弱〞而沒有興趣。一局部學(xué)生由于未能熟練地掌握C語言，尤其是不足對指針、數(shù)組、結(jié)構(gòu)體等內(nèi)容的理解，還沒有理解算法與代碼的區(qū)別，因此在看到滿教材的類C語言偽代碼時，便早已望而卻步。

〔3〕因為“難〞而沒有興趣。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的知識介于數(shù)學(xué)、計算機軟件、計算機硬件之間，理論性很強，內(nèi)容較抽象[1]。如果僅用單純的口頭講授、干燥的黑板板書的傳統(tǒng)授課形式，理解力不強的學(xué)生很容易產(chǎn)生畏難情緒，失去對這門課程的學(xué)習(xí)和鉆研興趣。

我們以緒論為例，針對上述3種現(xiàn)象，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣為主旨，提出：①以課程概述填補學(xué)生知識之“乏〞，輔以虛擬實驗平臺展示，使學(xué)生認清學(xué)習(xí)目標；②借助答疑，進行知識展開，使學(xué)生正確自評，避開“弱〞項，勇于探索知識；③以化抽象為具體、化繁為簡的辦法，使“難〞懂的問題變得容易理解，使學(xué)生不僅能學(xué)會，而且能學(xué)好；④以動畫演示和圖文并茂的教學(xué)方式，令課程更加生動有趣。

2教學(xué)辦法及實踐

緒論局部作為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的先鋒，必須承當(dāng)起“先聲奪人〞的任務(wù)：就是在第一堂課讓學(xué)生比擬透徹地理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的含義，從宏觀上了解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容以及它在課程體系結(jié)構(gòu)中的重要位置。針對學(xué)生畏難現(xiàn)象，教師可采用概述補“乏〞、實驗提鮮，借題發(fā)揮、識強避“弱〞，化繁為簡、變“難〞成易，圖文并茂、動畫結(jié)合等教學(xué)辦法，引導(dǎo)學(xué)生自主、自覺地完成學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和興趣。

2.1概述補“乏〞、實驗提鮮

對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程進行統(tǒng)領(lǐng)性介紹，可以使學(xué)生對整個課程內(nèi)容有宏觀上的了解，同時明確其在計算機學(xué)科中的重要地位。除了內(nèi)容的概述，緒論局部還有許多根本概念和術(shù)語的介紹，如果僅憑口頭講解和板書，就很容易產(chǎn)生呆板、沉悶的課堂氛圍。為了防止概念的干燥堆砌，教師應(yīng)盡量增加實驗展示或?qū)嵗v解。我們建立了虛擬實驗平臺，用來展示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的各種實驗，使學(xué)生對各種結(jié)構(gòu)特性一目了然，如利用虛擬實驗平臺建立的棧結(jié)構(gòu)，向?qū)W生演示數(shù)據(jù)入棧和出棧操作，如圖1所示。棧結(jié)構(gòu)是一種只允許在一端進行插入和刪除的線性結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)插入的一端為棧頂，數(shù)據(jù)的插入操作稱為入棧，具有后來居上的特點。棧結(jié)構(gòu)的出棧操作，如圖2所示，明顯具有后進先出的特點，因此棧又被稱為后進先出〔lastinfirstout，LIFO〕表。直觀的實驗結(jié)果不僅可以加深學(xué)生對知識點的記憶，還提高學(xué)生進一步探索學(xué)習(xí)的興趣。

2.2借題發(fā)揮、識強避“弱〞

教材使用類C語言作為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的描述語言，與實際運行的C語言程序是有區(qū)別的。類C語言利用了C語言的特點，而又不拘泥于C語言的細節(jié)。C語言掌握不好的學(xué)生在上機實驗《h節(jié)會有難度，但并不影響對核心算法的正確理解。如果是因為沒有學(xué)好C語言而主動放棄學(xué)好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，則更是因小失大，因此，教師在緒論局部要借助少量的核心算法進行講解，明確算法與程序之間的聯(lián)系和區(qū)別。

示例，教師在講解算法時間效率問題時，可利用冒泡排序算法進行討論。冒泡排序算法如下：

voidbubble_sort〔inta[]，intn〕

{for〔i=n-1，change=true；i>=1&&change；--i〕

{change=false；

for〔j=0；jif〔a[j]>a[j+1]〕

{a[j]a[j+1]；change=true；}

}

}

它只是借助類C語言描述冒泡排序的辦法。如果需要以程序的形式輸出結(jié)果，就要按C語言的語法要求進行修改和加工。程序代碼如下：

#include

voidBubble_Sort〔inta[]，intn〕

{inti，j，t，change；

change=1；

for〔i=n-1，change=1；i>=1&&change==1；--i〕

{change=0；

for〔j=0；jif〔a[j]>a[j+1]〕

{t=a[j+1]；

a[j+1]=a[j]；

a[j]=t；

change=1；

}

for〔i=0；iprintf〔"%d"，a[i]〕；

printf〔"＼n"〕；

}

}

intmain〔〕

{inti；

inta[8]={49，38，65，97，76，13，27，49}；

printf〔"未排序數(shù)為：＼n"〕；for〔i=0；iprintf〔"%d"，a[i]〕；

printf〔"＼n"〕；

printf〔"每次排序結(jié)果為：＼n"〕；

Bubble_Sort〔a，8〕；

return0；

}

在親歷算法改寫成程序代碼的過程中，學(xué)生可以很分明地認識到算法和程序不能等價，因此完全不必因為沒有學(xué)好C語言而對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)望而卻步，反而能夠因為學(xué)好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)而更加熟練地操作C語言。

在對有序序列進行冒泡排序的實驗比照和討論中，學(xué)生也能很容易察看到，經(jīng)過改良的算法可以在最好的情況下，即排序序列本身有序的情況下，只執(zhí)行一次循環(huán)就結(jié)束程序，在時間效率上有很大的提高，如圖3、圖4所示，由此便可理解優(yōu)化算法的意義，討論算法效率的必要性以及“時間復(fù)雜度〞的概念。這些結(jié)論不是教師填鴨式的知識灌輸，而是由學(xué)生通過實踐、察看和討論后自己總結(jié)得出的，不僅可以鍛煉學(xué)生的實踐能力，還能使學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、學(xué)習(xí)興趣和熱情大幅度提高。

2.3化繁為簡、變“難〞成易

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在很大程度上依賴于數(shù)學(xué)的根底，許多概念是以數(shù)學(xué)的方式敘述描述的，含義精準，但抽象難懂。教師在授課時，可以采用化繁為簡、化抽象為具體、用口語化語言敘述等方式，使學(xué)生對知識要點理解得更加透徹。示例，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)〞的定義為：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一個二元組

Data_Structure={D，S}

其中，D是數(shù)據(jù)元素的有限集，S是D上關(guān)系的有限集[2]。

如果把抽象的數(shù)學(xué)敘述轉(zhuǎn)化為具體的算式“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)=數(shù)據(jù)元素+元素關(guān)系〞，那么更加容易被學(xué)生理解。最常見的數(shù)據(jù)《Y構(gòu)莫過于學(xué)生在初中、高中就接觸過的方程式，它就是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，未知數(shù)x，y構(gòu)成的方程就是它們之間的約束關(guān)系，計算結(jié)果是一個具體的數(shù)值。在非數(shù)值領(lǐng)域如信息管理、人機對弈等，數(shù)據(jù)之間的約束關(guān)系就呈現(xiàn)出一對一、一對多等情況，而這正是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程所要討論的內(nèi)容。經(jīng)過化繁為簡，化抽象為具體，學(xué)生對概念的理解更為清晰。其實，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)后續(xù)章節(jié)里的很多抽象概念或數(shù)學(xué)敘述式都可以采用這種辦法，改用比擬通俗、具體的語言去講解和描述。這種理解辦法的轉(zhuǎn)變可以在很大程度上緩解學(xué)生畏難的情緒。

2.4圖文并茂、動畫結(jié)合

參加圖像、Flash動畫等輔助措施不僅能夠提高數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識講解的條理性，還可以使干燥的理論變得有趣味，如在緒論中的一道例題可以用來描述課題小組導(dǎo)師、研究生和本科生的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如果單從定義的角度進行講解，那么晦澀難懂，但加以圖示表明，那么很容易理解，如圖5所示。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具有明顯的層次性，是一對多的樹型結(jié)構(gòu)。

在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)后續(xù)章節(jié)的講解中，如哈夫曼編碼、最小生成樹、拓撲排序等知識，教師更需要利用圖像和Flash動畫加以演示，使知識要點更清晰，學(xué)生對算法的理解更透徹。

3結(jié)語

采用概述補“乏〞、實驗提鮮，借題發(fā)揮、識強避“弱〞，化繁為簡、變“難〞成易，圖文并茂、動畫結(jié)合等教學(xué)辦法，結(jié)合虛擬實驗平臺演