软件教学论文数据结构课程教学模式探讨

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1、软件教学论文：数据结构课程教学模式探讨摘要:文章阐述了4种现代教学模式,并阐述怎样将其中的最优化教学模式应用于数据结构课程的教学实践过程中,对数据结构课程的教学任务分析、课堂教学组织与设计、实验教学设计、教学质量评价等方面作了详细的讨论。 关键词:数据结构;教学模式;课堂教学;创新 数据结构课程是计算机科学与技术专业的一门专业基础课,其课程内容与计算机科学与技术专业的其他课程有着密切的关系,无论是编译原理还是操作系统,都涉及到数据元素在存储器中的分配问题,因此数据结构是计算机科学与技术专业的一门核心课程。该课程的特点是知识点多,概念之间联系紧密,算法抽象难懂,要求学生具有较强的逻辑思维能力,给

2、学生学习带来一定困难,使用传统的教学模式,教学效果很不理想1。为改善这种教学状况,我们经过多年不断的探索,结合最后化教学模式的优点并分析我校具体情况,针对数据结构课程的教学模式进行一系列改革,在实践教学中取得了良好的效果。 1现代教学模式 教学模式是教学基础理论的具体化,也是教学具体经验的概括化。目前,国内外有影响的现代教学模式主要有2: 1) 掌握学习模式。强调个别化教学,利用及时反馈和强化作为控制教学的有效手段,而编写得当的习题是获得反馈的重要途径。该模式过分强调了教师的决定作用,教师在学生的学习中起着决定性的作用,教师决定了学生学习的目标、策略,尽管这是必须的,但也造成学生思维的盲从性和

3、惰性。因此在目前素质教育这一教学目标之下,掌握学习模式存在明显的欠缺。 2) 发现学习模式。首先提出问题,带着问题观察具体事实,然后再上升到一般的概念。该模式给予学生较大的学习自主权和实际锻炼的机会,通过学生独立学习、思考去发现问题和解决问题,有利于培养学生的学习能力并发挥创造性。然而,在目前情况下,高校教育多以大班集中授课为主,从时间和空间角度考虑,该模式并不适用于数据结构课程的教学。 3) 范例教学模式。教师用特例具体直观地阐明“个体”的具体特征;根据“个体”范例的知识特点推论整个“类别”事物的特征,使对“个体”的认识上升为对“类别”的认识,从而掌握其规律和范畴。范例教学模式不应简单地理解

4、为案例教学,它是以获得类知识、并最终认知深层次因果为目的的教学模式,目前在各类理论性较强课程的教学中已取得一定成效,例如历史课。数据结构课程旨在引导学生如何利用所学原理解决实际问题,知识点多、操作性强,所以总体上并不适用范例教学模式。 4) 最优化教学模式。一个好的最优化教学方案的形成的基本过程是:分析教学任务与教学目的;分析学生学习情况与教师自我分析;学时分析;选择已知条件下最佳教学任务的综合性手段与方案;对教学质量进行评价。运用该模式进行数据结构课程的实际教学,从院系自身情况出发,充分考虑相关环节,制定相应的教学方案,思路清晰,针对性强。同时,在第4环节“选择已知条件下最佳教学任务的综合性

5、手段与方案”时,可以借鉴整合其他教学模式的优点,做到取长补短。 2最优化教学模式的具体应用 2.1分析教学任务与教学目的 数据结构课程的教学任务是让学生掌握一些最常用的数据结构,阐明数据结构内在的逻辑关系,讨论其在计算机中的存储表示,并结合各种典型应用说明其在进行各种运算(操作)时的动态性质及实际的执行算法。通过对不同存储结构和相应算法的对比以及上机编程练习,增强根据求解问题的性质选择合理的数据结构并控制求解算法的空间、时间复杂性的能力。 数据结构课程是一门实践性较强的专业基础课程,教学目的就是培养学生针对实际问题在数据结构的选择和应用、算法的设计及其实现以及程序设计方法等方面的基本技能和科学

6、作风。 2.2分析学生学习情况与教师自我分析 2.2.1学生学习情况分析 大学是各种知识整合升华的重要阶段,但如今许多大学生的学习状况不容乐观3。针对数据结构课程,主要问题如下。 1) 课程特点是概念多、综合性和技巧性强,大部分学生的反馈是:对授课内容听懂了,书上的内容也理解了,但自己做算法设计题时就感到无从下手,写出的算法结构不清晰、效率低,编写上机程序更是困难重重。 2) 大部分教材都用类C 语言描述,并且只描述出其主体部分,其他部分则不做重点介绍,甚至忽略,于是对于刚刚接触该门课程的学生来说,总有一种“只见树木不见森林”的感觉。不知如何应用,有的学生认为此门课根本就没有用,所以学起来自然

7、没有动力,达不到为后续课程的学习服务之目的。 3) 由于各高校都在扩招,各区域生源之间的差别较大,不少学生底子薄,对本课程的学习入门慢,从而产生厌学的情绪,影响教学质量。 2.2.2教师自我分析 教师的教育技术素养主要体现在:教育技术意识和理论水平,信息技术能力,信息技术与课程整合能力以及教学设计能力。另外,从当前高校教师的工作特点和考核制度来看,高校教师的工作实际上是教学科研并重,以“科研来促进教学,教学促进发展”。因此,探讨高校教师的教育技术素养必须从教学和科研两个方面展开4。 本专业数据结构课程主讲教师团队由3人组成,均具有多年丰富的教学经验。学位结构合理,博士1人、博士在读1人、硕士1

8、人。年龄结构合理,老、中、青各1人;职称结构合理,教授、副教授、讲师各1人。教育技术意识和理论水平先进,信息技术能力较强,曾参加2006年上半年全国高校计算机课程研修班数据结构课程研修班;科研能力较强,近三年来,共撰写论文13篇,主持或参加科研项目9项。 存在的问题主要是:作为一门理论性较强的课程,教师在以往教学过程中往往只注重讲解内容,给学生的实践机会较少,所以学生不知道“何时应用”、“怎样应用”。 2.3学时分析 根据教学大纲,本专业数据结构课程理论54学时,实验18学时,共计72学时。另外,期末安排1周课程设计。相比兄弟院校,学时安排较为充裕,能够完成课程大部分内容的讲授。课程中几个重点

9、难点部分的学时分配如表1所示: 2.4综合性手段与方案 1) 明确课程目的,修订并细化教学大纲。 数据结构课程主要是研究非数值计算程序设计问题中所出现的计算机操作对象数据,数据之间的关系逻辑结构、存储结构,对数据的操作各种算法、算法复杂性分析等内容的一门学科。它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、数据库系统等系统程序和大型应用程序的重要基础。学习数据结构课程的目的是了解计算机处理对象的特性,将实际问题中所涉及的处理对象在计算机中表示出来并对其进行处理。同时,通过算法训练来提高学生的编程能力,通过程序设计的技能训练来促进学生的综合应用能力和专业素质的提高。 针对本课程的

10、教学目标,重新修订教学大纲,对各教学内容进行细化,并讨论每个知识点的引入实例、教学方法、教学目标、实验内容等,以适应当前对学生创新素质教育的要求。同时,针对学生算法设计时感觉无从下手的现状,新大纲着重强调了对实际动手能力的培养。 2) 广泛调研,优选教材。 教学团队经过广泛调研和多年实践,选用严蔚敏编写、清华大学出版社出版的数据结构(C语言版)第2版。该书采用类C语言作为数据结构和算法的描述语言,概念表述严谨,逻辑推理严密,语言精炼,用词达意,并有配出版的数据结构题集(C语言版),便于教学,多年来广受各高校相关专业师生好评。3) 组织教学内容,理清主线。 数据结构课程的一个显著特点就是概念多。

11、学生之所以感觉老师讲的内容都听懂了可就是不会编写算法,正是因为他们没有把握住这门课程的主线,没有把概念理出层次,而仅仅是孤立的认知,所以不懂得灵活的应用。 因此,理清主线、对于基本概念的正确理解是合理选择算法的前提。在此基础上,明确数据结构是指数据之间的关系,它包括数据之间的逻辑结构、数据在计算机中的存储结构和数据的基本运算等3个方面。数据的逻辑结构是指数据之间的逻辑关系,分为4种结构:集合、线性结构、树形结构和图结构。数据的存储结构指数据在计算机中的存储形式,包括:顺序存储结构和链式存储结构。数据的基本运算:定位、插入、删除、更新。然后,讨论2种实际操作:查找和排序。最后,为了构造好的数据结

12、构及实现,还需要考虑数据结构及算法实现的性能,即时间复杂度和空间复杂度,如表2所示,自左向右即为本门课程教学主线。 讲解每一种数据结构时均贯穿这一主线,这样既保持了课程的逻辑性,又对课堂教学起到强化作用,加深理解和记忆。例如,讲解第三章的栈结构时,可以按照如下主线进行:栈是限定仅在表尾进行插入或删除操作的线性表,又称为后进先出线性表;栈的逻辑结构是线性结构;栈的存储结构可以是顺序存储结构(称为顺序栈)或链式存储结构(称为链栈);栈的基本运算为压栈(插入)、弹栈(删除)、读栈顶元素(定位)等;基于顺序栈和链栈的各种算法实现性能(时间复杂度、空间复杂度)的比较、各自适用的范围等;栈结构可以应用于解

13、决数制转换、迷宫求解、表达式求值等实际问题。 4) 淡化细节,强调算法思路。 算法是数据结构课程中的重要组成部分,每一章都有各自的算法。而目前所有教材都是基于某一种语言编写的,有类Pascal 语言、类C 语言、C/C+语言、Java语言等等。不管是什么语言,一旦将程序给出,就完全禁锢了学生的想象空间,学生只是一味的去理解程序的语句、过程和函数。而程序设计本身就是一种创造性的劳动,最有利于培养学生的创新能力,因此在课堂教学中,凡讲解算法时,均采用先自然语言描述思路,再类C语言(或其他)描述具体算法的方法。这样不仅解决了由于学生语言不足而影响算法掌握的难题,同时也给学生留下足够的发挥空间,培养了

14、良好的解决实际问题习惯。 例如,讲解“在顺序表L中第i个位置之前插入新的元素e”算法时5,首先利用自然语言描述算法思路如下: 判断各参数是否合法; 定位i号元素的位置; ni号元素依次后移一位; 将元素e放入i号位置; 表长加1。 然后再将各步骤转换成类C语言描述具体算法。 5) 提高教学趣味性,培养创新思维。 VB之父艾兰库伯(Alan Cooper)将程序员对创新思维的追求,比喻成囚徒对于冲破牢笼的渴望6。由此可见,创新思维对于学生从业之后的重要性。因此,数据结构课程的一个重要任务就是要突出对学生数据抽象能力、算法设计能力、创新思维能力的培养。 启发式教学是培养学生创新思维的重要手段。教师

15、在课堂教学中实施启发式教学,要善于从教学内容中挖掘问题,创设问题情景,激发学生思考。教师教学的艺术很大程度上取决于其设问技巧和创设问题情境能力。课堂教学中,让学生体验“面对问题,分析问题,解决问题”的过程非常重要。 6) 加强实验课管理,提高学生实际动手能力。 教材方面,依据实验教学的目的,从本专业学生实际情况出发,总结多年教学经验,撰写了数据结构实验指导书。指导书内容详细,极大方便了学生学习,巩固了课堂教学效果。在实验选题上,考虑到学生的个体差异,将实验设置成不同的类型:必做和选做实验,这两类实验都是结合相关课程的教学需要由授课教师设计的;前者目的在于帮助学生掌握基础知识和实验研究方法,例如

16、:基于线性表、栈和队列、串、二叉树等的操作以及查找、排序的实现等等,每个题目的学时安排基本在2学时左右,题目类型为验证性和设计性;后者则在于培养和鼓励学生的学习兴趣、扩大知识面以及培养学生的应用能力和创新意识,例如:共享空间栈问题、床位分配管理系统模拟问题等,每个题目的学时安排基本在4学时左右,题目类型为综合性。 3结语 在最优化教学模式应用于数据结构课程教学改革的过程中,我们完成了以下工作:重新确定课程定位与培养目标,修订并细化教学大纲,自编实验指导书,改革课堂教学方法,积极开展教学研究,进行课程实验教学与考试改革,将理论与实际应用相结合,注重启发式教学,注意学生创新能力的培养,注重教学反馈

17、、教学相长等。从学生的反馈信息来看,每个教学班提出的意见较实施改革以前有所减少,都能接受教学内容的组织和教师的授课方式;从学生的考试成绩来看,平均分也有所提高;从毕业生反馈信息来看,大多数从事软件开发工作,具备利用所学知识解决实际问题的能力,反映出最优化教学方法应用于数据结构课程教学产生了较好的教学效果。 参考文献: 1 余丽娟. 数据结构课程与学生逻辑思维能力的培养J. 职业教育研究,2008(2):140-141. 2 吴伟民. 数据结构和算法的可视化教学研究与实践J. 高等教育研究学报,1999,3(72):35-37. 3 王兆华. 当今在校大学生学习生活现状J. 山东商业职业技术学院学报,2007,10(7):48-51. 4 史先红,马秀麟. 高校教师教育技术素养提升策略探索J. 现代教育技术,2009,1(19):68-71. 5 严蔚敏,吴伟民. 数据结构(C语言版)M. 北京:清华大学出版社,2003:23-24. 6 艾兰库伯. 软件开发的创新思维M. 2版. 北京:电子工业出版社,2003:35-36.