基于Flash的独立学院《数据结构与算法》教学改革的研究

刘海霞，冉宇瑶，王菊雅

（浙江理工大学科技与艺术学院，上虞 312369）

0 引言

《数据结构与算法》是应用型本科院校（独立学院）计算机科学与技术及其相关专业的专业基础课程，是许多后续课程如数据库原理、算法分析、操作系统等的基础[1]。该课程主要培养学生抽象思维能力、逻辑思维能力等，锻炼学生分析问题、解决问题的能力，抽象程度较高，这使得《数据结构与算法》成为一门公认的比较难学的课程。如何培养学生利用抽象的理论为，解决世界软件设计中的问题，是高校教师应该特别关注并亟待解决的问题。对于独立学院，这些注重应用型的本科院校，学生本身的特点是理论基础较差、学习积极性不高，很难达到好的教学效果。因此，提高学生数据结构与算法的理解与分析能力，采用动画教学模式对《数据结构与算法》实施教学改革，吸引学生学习的兴趣，提高教学效率是刻不容缓的问题。

1 《数据结构与算法》教学中存在的不足

（1）先修课程掌握不够扎实

课程的学习需要学生先修高等数学、C语言或C++语言、离散数学等学科，存在部分学生前面的语言及本课程理论学习掌握不够扎实，在课堂上能听懂，一旦动手上机，就显得力不从心。

（2）课程理论性强

《数据结构与算法》中涉及到很多的概念、抽象模型及算法，对模型和算法的理解，需要学生掌握扎实的数学基础和和逻辑推理能力[2]。而独立院校的学生数学基础相对较弱，逻辑分析不强，学习兴趣也不高，因此在学习《数据结构与算法》课程时，显得更加困难。

（3）学生实践能力弱

在理论教学过程中，很多学生反映，课堂上教师讲的知识点都能听懂，对课后布置的涉及少量的逻辑结构的书面作业也能够认真地完成。但是，课后自己独立编写程序却无从下手。而《数据结构与算法》书上的代码都是伪代码，任何一个算法的实现都需要编写主函数、定义各类变量等，因此实现起来更加困难。

对于目前存在的问题，主要从两个大的方面对《数据结构与算法》进行改革：理论方面采用动画和案例展现每个知识点的运行过程；实践方面采用验证性实践、设计性实践、综合性实践等由浅入深的方式进行。首先激发学生学习的兴趣，掌握扎实的理论基础，然后逐步介入编程，提高动手能力。

2 主要改革方案

2.1 理论教学改革

（1）“启发式”教学模式

启发式教学，就是根据教学目的、内容、学生的知识水平和知识规律，运用各种教学手段，采用启发诱导办法传授知识、培养能力，使学生积极主动地学习，以促进身心发展。《数据结构与算法》课程理论性强、概念多、算法解决方式灵活[3]，因此，在课堂教学方面首先采用“启发式”的教学模式，课堂上讨论的方式，形成“问题-讨论-分析-总结”的模式。

例如：在讲栈和队列这一章时，先介绍了栈和队列的特性，然后进行举例。队列采用顺序表存储机构，在模拟运算时，出现了“假溢出”现象。如何解决呢？请学生结合生活中排队现象，提出问题解决方案。如元素迁移、计数、采用循环队列等，再逐步分析各方案的优缺点，由学生自己选择采用哪种方案更佳，逐步深入。另外，若采用循环队列解决，又会出现判断队列满或空相同的情况，如何进行解决？一次逐步引出问题，并解决问题；提出解决方案，分析解决方案的优劣，最终达到认识问题并解决问题的目的。通过这种方式的教学，学生从发现问题到解决问题整个过程都积极参与，学习采用借鉴的手段，认识到解决问题的多种方案，学习分析评价的方法，选择更适合需求的解决办法。

（2）“案例+动画式”教学模式

在教学中选择基础的知识点作为案例，通过“案例”内容的研究学习，激发学生深入探究的兴趣。例如讲解栈和队列一章时，将我们日常生活中常碰到的叠盘子、食堂排队买饭等现象联系起来进行比喻说明。采用这样的方式，学生不仅听起来有兴趣，并且易于理解。根据各个章节内容的知识点，利用Flash动画进行展示抽象的内容实现过程，使学生通俗易懂的理解掌握各个概念，更深理解课堂内容。眼睛看到的比耳朵听到的更加真实、更加直观，同时会吸引学生学习的兴趣，提高了教学效率。

2.2 实践教学改革

通过对独立学院学生的调查与分析，根据机电系各个专业的培养计划，修订实践教学项目，设计实践教学案例。坚持由简到难，由浅入深的原则，开展实践教学。主要分为验证性实践、设计性实践和综合性实践，其中通信专业、电子专业、自动化专业只需要做到验证性实践和设计性实践，对学习能力比较强的学生，可以去选做综合性实践；计算机科学与技术专业，要求做到综合性实践，并掌握解决实际问题的能力，实践教学层次如表1所示：

表1 实践性教学

3 主要改革方法

根据本学院课程内容先进行整体设计，如表2所示。然后根据不同教学方式，再分布进行方案的整理。

（1）动画教学

《数据结构与算法》是一门内容多、概念多、逻辑性强、高度抽象、实践性强的课程，很多学生在接触这门课的时候，普遍存在上课能听懂、下课不会做这种眼高手低的现象。为了解决将抽象思维进行简单、具体化，使学生更好理解，本次改革采用动画的教学方式，将数据结构课程分成4个大模块：线性结构（线性表、栈和队列、串、数组和广义表）、树状结构（树、二叉树和哈夫曼树）、图形结构（有向图、无向图）、混合结构（查找和排序）。对不同的学习模块和知识点，用仿真动画的方式将问题及解决方案展示出来。如线性表的生成、插入、删除等；入栈、出栈、入队列、出队列等；三元组的转换，二叉树的生成、遍历，树与二叉树的转换、哈夫曼树的构建等；图的遍历、拓扑排序、最小生成树、求关键路径和最短路径的过程以及各类查找和排序，等等，图1显示各个动画实例列表，图2是图的深度遍历动画，从V4节点开始遍历。

表2 整体课程内容设计图

图1 动画实例列表

图2 图的深度优先遍历

（2）分组讨论的启发式教学法

本次教学改革注重学生的主观能动性，教师重点做引导进行开展。根据学生的水平进行分组，直接参与课题讨论和问题解决，引导学生树立客观的学习态度和掌握科学的实际方法，培养他们的计算思维和创新能力。例如，在讲解矩阵转置时，可以采用对比的方式：先介绍内容，引导学生利用已经学过的线性代数知识点进行转置，然后采用刚刚学三元组表示进行转置。两种解法做对比，启发学生进行思考，从空间复杂度、时间复杂度、操作效率等多方面讨论二者的优劣。在讨论的过程中，任课教师进行适当的提醒和引导，帮助学生在理解的基础上掌握所学知识。

（3）案例教学

本次教学改革首先采用启发和动画教学，每一章比较抽象的知识点都制作成Flash动画，根据动画模拟进行理解。章节学习结束，每一章内容布置一到两个大的综合案例，先组织学生进行讨论，提出解决问题的关键，选择合适存储方式和算法，然后进行上机检验。通过一个学期的学习，采用案例教学法能充分调动学生的学习积极性，开拓他们的思维方式，使学生能够主动分析问题、设计程序，最终解决问题。

4 结语

《数据结构与算法》的动画制作，由相关参与教学改革的教师花费了3个月的时间进行完成。通过一个学期的应用实践，学生对数据结构与算法的理解相对深入很多，大部分学生感觉数据结构也不是太难。案例的设计是根据不同专业学生情况进行开展的，整体来说，计算机科学与技术专业的学生动手能力相对比较强，通信专业的学生在动手方面比较欠缺，在实现课本上伪代码时，还是有一定的困难。后期需要修订的方面主要体现在：（1）动画实例的优化，使动画更加生动；案例的更新，使其更贴近生活；（2）知识点题库的整理，供学生课下练习；（3）手机微信端App的开发，方便学生想学就学，想练就练。