“因专业施教”的数据结构教学改革探索

摘要：针对石油专业“数据结构”教学中存在的问题，在分析数据结构课程的特点、教学现状的基础上，提出相应的实施措施。教学实践表明，此教学方式能够弥补传统教学的不足，有利于于培养学生的逻辑思维和数据抽象能力。

关键词：数据结构；教学改革；教学手段

“数据结构”是计算机科学中的一门综合性专业基础课，是信息科学的核心课程，是研究非数值计算的程序设计问题中计算机操作对象以及它们之间的关系和操作等的一门学科。主要是培养学生分析数据、组织数据的能力。我校的部分专业，如资信、电子以及管理等专业都开设了数据结构课程；部分没有开设本课程的院系学生有时也主动旁听数据结构课程。由于数据结构具有较强的理论性和实践性，不同专业的学生特别是非计算机专业学生在教学过程中，无论是理论课程还是实践过程确实存在一定的困难。笔者作为该课程的主讲教师，结合自己在数据结构教学中的一些体会，谈谈对目前教改的认识。

1数据结构教学中存在的问题

1.1前导课程“欠债”较多

“数据结构”的前导基础课程是“C语言程序设计”和“离散数学”。我校有多个院系开设C语言课程，不同院系所开设的“C语言程序设计”的教学内容和教学要求并不完全一致。许多非计算机专业的学生一般在学习本课程之前并未经过严格的程序设计基础训练，教师为了教学进度采取“填鸭”式的教学方式，导致学生对C语言理解不深，特别是指针、结构体、联合体以及函数等知识点，而这些又传递影响到数据结构的教学。另外“离散数学”是学习“数据结构”的基础课程之一，但是由于课时不足，目前我校非计算机专业均未开设这门课。

1.2教学与专业背景脱节

“数据结构”是一门理论性、抽象性很强的课程，教学中一定要将课程内容与学生专业背景相融合，让学生结合专业知识加深对理论的理解，同时也让学生真正体会到数据结构理论是为专业实践服务的。但在目前的教学实践中，教师只注重学生课堂理论知识的掌握，在面向不同的专业的学生时采用相同的教学案例，这使非计算机专业学生很难产生“共鸣”，教学效果自然达不到理想的目标。

1.3教学重点模糊

在目前的教学过程中，无论是计算机专业还是非计算机专业都没有结合专业着重加强相应的知识点的教学。如我校的地球物理与信息工程学院就包括了测井、勘探、摄影测量与遥感等学科方向，而数据处理在测量工作中是最重要的一个环节。对测量数据处理往往需要解大型的方程组，这涉及到稀疏线性方程的压缩存储问题，可以采用三元组顺序表和十字链表的方式。因此在测井专业的教学内容上，应该将稀疏矩阵作为一个重点内容，为后续专业知识的学习奠定一些基础。

1.4教学内容取舍不当

目前我校数据结构的教学内容基本相同，没有根据专业具体情况注意内容的取舍。计算机专业数据结构为56课时，并有16课时的课程设计；其他非计算机专业的数据结构课时为56课时，其中有8课时实验课，但没有数据结构课程设计。在这种的情况下，让学生系统地掌握数据结构的基本内容，在教学内容的选择上必须注意取舍，一些理论性太强，在专业内应用面不够广泛的内容就可以舍弃，如广义表、动态存储管理以及外部排序等内容。

2 “因专业施教”的教学过程研究

2.1加强以数据结构为核心的课程群建设

目前，国内高校在数据结构课程教学研究中的实验教学方法、教学模式和教学内容优化等方面取得了一些实践性成果，但在课程综合体系建设方面仍然有一些不足[1]。非计算机专业教学时尤其要强调数据结构与其他相关课程的紧密衔接，并将离散数学、数据库、操作系统、图形学、图像处理等课程的主要知识点分散、穿插、融入到数据结构的教学中，从而优化整个课程体系结构。

2.2面向不同专业学生的数据结构教学方法研究

教学是以学生为主体，教师为主导的过程。教学方法是否适当，是否适合教学对象，是影响教学效果的关键部分。现有的主要教学方法包括[2]：启发式教学法、任务驱动教学法、案例教学法以及讨论式教学法等。每种方法只适合应用于某些特定的情形，课题组根据不同的专业的教学内容和教学对象，采取了不同的教学方法。例如，计算机专业、电子专业的学生采用启发教学方法，教学中注意讲解知识点时要尽力去打破学生头脑中的“平静”，激发学生思维活动，引导学生提出问题、分析问题和解决问题，归纳总结出一般规律或概念[3]。这种方法注重培养学生的科学思维方式，激发学生学习的积极性和创新精神。根据多年的教学经验，石油勘探专业适合于任务驱动教学法。勘探专业具有很强的专业背景，教师根据勘探专业教学大纲要求，精心设计地震数据处理实例任务，将教材中每个章节的重点、难点内容专业化、具体化、形象化、采用任务驱动法对数据结构课程展开教学。管理专业以及测井专业采用案例教学法。围绕教师所提供的测井系统软件案例，学生在教师的引导下，积极进行阅读、思考、分析、讨论和实践，从而达到深刻理解问题的原理和本质，提高分析问题和解决问题的能力，养成探究性的学习态度的目的。我校案例教学具体实施地点在多媒体教室，学生每人配备一台机器，能够完成实时网络教学任务。

2.3面向不同专业学生的数据结构教学内容改革

针对不同院系制订合理的数据结构教学内容，评估教学内容的取舍方案，通过突出重点内容，充实数据结构的专业应用环节。例如，测井专业的教学内容除了稀疏矩阵的应用外，由于测井信息通道不断增加，传输的数据量越来越大，必须对采集的数据在传输前后分别进行压缩。哈夫曼编码在测井数据的无损压缩方面发挥着重要作用。另外，在勘探专业地质建模中，通常需要对大规模地震数据进行分析以发现地下潜在可能的油气资源。地震数据的存储，八叉树是一种有效的方法。最短路径在井间地震层析成像开发中发挥着重要作用。因此，在讲解二叉树的基础内容时，有必要扩展一些八叉树的知识；在讲解图的应用时要注意结合井间地震数据层析成像的实际例子。

2.4面向不同专业学生的数据结构实践教学改革

实践教学是课堂理论教学的延伸和补充。培养并提高学生的实践能力是数据结构课程的基本目标。不同专业学生学习的侧重点相同。例如，电子专业在学习计算机语言时侧重硬件方面的应用，缺乏计算机程序设计基础训练，软件工程的概念不强；管理专业、测井专业以及勘探专业学生具有较好的软件编程基础，但逻辑抽象能力特别是面向对象分析与设计能力欠缺。即便是同一专业的不同学生，他们的学习主动性和学习能力各不相同。如果采用“一刀切”式的尺度要求所有同学，往往起不到良好的教学效果。为了达到“因专业施教”的目的，在进行“数据结构”实践教学时，课题组采用层次化设计思想，把实验自下而上分为概念基础层、应用基础层、应用提高层和综合层四个层次[4]。在进行试验教学时，管理、电子专业同学以概念基础层、应用基础层实验为主，适当增加综合层设计题目，以提高学生软件工程的意识。如测井专业学生以应用基础层试验为主，以测井工程中的具体问题为背景，强调理论与实践的结合，使同学们体会到“数据结构”是一门抽象理论与实践紧密联系、非常有趣味的课程，从而激发同学们的学习兴趣；勘探专业学生实践教学围绕理论课的综合层设计任务展开，各任务之间要耦合紧密，形成循序渐进的梯度，组成一个“任务链”。将同学们分为3～4人一组，确定小组成员的角色与任务。在这个过程中教师应该提供必要的与勘探数据处理相关的学习资料、参考方法等，为学生完成任务提供资源支持，使学生透彻理解各种数据对象的特点，学会数据的组织方法和实现方法，选择合适的数据结构，甚至改造基本的数据结构，并进一步培养学生良好的程序设计能力。

3结语

“数据结构”这门课程在计算机科学与技术中的地位举足轻重，也是石油相关专业的一门必修课程。教师在教学过程中，应当积极探讨，寻找有效的教学方法，充分调动学生的学习积极性，提高学生的学习兴趣，才能使学生真正学好“数据结构”。在非计算机专业学时少以及前序课程不足等因素的限制下，完成数据结构课程的教学工作并取得满意的教学效果，是一个具有挑战性的课题。本文综合实际教学经验在教学方法和实验方法上提出了一些方法和原则，从我校多年的数据结构教学实践看，采取了这些措施和方法后，学生明显感到数据结构好学多了，教学效果得到了显著提高。

参考文献：

[1] 张铭,许卓群,杨冬青,等. 数据结构课程的知识体系和教学实践[J]. 计算机教育,2004(2):89-91.

[2] 蔡敏,郑尚志,梁宝华.“数据结构”课程教学改革之我见[J]. 计算机教育,2009(4):50-51.

[3] 刘红梅. 启发式教学法在数据结构教学中的应用[J]. 电脑知识与技术,2009(3):661-662.

[4] 张玉华,周克兰.“数据结构”分层次实验教学的探索与实践[J]. 计算机教育,2009(3):108-110.

Research on Teaching Reform of Data Structure According to Specialty

LIAN Yuanfeng, WANG Xin, LI Li

(Department of Computer Science and Technology, China University of Petroleum, Beijing 102249, China)

Abstract: Concerning the existing problems of petroleum specialty in teaching ,this paper analyzes the features of Data Structures and proposes the implementation measure.The teaching practice shows that it can make up for the deficiency of traditional methods and improve the teaching effect of training students’ ability of logical thinking and data abstraction.

Key words: Data Structure; teaching reformation; teaching method

(编辑：彭远红)

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