应用型本科《数据结构》教学初探

2011-10-26黔南民族师范学院计算机科学系贵州都匀558000

中国科技信息 2011年8期

关键词：数据结构数学模型应用型

杨霞黔南民族师范学院计算机科学系，贵州都匀 558000

应用型本科《数据结构》教学初探

杨霞黔南民族师范学院计算机科学系，贵州都匀 558000

数据结构课程的理论性和实践性都很强，本文从应用的观点出发，探讨学生知识、技能和态度等方面的培养问题。

应用型本科；数据结构；教学

应用本科教育属于较高层次的技术教育，是我国高职教育中的重要组成部分。它是相对于普通本科和高职专科而言的，既不同于一般四年制的普通本科，也不同于专科层次的高职。

普通本科和应用本科是本科教育的两种类型，它们的关系应该是平行发展的。应用本科是高职教育的一个层次，它同一般普通本科相比具有鲜明的技术应用型特征。在培养规格上，应用本科培养的不是学科型、学术型、研究型人才，而是培养适应生产、建设、管理、服务第一线需要的高等技术应用型人才；在培养模式上，应用本科以适应社会需要为目标，以培养技术应用能力为主线，设计学生的知识、能力、素质结构和培养方案，以“应用”为主旨和特征构建课程和教学内容体系，重视学生的技术应用能力培养。

另一方面，应用本科与高职专科相比也有较大的不同。尽管高职都是培养第一线需要的技术应用人才，但应用本科出现以后，高职专科的具体培养目标和规格应当有所调整，与应用本科有所分工。高职专科主要培养一般企事业部门的技术应用型人才，尤其是培养大量一线需要的技术人才。应用本科则主要培养技术密集产业的高级技术应用型人才，并担负培养生产第一线需要的管理者、组织者以及职业学校的师资等任务。

1.应用型本科数据结构课程培养目标

数据结构是介于数学、计算机硬件和计算机软件三者之间的综合性基础课。这一课程的内容不仅是一般程序设计的基础，而且是设计和实现编译程序，操作系统，数据库系统以及其他系统程序的重要基础。

根据高等院校应用型本科教育“理论够用，注重实践”的特点，应用型本科数据结构课程的培养目标是培养既懂得扎实数据结构理论知识，又掌握数据结构应用技能的高级应用人才。

2.数据结构课程的特点

计算机解决一个具体问题时，大致需要下列几个步骤：首先要从具体问题中抽象出一个适当的数学模型，然后设计一个解此数学模型的算法，最后编出程序进行测试调整，直至得到最终解答。简单来讲，数据结构的设计过程可分为抽象层、数据结构层和实现层。

抽象层是指抽象数据结构层，它讨论数据结构的逻辑结构及其运算，数据结构层和实现层讨论一个数据结构的表示和在计算机内的存储细节以及运算的实现。

数据结构课程涉及离散数学、可计算性理论、算法复杂性等理论知识。数据结构研究的对象，数据元素及其之间的关系都是从现实生活中抽象出来的，在被组织成不同形式时，只研究抽象出来的本质性的概念和关系，而忽略了本身的所代表的实际背景。对于学生来说，数据结构课程概念多、方法多、高度抽象、逻辑性、技巧性和实践性强，所有内容均自成体系，相互之间衔接线索较少。总体感觉内容零散，没有一个整体的知识框架，理论知识难以掌握，更加难以实践运用。

3.应用型本科数据结构教学探讨

根据数据结构课程的特点，学生在学习该课程的难点，以及应用型教学的要求，我们探讨应用型数据结构本科层次的教学开展。

（1）数学建模联系实际，激发学生学习兴趣

当需要从定量的角度分析和研究一个实际问题时，人们就要在深入调查研究、了解对象信息、作出简化假设、分析内在规律等工作的基础上，用数学的符号和语言，把它表述为数学式子，也就是数学模型，然后用通过计算得到的模型结果来解释实际问题，并接受实际的检验。这个建立数学模型的全过程就称为数学建模。数学模型一般是实际事物的一种数学简化。它常常是以某种意义上接近实际事物的抽象形式存在的，但它和真实的事物有着本质的区别。要描述一个实际现象可以有很多种方式，比如录音，录像，比喻，传言等等。为了使描述更具科学性，逻辑性，客观性和可重复性，人们采用一种普遍认为比较严格的语言来描述各种现象，这种语言就是数学。使用数学语言描述的事物就称为数学模型。有时候我们需要做一些实验，但这些实验往往用抽象出来了的数学模型作为实际物体的代替而进行相应的实验，实验本身也是实际操作的一种理论替代。近几年，数学建模理论正在逐步推广实施，为面临的问题构建数学模型，能有效地帮助分析，解决问题。而学生在学习数据结构时的难点就在于，所学知识难以联系实际，缺乏学习兴趣。应用的目的是为生产服务。生产过程中我们面对的是一个个具体的问题，运用数学建模的思想为实际问题构建合适的数学模型，有助于学生对数据结构课程抽象层的理解运用。

在教学过程中，选取生活中遇到的具体问题，和学生一起为实际问题构建合适的数学模型，能增强学生的参与感。通过解决问题，构建数学模型，提高学生的学习兴趣。例如，数学家欧拉曾经解决过的著名的七桥问题，其实要求就是一笔画成。一笔画成问题，曾经是幼儿园的益智趣味题，现在大家都知道，用数学建模理论为这个问题构建数学模型相对比较容易，使学生远离所学知识不能实际运用的这一状况。在教学过程中选取实际遇到的问题有助于培养学生应用的思想，以及对抽象层的概念理解，掌握从实际问题抽象出数学模型的方式和方法。

（2）以应用的观点看数据结构教学

数据结构课程介绍程序数据的结构、组织和管理技术以及在此基础上的算法设计与分析技术,不仅为后续课程操作系统、编译原理、数据库原理、软件工程、人工智能、计算机图形学、计算机辅助设计、多媒体技术等课程提供必要的知识准备,更重要的是可以提高学生软件分析、设计、编程和数据组织的能力。应用型本科侧重数据的逻辑结构、存储结构和在特定结构基础上的算法实现,注重结构的特性、算法的效率性和在实际问题中选择结构与算法的应用性。

许多时候，确定了数据结构后，算法就容易得到。有些时候，事情也会反过来，我们根据特定算法来选择数据结构与之相适应。不论哪种情况，解决问题的方法是多种多样的。

例如：写一个函数计算参数为n（n很大）时式子的值

我们列举如下三个解决此问题的方法：

方法一：

由上述三个解决方法我们可以看出，解决问题有多种多样的实现方式。在教学过程中对同一问题探讨多种解决思路有助于学生对数据结构相关知识的了解，同时也在引导学生在学习算法时养成一题多解的习惯。

生产应用注重效率，对比测试上述三个程序，都能达到题目要求。但是当n很大的时候，方法一的执行效率很低。在嵌入式系统的开发中，程序的运行效率很重要，能让CPU少执行一条指令都是好的。方法二将方法一涉及乘法指令的语句改为执行加法指令，既达到题目的要求且处理时间上缩短了很多，而代价仅仅是增加了一个整形变量。方法三是空间换时间的算法，效率更高。

在数据结构教学中为一个数学模式多样性的解决问题方法，能够开阔学生的视野，也能帮助学生更深入的理解该门课程的理论知识，重视学生的技术应用能力的培养。在教学过程中，根据应用型本科的特点，我们要改变学生解决问题就好，编出的程序能运行这个观点，注意培养学生养成注重效率的态度。教学过程中，引导学生自发的探索面对同一问题时的多种解决方法，并选取最优的解决方法。

（3）以应用的观点带动数据结构教学评价

应用本科主要培养技术密集产业的高级技术应用型人才，并担负培养生产第一线需要的管理者、组织者以及职业学校的师资等任务。

应用型数据结构的教学重点在于突出应用，在进行教学评价时，应从学生的专业技术知识和应用意识等方面综合测评。简单的方法更容易被人理解，更容易实现，也更容易维护，遇到问题时，我们要优先考虑简单的方案。只有当简单的方法不能满足要求时，再考虑复杂的方案。精心选择的数据结构可以带来更高的运行或存储效率，数据结构往往同高效的检索算法和索引技术有关。现在的CPU运算速度越来越快，但是我们不能把所有问题都推给它去做，我们应该将代码优化再优化。在评价时从学生的知识与技能，过程与方法，情感态度和价值观等方面进行。