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女院数据结构课程的教学探索与体会
  摘 要:本文从教学过程中出现的问题出发,针对女生智力结构以及数据结构课程较强的理论性、实践性、逻辑性的特点分析了问题出现的原因,指出了教师要在教学过程中结合女生的特点和实际情况,优化教学内容和方式,深入浅出,采用直观形象、形式多样的教学方法和手段,充分重视实践教学的重要性,同时在教学过程中给予学生适当的压力来激发学习的动力,让学生在问题求解的过程中体验学习的乐趣并获得心理上的成就感,进而激发学习热情,提高教学质量。
  关键词:数据结构;教学方法;实践教学
  
  1 探讨数据结构教学方法和手段的必要性和重要性
  
  数据结构是计算机学科的一门综合性的专业基础课,也是计算机学科的核心课程,在整个学科知识体系中占据非常重要的地位。通过该课程的学习,不仅为后续课程打好理论基础,而且进一步提高数据抽象能力和程序设计能力。数据结构课程内容多、概念多、方法多、高度抽象、逻辑性强、技巧性强、实践性强,这些特点决定了教与学的难度较大,但其教学水平和效果又将直接影响后续课程的学习以及学生程序设计实践能力的提高。同时高校教学改革,课程学时压缩,这更增加了教学的难度。
  另外我们授课的对象全是女生,研究表明:女性的智力与男性在总体上基本相同。只是在智力结构上有些差异:在思维方面,女生长于形象思维而弱于抽象思维;在感知方面,女性要比男生敏感、知觉速度也比男生快,而反应速度则比男生慢。男女的智力各有所长,各有所短,这就要求教师了解男女智力结构的差异,有针对性地给予女生适当的教育、指导和帮助,促使她们取长补短,不仅要注意知识的传授,更要注意方法的指导和能力的培养。另外计算机系大约40%的学生是从我院文科专业调剂进来的,这就更需要教师有针对性地进行引导。
  考虑到数据结构课程和女性思维的特点以及我院计算机系生源情况,为了保证和提高数据结构的教学水平和教学质量,我认为很有必要分析教学中存在的问题,并进一步探讨更适用于具体教学对象的教学方法和手段。
  
  2 教与学的过程中存在的问题以及相应的解决措施
  
  下面从教与学双方在课程教学过程中存在的问题出发,分析其原因并寻找解决这些问题的思路,以期提高教学水平、改善教学效果,达到该课程的教学目标。
  常见问题有:
  (1) 不是自己报考的第一志愿,首先心理上不喜欢,有畏惧感,觉得难学;
  (2) 觉得算法理论太抽象,逻辑性太强,难理解,难掌握;
  (3) 上课算法理论听得懂,上机实验实现算法时觉得无从下手,当编程解决实际问题就感觉更难了;
  (4) 内容多,概念多,学习中难以把握整体内容,学完后不知道到底学了些什么;感觉在课堂上思路跟不上,难以消化;
  (5) 不知道学习算法在实际中有什么用,逐渐失去了学习兴趣;
  (6) 教材上的算法多,难以全部上机实现;
  (7) 不重视上机实验,觉得能读懂算法和书面编写算法就可以了;等等。
  中华女子学院重点教改立项 女性计算机应用型人才的实践教学研究(2006-2007)
  对上述问题总结分析后,笔者觉得可以从以下几个方面来改善数据结构课程的教学方式和效果。
  2.1 分析实际情况,有针对性地开展教学
  (1) 教师要了解学生的前导课程“程序设计基础与C语言”的学习掌握情况。“程序设计基础与C语言”是数据结构的前导课程之一,学生对C语言程序设计的掌握程度直接关系到数据结构课程的课堂授课和上机实验的教学效果。“程序设计基础与C语言”是学生接触到的第一门编程语言,教与学的难度都很大,学生仅仅通过一学期的学习难以熟练掌握融会贯通并具有较高的编程能力。尤其,指针、结构体和函数等知识点是“程序设计基础与C语言”中的教学难点,学生普遍理解不深,难以在编程中灵活应用,但这些知识点在数据结构课程中频繁应用。对这些知识点的熟练掌握是在数据结构课程中理解理论算法和完成上机实验的重要保证。为此,我在教学中注意做到以下三点:
  ●与“程序设计基础与C语言”的授课教师做好教学的沟通工作,做好课程之间的衔接,将数据结构课程中经常用到的知识点重点讲授并加强上机实践。
  ●在讲数据结构算法之前复习剖析C语言中的指针、结构体和函数等知识点。具体形式可以是在课堂上以程序实例的形式对这些知识点进行复习,尤其指出学生难理解、容易混淆和犯错误的地方;布置涉及这些知识点的课外编程作业,通过作业批改发现学生存在的问题然后集体重点讲解;在教学中强调指针、结构体和函数等在数据结构课程中的重要性,让学生课外重点复习等等。
  ●灵活使用教材[1]。基于C语言的数据结构教材中大部分使用类C语言描述算法,而学生在上学期刚学完C语言程序设计而且实际编程经验少,难以应用自如,因此,类C语言与C语言程序之间的转换成为不少学生听课和上机实践的一道障碍,甚至在学习开始就打击了不少学生的学习信心和积极性。在教学中我注意采取措施来缩短学生实际情况和教材之间的差距:比如,前几周的授课和上机实验中,可以给出算法的完整源程序并详细讲解,这样为学生实现类C语言算法描述和C语言源程序的转换提供范例,降低学生进入数据结构课程的难度,避免学生因此产生畏难情绪而失去兴趣和信心;对于基本操作比较多的数据结构类型,在实践教学中可以给出部分源代码,让学生编写主要的操作函数,然后直接嵌入源代码中进行调试,用来降低难度并提高上机实验的效率;提醒学生充分利用教材随带的光盘资料,如程序源码和算法演示软件等。
  (2) 考虑到女性思维的特点,可以充分利用多媒体技术,采取直观形象的教学方式。数据结构课程抽象、逻辑性强,而女性思维长于形象思维而弱于抽象思维,为此我尽量采取直观形象的教学。例如利用多媒体课件动态演示在单链表中插入、删除结点的过程等,演示形象生动加深了学生对算法的理解;尽量对照现实生活中的例子来引入知识点,例如通过在食堂就餐时取、放餐盘的例子引入对栈逻辑特点的讲解,用取款排队的例子引入对队列逻辑特点的讲解,激发学生对“计算机程序如何实现”的好奇心,调动学生的学习积极性。
  (3) 考虑到不同学生的不同情况,采取分层次教学方式。分层次教学方式的目标是让每个学生都能在学习过程中获得尽量大的成就感,最大程度地调动学生学习的积极性。
  2.2 优化教学内容与方式
  (1) 教师要分析清楚数据结构的知识体系结构,把课程的整体框架提供给学生。课程内容主要包括线性表、树、图三大类数据结构和查找、排序两大类算法,其中栈和队列是线性表的两个特例,线性表是树的特例,树是图的特例,查找和排序是实施在三大类数据结构上的操作,由线性到非线性,由简单到复杂,这样有机联系地组成数据结构的整体框架。
  (2) 贯穿三点一线原则。讲授过程中贯穿一条主线即从线性到非线性由简单到复杂的三大类数据结构,而每类数据结构包括逻辑结构、存储结构和基本操作的实现。
  (3) 把握重点。把握数据结构的整体框架,贯穿三点一线原则讲授内容,同时要把握好重点,有选择有层次地教学。例如,线性表是最常用且最简单的一种数据结构,栈和队列是操作受限的线性表,树和图往往要做线性化处理,因此要把线性表作为重中之重的内容进行透彻的剖析。对于线性表的两种存储结构顺序表和单链表,把单链表作为重点和难点来讲授和上机实验,把单链表中的插入、删除、查找等基本操作作为重点。再如,二叉树的遍历操作作为重点来讲授和上机实验,而哈夫曼算法作为可选的上机实验内容。查找和排序算法中选择折半查找、二叉排序树查找、哈希查找、直接插入排序、冒泡排序、快速排序作为教学和实验的重点内容。
  2.3 理论联系实际,激发学习兴趣
  兴趣是最好的老师,教学过程中要注意采取多种手段激发学生的学习兴趣。
  首先,良好的开端是成功的一半,为了不让学生从一开始就产生畏难情绪,上好第一堂课非常关键。第一堂课不能直接进入概念、术语和算法的学习,可以先介绍与数据结构相关的现实生活中的例子来激发学生的好奇心和学习兴趣,例如图书馆的书目检索系统、人机对弈问题等等。另外可结合考研、就业以及后续课程的学习等介绍数据结构课程的地位和作用。接着引入学生所熟悉的农夫过河问题(农夫、狼、羊、白菜),先让学生思考并给出答案,然后介绍用计算机程序解决该问题的思路和步骤,从而让学生对于数据结构课程学什么以及怎么用等有个概括的印象。
  其次,在接下来的教学过程中注意理论联系实际,通过生活实例来引入数据结构及算法,注意介绍算法的背景知识和能解决的问题等。例如,通过现实中的排队现象引入队列的概念并介绍队列可以解决的问题如打印机作业排队问题,另外,充分利用多媒体教案和课件的直观形象以及动态性也可以提高学生的学习兴趣。
  2.4 加强实践教学改革[2]
  数据结构是一门实践性很强的课程,不仅要学习理论知识,更要注重上机实践。通过上机实践来验证理论内容并加深对各种算法的透彻理解,同时在实践中不断尝试,不断地积累经验,逐步养成良好的程序编写风格,提高程序调试能力以及解决实际应用问题的能力。结合教学的实际情况,我认为可以从以下几个方面来加强和改进实践教学。
  (1) 开始两周内可以给出适当的上机实验题目复习C程序语言中的指针、结构体和函数等知识点,并根据上机实验的情况对数据结构中常用及易出错的地方进行集体重点讲解,为后面算法的上机实验打好编程语言基础。另外,为了打消学生的畏难情绪,数据结构算法的前两次上机实验时教师可以先给出完整的源程序,让学生在主函数中添加语句来体验数据结构的基本操作的执行,再逐步过渡到自己编写完整的源程序。
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