汪沁 張凱 奚李峰

摘要：在計(jì)算機(jī)專業(yè)的各門基礎(chǔ)課程中，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程在提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)方面起著無可替代的作用。本文對新形勢下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐進(jìn)行了探索和研究，以期提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力和教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；素質(zhì)教育；算法

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號：1674-2117（2016）08-0088-04

引言

信息化社會(huì)和多元化應(yīng)用型人才需求的發(fā)展趨勢，對我國信息類的高等教育改革，特別是計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)提出了新的要求和新的課題。“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程作為計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中的核心課程，同時(shí)也是非計(jì)算機(jī)專業(yè)的主要選修課程之一，其教學(xué)改革的要求更為迫切。

早在浙江萬里學(xué)院建校初期，校領(lǐng)導(dǎo)就十分重視重點(diǎn)課程的建設(shè)和培育，因此“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程被列入了校重點(diǎn)建設(shè)課程。在計(jì)算機(jī)專業(yè)課程體系中，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程不僅在提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)方面起著無可替代的作用，其實(shí)踐教學(xué)在整個(gè)計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)中的地位更是舉足輕重。所以在該課程的實(shí)踐教學(xué)上，我們不斷嘗試教學(xué)改革和探索，提高教學(xué)效果，開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造能力，以適應(yīng)時(shí)代的變化，培養(yǎng)高素質(zhì)的信息化應(yīng)用型人才。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的框架設(shè)計(jì)

在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”是一門綜合性的專業(yè)核心課程。它不僅涉及計(jì)算機(jī)硬件（特別是編碼、存儲(chǔ)裝置和存取方法等）的研究范圍，而且和計(jì)算機(jī)軟件的研究有著更密切的關(guān)系，無論是編譯程序還是操作系統(tǒng)，都涉及數(shù)據(jù)元素在存儲(chǔ)器中的分配問題。通常在研究信息檢索時(shí)也必須考慮如何組織數(shù)據(jù)，以便查找和存取數(shù)據(jù)元素。[1]因此，我們可以認(rèn)為“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”是介于組合數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算機(jī)軟件之間的一門核心課程；在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，它不僅是一般（非數(shù)值計(jì)算）程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，更是設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)編譯程序、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)系統(tǒng)及其他系統(tǒng)程序和大型應(yīng)用程序的重要基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的框架設(shè)計(jì)如圖1所示。

建設(shè)內(nèi)容及體會(huì)

1.改革實(shí)踐教學(xué)模式，建立多形式、多層次的立體化實(shí)踐教學(xué)體系

大力探索改革已不適應(yīng)新形勢下“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的實(shí)踐教學(xué)模式，需建立起“科學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)過程、指導(dǎo)方法，培養(yǎng)創(chuàng)新能力”的“引導(dǎo)—探索—實(shí)驗(yàn)—掌握”的教學(xué)模式，從驗(yàn)證性的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)走向綜合性、設(shè)計(jì)性的開放實(shí)驗(yàn)，并通過素質(zhì)拓展、學(xué)科競賽、工程項(xiàng)目訓(xùn)練等方式，構(gòu)建起第一、第二課堂相結(jié)合的分層次的立體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐教學(xué)體系（如圖2）。同時(shí)，相關(guān)的教材、教輔軟件等資源建設(shè)以及實(shí)踐教學(xué)考核體系的建設(shè)，有力地支撐了“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的實(shí)踐教學(xué)。[2]

這種實(shí)踐教學(xué)模式，充分發(fā)揮了教師的主導(dǎo)作用，突出了學(xué)生的主體地位。教師變單向信息傳遞為雙向式、多向式信息傳遞與交流，只在課內(nèi)講重點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)和注意點(diǎn)，發(fā)揮主導(dǎo)調(diào)控作用。學(xué)生通過師生互動(dòng)主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)。課本讓學(xué)生看，實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生做，思路讓學(xué)生想，疑難讓學(xué)生議，錯(cuò)誤讓學(xué)生析。學(xué)生通過這種實(shí)踐教學(xué)模式能獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，最大限度地調(diào)動(dòng)自主學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。[3]這種模式主要采取提問、答疑、討論、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、動(dòng)手操作等方式，來加強(qiáng)對學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新能力的培養(yǎng)。

教師根據(jù)教學(xué)大綱的要求把實(shí)驗(yàn)操作能力要達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)加以分解，并按實(shí)驗(yàn)內(nèi)容難易程度分解為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，其中驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)一般以大綱中規(guī)定必做的實(shí)驗(yàn)為主。[4]另外，對較優(yōu)秀的學(xué)生可以增加綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。綜合性實(shí)驗(yàn)是將不同的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行組合，綜合解決較復(fù)雜的問題，要求學(xué)生利用各種方法去解決新的問題。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是根據(jù)教師提出的實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊螅瑢W(xué)生自行設(shè)計(jì)，完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在課外開展豐富多彩的第二課堂活動(dòng)。

2.實(shí)踐教學(xué)和教改項(xiàng)目相結(jié)合，大力推進(jìn)“項(xiàng)目化工程訓(xùn)練”建設(shè)

目前，我校計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院承擔(dān)著浙江省新世紀(jì)教改項(xiàng)目“信息類學(xué)生項(xiàng)目化工程訓(xùn)練的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式”，該項(xiàng)目與“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的第二課堂活動(dòng)緊密結(jié)合。它是指在實(shí)踐性課程教學(xué)中，將實(shí)踐內(nèi)容分解成一個(gè)個(gè)的小課題，將學(xué)生按課題組（項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)）進(jìn)行分組，在小組內(nèi)各行其責(zé)，通過參與不同項(xiàng)目角色的演練，完成不同規(guī)格的要求，最終達(dá)到“應(yīng)用型人才培養(yǎng)”教學(xué)目標(biāo)的一種課程訓(xùn)練模式。實(shí)踐教學(xué)可以是課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)，也可以是集中實(shí)踐或?qū)嵙?xí)。按照課程體系的安排和“專業(yè)興趣培養(yǎng)→專業(yè)基礎(chǔ)奠定→專業(yè)技能訓(xùn)練→行業(yè)小項(xiàng)目引導(dǎo)→企事業(yè)實(shí)用項(xiàng)目開發(fā)”的過程培養(yǎng)，“項(xiàng)目化工程訓(xùn)練”不僅能使學(xué)生在積極參與中掌握真正的專業(yè)技能和理論基礎(chǔ)知識(shí)，逐步養(yǎng)成獨(dú)立思考、自主學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣，不斷增強(qiáng)應(yīng)用創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展能力，而且能鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，培養(yǎng)其溝通技巧和管理能力，進(jìn)而增強(qiáng)其自信心和責(zé)任感，成為真正意義上的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。

該項(xiàng)目的實(shí)施使學(xué)生形成了比學(xué)習(xí)、重思考、求發(fā)展的良好學(xué)風(fēng)。它突破了傳統(tǒng)的、單一的、學(xué)科型的訓(xùn)練模式，構(gòu)建起一種學(xué)生主動(dòng)參與、自主學(xué)習(xí)的新型實(shí)踐性課程訓(xùn)練模式。實(shí)踐訓(xùn)練模式的改革，必然會(huì)促進(jìn)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”理論教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新。

3.更新“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，從“面向過程”過渡到“面向?qū)ο蟆?/p>

在課程內(nèi)容體系方面，既要保證“經(jīng)典”理論和知識(shí)的傳授，又要兼顧“現(xiàn)代”技術(shù)發(fā)展，認(rèn)真處理好“經(jīng)典”與“現(xiàn)代”的辯證關(guān)系。

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的理論體系、經(jīng)典算法變化不大，但在算法描述的語言工具方面，變化比較大，已經(jīng)由PASCAL語言發(fā)展到C語言，再到C++語言。雖然“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程本身似乎注重于算法思想的學(xué)習(xí)和分析，但它來源于實(shí)際問題，因此它更是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，即需要在計(jì)算機(jī)上以適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)、具體的程序編碼，將“經(jīng)典算法”應(yīng)用于實(shí)際問題，當(dāng)然其過程的實(shí)現(xiàn)必須通過上機(jī)來調(diào)試運(yùn)行程序。

因此，選擇適當(dāng)?shù)某绦蛟O(shè)計(jì)語言顯得尤其重要。當(dāng)前軟件平臺(tái)和開發(fā)工具的迅速發(fā)展，使得一些應(yīng)用軟件的開發(fā)已經(jīng)由“面向過程”過渡到“面向?qū)ο蟆薄５行└咝Ｈ匀皇褂谩懊嫦蜻^程”的C語言進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)，這對于夯實(shí)理論基礎(chǔ)有一定的合理性；而另一些高校采用C++語言“面向?qū)ο蟆奔夹g(shù)進(jìn)行“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)，這樣更接近于現(xiàn)在軟件行業(yè)的實(shí)際，更適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的趨勢。我們的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”教學(xué)經(jīng)歷了由PASCAL到C，再到C++以及面向?qū)ο驝++的過渡，通過多年來的改革實(shí)踐，課程在內(nèi)容上更具有先進(jìn)性、科學(xué)性，基本反映了本學(xué)科領(lǐng)域的最新科技成果。

值得一提的是，使用面向?qū)ο驝++語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，會(huì)使實(shí)驗(yàn)難度有所加大，針對這種情況，我們開發(fā)了專用的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐教學(xué)”軟件，其功能模塊包括：與程序同步的算法動(dòng)態(tài)演示部分，可供學(xué)生復(fù)習(xí)或自學(xué)；允許學(xué)生實(shí)時(shí)在線編輯和運(yùn)行C++程序；自行設(shè)計(jì)典型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類代碼庫，可供學(xué)生選擇引用，以減輕上機(jī)實(shí)驗(yàn)的負(fù)擔(dān)。

為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和能力，我們還組織了課外興趣小組，同時(shí)，積極引導(dǎo)本科生參與科研活動(dòng)。通過課外給予指導(dǎo)、內(nèi)容適當(dāng)加深、技能適當(dāng)拓寬，學(xué)生完成能夠演示的軟件或發(fā)表論文。這樣數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)初步具有開放綜合性、創(chuàng)新性和研究性等特點(diǎn)。

效果

1.教材建設(shè)

為了配合浙江省重點(diǎn)教材《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——使用C++語言》，我們編寫了適合本校情況的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，先后出版了3個(gè)版本。

課程組申請的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——C++》于2006年8月正式列入教育部普通高等教育“十一五”規(guī)劃教材。該教材和相配套的實(shí)驗(yàn)教材面向工程型和應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，遵循“經(jīng)典”內(nèi)容和“現(xiàn)代”技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。

為了推進(jìn)實(shí)踐教學(xué)改革，我們對教材的指導(dǎo)思想是教材應(yīng)重視學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，體現(xiàn)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科特色。在“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”實(shí)踐教學(xué)中，我們注重學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)知識(shí)，在綜合實(shí)驗(yàn)運(yùn)用系統(tǒng)討論“黑箱”“灰箱”和“白箱”的思想，指導(dǎo)學(xué)生區(qū)別對待難點(diǎn)、重點(diǎn)和基本點(diǎn)，使不同水平的學(xué)生能各盡其能，體驗(yàn)成功的樂趣。

2.建設(shè)了一個(gè)較好的教師團(tuán)隊(duì)

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程組教師隊(duì)伍結(jié)構(gòu)合理，平均年齡35歲，其中高級職稱占70%，中級職稱占30%，青年教師中有博士、碩士。教授領(lǐng)隊(duì)，形成“教授+副教授+講師”的合理梯隊(duì)。課程組教師由于經(jīng)常參加國內(nèi)外各類進(jìn)修，所以涌現(xiàn)出一批年輕的骨干教師。同時(shí)，課程組發(fā)表的相關(guān)文章，有很多在各類教學(xué)競賽中獲獎(jiǎng)，其中“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)精品課程建設(shè)模式與實(shí)踐”獲得寧波市教學(xué)成果一等獎(jiǎng)（政府獎(jiǎng)）。

3.學(xué)科競賽成效

由于“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”實(shí)踐教學(xué)能提高學(xué)生進(jìn)行復(fù)雜程序設(shè)計(jì)的能力以及算法設(shè)計(jì)和分析能力，所以學(xué)生取得了一些與“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程相關(guān)的成果。

在全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽中，學(xué)校5年來共獲得一等獎(jiǎng)7個(gè)、二等獎(jiǎng)4個(gè)。

在寧波市高校大學(xué)生科技小制作評選活動(dòng)中，我校潘庚然的《基于分布式密鑰的增強(qiáng)型手機(jī)錢包》獲得一等獎(jiǎng)，盧海陽的《無線POS機(jī)支持的體育WEB化管理系統(tǒng)》、鄭東東的《軟件缺陷跟蹤管理系統(tǒng)（UDTS V2.0）》獲得二等獎(jiǎng)，汪靈峰的《PC機(jī)聯(lián)結(jié)嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無線、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與環(huán)境溫度監(jiān)測》、戴連成的《電子搶答器》和周峰的《感應(yīng)報(bào)警器》獲得三等獎(jiǎng)，還有張龔等8位學(xué)生的作品獲得優(yōu)勝獎(jiǎng)。

總之，只要切實(shí)抓好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐教學(xué)改革，通過教師和學(xué)生的共同努力，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量將會(huì)得到更大的提高。

參考文獻(xiàn)：

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[2]汪沁，楊秀金.《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)改革與研究[J].湖北師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2004（24）：93-97.

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[4]談春媛，等.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[M].北京：電子工業(yè)出版社，1997（8）：1-63.

作者簡介：汪沁，女，教授，計(jì)算機(jī)應(yīng)用；張凱（1978—），男，講師，計(jì)算機(jī)應(yīng)用；奚李峰（1971—），男，教授，計(jì)算機(jī)應(yīng)用。

本文受浙江省新興特色專業(yè)“軟件工程”專項(xiàng)資助。