《数据结构》课程实验教学改革探索

张程，何毅，肖建良

（大连理工大学城市学院，大连116600）

《数据结构》课程实验教学改革探索

张程，何毅，肖建良

（大连理工大学城市学院，大连116600）

《数据结构》是计算机类专业的核心课程，实验教学是教学环节的重要组成部分，也是教学过程中理论联系实际和培养学生创新实践能力的重要环节。为了提高《数据结构》课程实验的教学效果，从教学内容、教学方法和考核方式等面展开研究和探讨，并提出一些具有较强实用性的方法和建议。

数据结构；实验教学；教学改革；创新实践

0 引言

《数据结构》课程是计算机类专业的必修课程，是所有软件类课程的基础，也是各种程序设计类考试的必考科目，软件企业常常将该课程作为衡量毕业生综合素质和能力的指标性课程。数据结构实验教学作为教学环节的重要组成部分，其作用是融会、贯通理论课所学的专业知识，并能将课程中所学的各种结构和算法灵活的应用于不同问题领域。在实验教学中，要培养学生的创新精神和创新意识，鼓励学生独立思考，找到解决问题的新方法或对现有算法进行改进，全面提升学生分析问题和解决问题的能力、自主学习能力和创新实践能力。为了提高数据结构实验课程的教学效果，本文从教学内容、教学方法和考核方式等面进行了研究和探讨，并提出了相应的教学改革方案。实践证明，这一系列教改措施提高了学生的学习热情和学习兴趣，取得了良好的教学效果[1]。

1 教学内容改革与实践

传统数据结构的实验教学只是巩固和复习理论课内容，多为一些验证性、演示性以及基础知识的实验操作，缺乏针对算法应用和算法设计的实验内容，只注重知识的学习，忽视了能力的培养，很难调动学生的主动性和积极性，教学效果不佳。针对该课程的教学特点，我们把数据结构课程实验分为三类：理论验证型实验、算法设计型实验、创新实践型实验，并按递进的方式组织实验教学。

（1）理论验证型实验针对每个单元的知识要点，验证理论课所学结构和算法的有效性和可行性。教材中的每个单元，都有相应的实验。例如，二叉树这一单元的理论验证型实验包括：二叉树的遍历算法（递归和非递归），二叉树基于遍历的相关操作算法（创建二叉树，二叉树的复制等），哈夫曼树和哈夫曼编码构建算法。实验教学中，首先要让学生理解算法的功能，然后用伪码或流程图描述算法，最后编码实现完成实验操作。通过理论验证性实验，既使学生巩固和复习了理论知识，又锻炼了学生的实践动手能力，加深了学生对常用结构和算法的理解。

（2）算法设计型实验要求学生能够综合运用每章所学的理论知识，解决一些较为复杂的算法问题。教材中的每章，都有相应的实验题目。例如，图的实验题目是：依据图搜索的BFS算法，设计D-算法，D-与BFS的不同之处在于用栈代替BFS中的队列，入、出队的操作改为入、出栈的操作。算法设计型实验要求学生不仅要有扎实的理论基础，还要掌握基本的程序设计方法、技巧和调试方法。实验教学中，教师要引导学生从已知问题出发，独立思考，找到解决问题的思路，例如，对于图搜索D-算法的设计题目，教师要引导学生找到两个算法的异同之处，并根据BFS算法的设计思路和步骤，独立完成D-算法的设计，最后编码实现完成实验操作。学生对这类实验很感兴趣，积极性很高，实践教学中取得了良好的教学效果。通过算法设计型实验，即培养了学生分析、解决问题的能力和独立思考能力，又提高了学生的思维水平，激发了学生的潜能。

（3）创新实践型实验要求学生设计、实现一个完整的系统。实验项目来自于教师的科研课题或竞赛项目，学生用现有知识和经验无法全部解决，必须进行探究和研究性学习以及团队合作[2]。所有的实验项目均是开放性的，鼓励学生找到新的解决方法或改进现有方法。图1是一个创新实践型实验项目的例子。

图1 创新实验项目

创新实践型实验是对课程的总结，考核学生对课程知识的综合运用能力，需要学生以小组的方式完成。实验教学中，教师要参与到实验项目设计的各个环节之中，关键是要起到引导的作用，在学生遇到问题的时候，指出正确的设计思路、研究方向和查阅哪些相关文献资料。通过创新实践型实验，培养了学生的自主学习能力、创新实践能力和团队合作精神，使学生毕业之后，即能投入工作，成为企业需要的人才。

2 教学方法改革与实践

传统的教学方法以教师为中心，采用“教师讲，学生听”的教学模式，它并不适应数据结构实验课程的教学要求，教师应该对教学方法进行革新[3]。针对数据结构课程的特点，在实验教学环节综合运用以下几种教学方法，取得了比较理想的教学效果。

（1）边讲边练，良性互动。数据结构实验教学中最突出的问题就是学生“会读不会写”，即学生能够读懂算法，但是不会编码实现。这就要求教师在实验教学中采用边讲边练的教学形式，“讲”是把算法原理与其编码实现结合起来，让学生明白算法中每段代码的作用和功能；“练”是要求学生通过模仿，加深对算法的理解，锻炼学生的动手有能力。在“讲”和“练”的过程中，师生之间要有良性的互动，通过互动，教师可以了解学生的掌握情况，有针对性地制定下一步的教学方案。

（2）案例教学。实验教学是教学过程中理论和实践相结合的重要环节，要让学生了解数据结构的应用领域和最新的研究成果。因而，在实验教学中有必要采用案例教学的形式，使学生在学习课本知识的同时，对理论知识的应用、科学研究方法与手段有所了解和掌握。例如，线性表的案例—约瑟夫环问题；栈的案例—表达式求值问题；队列的案例—打印队列管理；树的案例—应用四叉树实现空间划分问题；图的案例—机器人路径规划问题等。通过这些案例提高了学生编程能力和解决问题的能力，进而培养学生的创新实践能力。

（3）启发式教学。实验教学中，教师不仅要把教学内容讲明白，还要拓展学习内容和解题思路，启发学生深入思考，构建同一问题的不同解题思路。例如，在讲解哈夫曼树时，启发学生采用不同的存储结构实现哈夫曼树的创建算法，加深了学生对算法的理解，培养了学生的探索精神和创新意识。

3 考核方式改革与实践

考试是教学活动的重要环节，其目的是检验学生对课程内容的理解和掌握程度[4]。通常，数据结构实验成绩就是依据实验报告成绩，由于实验报告存在抄袭现象，所以不能客观地衡量学生的学习成果。因此，数据结构实验课程采用了“报告+上机考核+演示答辩”的考核方式。通过实验报告，教师可以了解学生基础知识的掌握情况和常规算法的应用能力，基础验证型实验采用这种考核方式；通过上机考核，教师可以了解学生的动手实践能力、分析问题和解决问题的能力，设计开发型实验采用这种考核方式；通过答辩演示，教师可以了解学生对课程知识的综合掌握情况，自主学习能力和创新实践能力，创新型实验采用这种考核方式。

4 结语

针对数据结构实验课程的特点，结合多年的教学经验，本文从教学内容、教学方法和考核方式等环节进行了一些改革尝试。实践效果表明，这些改革尝试，能够激发学生的学习兴趣，提高了学生的动手能力和创新实践能力，取得了较好的教学效果，并可为计算机类专业实验课程的教学改革研究提供一些有意义的借鉴。

[1]张程，张坤.多元化人才培养模式下的《数据结构》教学方法[J].沈阳大学学报（社会科学版），2013（12）：780-782.

[2]郭晓利，冯力，郭平.数据结构课程立体化实践教学模式的探讨[J].东北电力大学学报，2009，29（5）：25-27.

[3]青宇航.关于《数据结构》现代教学方法的探索[J].教育与职业，2007（9）：151-152.

[4]琚生根，廖勇，周刚等.ACM 竞赛与实验教学创新[J].实验技术与管理，2009，26（5）：125-126，131.

张程（1977-），男，辽宁大连人，硕士研究生，副教授，研究方向为虚拟现实、人工智能

何毅（1978-），女，辽宁大连人，硕士研究生，副教授，研究方向为数字图像处理、移动应用开发

肖建良（1964-），男，辽宁大连人，硕士研究生，副教授，研究方向为网格计算

Exploration on the Experiment Teaching of Data Structure Course

ZHANG Cheng，HE Yi，XIAO Jian-liang
（City Institute，Dalian University ofTechnology，Dalian 116600）

Data Structure course is a core course of Computer Science and its experiment teaching is very important which can link the theory with practice and cultivate college students'practicalability and creativity in the whole teaching process.In order to improve the resultofthe experimentteaching,discusses the teaching contents,methods and evaluation of Data Structure course,and proposes some practicalmethods and suggestions.

Data Structure;ExperimentTeaching;Teaching Reform;Innovative Practice

大连理工大学城市学院教育教学研究基金（No.JXYJ2015006）

1007-1423（2017）30-0061-03

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.30.013

2017-07-13

2017-09-25