“数据结构”课程的实验创新探讨

李宗璞

文章编号：1672-5913(2009)08-0124-02

摘要：“数据结构”课程是计算机学科的专业基础课，是一门实践性比较强的课程。课程中的实验环节显得尤为重要，该环节可以锻炼和提高学生对复杂程序的设计能力。笔者在多年的教学过程中摸索出实验环节的教学模式，与大家共同探讨。

关键词：数据结构；教学内容；组织形式；考核方式

中图分类号：G642

文献标识码：B

利用计算机来解决实际问题的步骤是：给出问题描述，将问题抽象成数学模型，根据数学模型写出求解问题的算法，再根据算法写出程序代码，最后上机调试并分析结果。在上述过程中，非数值的数学模型是数据结构研究的主体，它操作实现主要是通过数据结构的实验教学环节来完成的，在该教学环节中作为教学主体的学生，首先要具备抽象思维能力和语言基础。往往在环节实施过程中，语言基础是薄弱环节，以至于课时用完了，学生还是写不出满意的算法及代码。鉴于此，我们在教学内容、组织形式、考核方式等教学环节中进行了一些设计，与大家一起来探讨。

1教学内容

我们在教学内容上，围绕课内、课外两条主线进行改革，给学生较大的自主学习空间，有利于学生创新精神及实践能力培养。整个实验教学由浅入深，重在基础、提高能力、挖掘潜力、拓展思路。在课时内的教学主要以基础性实验为主，安排一个综合性实验；课时外的教学主要以设计性实验和综合性实验为主。

1.1学时内的教学内容

在我校数据结构课程共64学时，理论课48学时，实验课16学时。安排了5个实验项目，由于多数学生语言基础不算太好，特别是指针的运用和结构体的定义是薄弱环节，所以在做实验项目时，主要是从教材上的算法出发，使得学生有章可循：

项目1：顺序表的操作

主要训练学生对顺序存储结构的理解，掌握顺序表的查找、插入和删除等基本操作；同时引导学生对于静态参数传递和动态参数传递的使用方法。

项目2：单链表的操作

主要是与顺序存储结构进行比较，完成线性表在链式存储结构上的查找、求长度、插入、删除等基本操作。

项目3：栈和队列的应用—停车场的管理

深入了解栈和队列的特征，以便在实际问题背景下灵活运用；利用两个栈和一个队列模拟停车场管理及相关操作。

项目4：二叉树的遍历

掌握二叉树的结构特征，以及二叉链表存储结构的特点；掌握二叉树三种(先序、中序和后序)遍历方法；熟悉并且掌握递归算法。

项目5：折半查找和快速排序

掌握折半查找和快速排序的方法，掌握要进行折半查找应该采取的存储结构形式。并进行对其进行时间复杂度的分析。

对于每个实验项目的实验目的和实验要求，提前2周放在教学平台上。在实验前1周，利用辅导课时间，以测试的形式，让学生写出算法代码，由于每个实验基本上可以在教材中找到源代码痕迹，所以难度不大。

在实验教学过程中，采用任务驱动式的教学模式，首先从总体思路上讲解10分钟左右，边辅导边发现问题，每半个小时总结1次。由于学生已经在课前作好了准备，在实验室里他们赢得了更多的自主时间用来调试程序，分析结果。学生水平参差不齐，在上课过程中穿插实验验收考核，考核的形式是现场写出主要操作的代码，在规定的时间内进行调试、分析。验收完一个模块，学生再进行下一个任务。教师通过讲课、辅导、验收使得实验课堂充实起来，由于学生每个时间段都有活干，所以课堂气氛非常活跃，讨论热烈。

1.2学时外的教学内容

在学时外，以课程设计的形式，利用开放实验室时间，严格按照软件工程的思想进行训练。

在课程设计时，教师列出多个设计课题，每个课题都有相应的要求或说明。各课题的难易度是有差异的，每个课题后以标准分的形式标出了难易度。例如：

课题1：设有n个人围坐在圆桌周围，现从某个位置m(1≤m≤n)上的人开始报数，报数到k的人就站出来。下一个人，即原来的第k+1个位置上的人，又从1开始报数，再报数到k的人站出来。依此重复下去，直到全部的人都站出来为止。试设计一个程序求出出列序列(难易度90)。

课题2：用递归算法和非递归算法实现下面问题，并比较其算法优势。把一只老鼠放进一个无盖的大箱内, 箱内设置若干隔板，使老鼠走动的方向受到阻碍，看其如何找到一条通道，走出大箱(难易度80)。

“难易度90”表示设计中的各项全部达到要求时的最高得分大致为90。因此，参加课程设计的学生首先要了解设计的任务，仔细阅读各题的设计要求，然后根据自己的基础和能力情况从中选择一题。一般来说，选择课题应以在规定的时间内能完成，并能得到应有的锻炼为基本原则。课程设计的总体思路是：数据模型选取→构造求解算法→选择存储结构→编写程序代码→调试测试→总结分析。

在做课程设计时，不再拘泥于语言环境的限制和存储结构的限制，主要锻炼学生的开放思维能力和综合知识的应用能力。同时，引导学生从结构化程序设计到面向对象程序设计的思考。例如学生正在学习C#，在做课题1时，除了传统的设计方法外，可以引导学生画出类图和顺序图，写出C#的代码。

设计结束后要写出课程设计报告，以作为整个课程设计评分的书面依据和存档材料。主要包括：需求分析、概要设计、详细设计、调试分析、用户使用说明、测试结果、参考文献等。课时外的训练主要是为毕业设计打下基础，同时也培养了学生的团队协作精神。

2组织形式

2.1学生的组织

对于学生进行分组，每组中按照好、中、差的学生进行搭配。由于学生水平参差不齐，早做完的学生，进行考核验收。验收合格，同时给出相关思考题，可以再对于思考题进行进一步的思考，锻炼创新精神。同时，让已完成任务的学生辅导未完成任务的学生，这样培养了学生的团队协作精神，课堂气氛非常活跃，激发了学生学习的主动性。对于教师的工作也减轻了一些，教师主要是总体部署，分步考核，可以有充足的时间进行验收，比较清楚地掌握总体情况，以便讲评。这样组织学生，可以解决“优等生吃不饱，差等生吃不了”的局面，实现了“因才施教”。

2.2内容的组织

对于每一个实验项目的实验目的、相关要求等，以实验指导书的形式与学生见面，一本好的实验指导书能给学生的上机实验带来事半功倍的效果。

首先，让学生明确实验目的和要求。每个实验项目都给出了实验目的，并且提出了具体要求。有了实验目的，学生才有方向性；有了具体要求，学生实验时才有章可循。对于要求，要按时间分块执行。比如单链表的操作为2学时，第一个学时完成建立、查找、部分主函数工作；第二学时在第一学时基础上完成插入、删除操作，完善主函数。每一个学时在最后进行验收，若有问题通过小组完成。

其次，让学生掌握实验步骤。每一个实验项目按照软件工程的思想去组织，先需求分析，抽象出数据结构模型，再明确数据类型，详细设计，最后给出类C语言的算法描述。要求学生要严格遵循实验步骤来思考问题，这样，可以培养学生良好的工作作风和解决问题的方法，并且为后续课程做准备。

3考核方式

市场经济体制下的学生不如计划经济体制下的学生好教育，特别目前高校扩招，入学的学生素质参差不齐，基础相对薄弱，自学能力不强，不少学生在学习上存在畏难心理。而对于高等教育也不能降低要求，这样就要求在教学模式上进行革新，我校对教和学提出两个转变，“变学生管理为学习管理，变管理学生为服务学生”。对于课程教学，不能再采取应试教育下的考核形式。鉴于此，在数据结构的教学过程中，特别是实验教学，探索出了新的考核形式。

分数对学生来说是非常重要的，以此作为课程管理的抓手。对于教学计划内的实验项目成绩分成两个部分，一个是个人成绩，一个是小组成绩。个人成绩主要考核学生个人能力，小组成绩主要是考核学生的团队协作精神。对于个人成绩考核形式有两个方面，一个方面是学生的程序代码调试技能的测试，一个方面是书写实验报告，从实验报告上可以考查学生的逻辑组织能力。笔者把该考核模式称为“实验2+2”模式。每个实验项目结束前进行验收考核，经常进行阶段性考核，主要是激发学生的学习兴趣，保证了课堂教学纪律，基本没有缺勤的学生，让学生找不出来不学习的理由，因为每处都与成绩挂钩，都在拼命的去“挣分”。

对于课程设计部分，实验室开放时间结束时，由学生提交课程设计源代码和设计总结报告。源代码提交时，要生成可执行文件，对文件进行压缩，压缩文件名为“学号+姓名”形式，发送到指定邮箱地址。课程设计成绩根据学生设计任务完成情况、设计报告、设计成果的质量以及答辩情况综合评定。完成情况主要包括：功能实现情况和程序设计情况；设计报告包括课程设计报告格式，课程设计思路及设计过程，以及对设计的自我评价，收获和体会等；答辩要求思路清晰，模块关系清楚，回答问题敏捷。

对于学生的学业成绩采用结构化成绩，把100分不再作为一个整体看待，把它融进教学的全过程中去。学生的学业成绩由平时成绩、副卷成绩和主卷成绩构成，平时成绩占20%，副卷成绩占20%，主卷成绩占60%。在平时成绩中课程设计10分，作业和平时课堂表现5分，小考5分；副卷成绩中个人成绩15分(其中程序调试10分，实验报告5分)，小组成绩5分。

4结论

通过实施验证，效果是良好的。实验的创新也带动了整个课程的进步，特别是上课出勤率，基本上是全勤。课堂气氛活跃，问题讨论热烈，学生的学习主动性大大提高了，网络教学平台登录次数明显增多。在问题答疑和考核验收方面，虽然增加了教师的教学工作量，但是提高了教师的工作热情。真正实现了“教”和“学”的良好互动，提高了教学质量。

参考文献：

[1] 周苏. “数据结构与算法”的教学改革和实验创新[J].计算机教育,2007,(15).

[2] 严蔚敏, 吴伟民. 数据结构[M]. 北京:清华大学出版社,1997.

[3] 严蔚敏, 吴伟民. 数据结构题集[M]. 北京:清华大学出版社,1999.