提高数据结构课程设计教学质量的探讨与实践

时间:2022-02-06 04:24:50

提高数据结构课程设计教学质量的探讨与实践

摘要:数据结构课程设计是高等院校计算机专业的一门重要专业实践课,文章就目前普遍存在的课程设计教学质量不高的问题,结合我院实践从五个方面介绍提高教学质量的措施,并对此做了分析和探讨。

关键词:数据结构;课程设计;教学质量

数据结构是计算机专业的核心课程之一,是计算机软件技术的基础,以数据为中心讲述问题如何在计算机程序中得以实现。该课程的教学不仅要注重学生对理论知识的理解,更要培养学生能针对具体问题,设计合理的数据结构,对数据进行有效的存储、操作,并能完成相应的高效算法。课程设计的教学是整个教学环节中非常重要的一环,它弥补了课堂教学中实践少的缺陷,其教学目标不仅要培养学生缜密的逻辑思维和数据抽象能力,更要培养学生在软件设计领域科学的思维方式,将算法理论和编程实践完美结合,能够在工程实际中灵活应用。因此不断改进课程设计的教学方法,提高教学质量是培养高素质软件人才的迫切要求。

1存在的普遍问题

1.1编程语言基础差

数据结构课程设计通常是在大二进行,算法是基于C/C++语言。虽然学生之前已先修过这些课程,但C++本身规则复杂,面向对象的思想不容易掌握,而学生又没有经过系统训练,普遍存在编程语言基础薄弱、对调试程序的方法不够熟练、程序结构设置不合理、代码编写可读性差等问题。不少同学反映算法能听懂,看教师演示一些实例也觉得简单,但轮到自己编程就无从下手。这种状况直接制约了学生完成课程设计的质量[1]。

1.2缺乏系统的软件开发思想

计算机专业的课程体系中,软件工程通常安排在数据结构课程设计之后,这样学生在进行课程设计时,尚不具备软件开发的思想。遇到问题时,只考虑怎么实现,没有进行整体软件开发的过程规划,忽视了软件的性能、质量、甚至于需求都不甚明确就急于动手编写程序。这样的做法使得课程设计的完成效率很低,经常需要返工。

1.3教师的指导“过多”或“过少”

课程设计中,教师的指导相当重要,但是目前存在两个极端,有的教师对每个课程设计都讲解得面面俱到,如何实现,用什么样的存储结构,所得结果等都作了交代,学生只是被动的接收者,这种“填鸭式”的教学方式制约了学生的创新能力。而另一个极端,有的教师认为课程设计是由学生上机完成的,教师督促学生,最后给出考评,对学生完成课程设计的过程关注太少,很多学生因此敷衍了事。教师如何把握指导的度,如何指导是学生能力能否得到提高的一个重要因素[2]。

1.4考评制度不合理

长期以来,课程设计报告被看成是评定学生成绩的一个重要依据,而对学生软件开发的过程关注不多,学生只要上交了报告就能获得成绩[3]。这样的做法导致学生过度追求报告的整洁度、实验结果的正确性等。甚至部分同学抄袭、直接从互联网上下载报告交差。一个学期下来,除了交了几份报告,学生的收获甚少,课程设计教学效果甚微。因此,必须改革考评制度,才能真正培养学生的动手能力、创新能力。

2提高课程设计教学效果的措施

2.1规范软件开发的过程,培养良好的编程习惯

在学生开始课程设计前,教师首先通过一个具体的实例,从需求分析、概要设计、详细设计、编程测试等各个方面出发,让学生了解完整的开发软件过程。在数据结构课程教学中,所有算法均用可运行程序讲解,避免出现懂算法不懂编程的现象。有意识地让学生强化编程的技巧、调试方法、面向对象思想等内容。

我院数据结构课程组教师采用面向对象的思想,将数据结构中基本算法全部用C++模板类实现,学生通过多看、多读这些规范的程序,取得了不小进步。

2.2梯度命题,循序渐进开展课程设计

课程设计以往是教师根据实验指导书布置课题后由学生完成,部分学生感到难度很大,无从下手。现阶段我们将课程设计改为验证型、验证设计型、设计应用型多种层次,针对各种基本数据结构,教师首先用模板类实现,学生在课程设计时先用实例验证程序,在此基础上,设计出预留的一些函数接口,实现该类的部分功能。最后再针对某一具体问题,由学生开发出完整的程序。这是一个由易入难的循序渐进的过程,学生通过验证型实验更加牢固掌握基本数据结构,再由验证设计型和设计应用型实验学会如何应用数据结构,如何在计算机中实现存储,实现各种需求的功能。

下面以二叉树部分内容为例,首先实现二叉树的模板类如下:

/*二叉树类*/

template

class BinaryTree

{

public:

BinaryTree():m_root(NULL){} /*构造函数*/

~BinaryTree()//析构函数

/*按以先序次序输入结点值的方式建立二叉树的接口函数*/

void Create1(ElemType ch[],const ElemType &endChar);

/*以二叉树的先序和中序次序建立二叉树的接口函数*/

void Create2(ElemType ch1[],ElemType ch2[],int );

/*先序递归遍历二叉树的接口函数*/

void PreorderTraverse (void (*visit)(const ElemType &));

/*中序递归遍历二叉树的接口函数*/

void InorderTraverse (void (*visit)(const ElemType &));

/*后序递归遍历二叉树的接口函数*/

void PostorderTraverse (void (*visit)(const ElemType &));

……

private:

BTNode *m_root;

/*按先序次序输入结点值的方式建立二叉树*/

void _Create1(BTNode* &,ElemType ch[],const ElemType &,int &);

/*已知二叉树的先序遍历次序及中序遍历次序,建立二叉树*/

void _Create2(BTNode * &,ElemType ch1[], ElemType ch2[],int ,int ,int &);

/*先序递归遍历二叉树*/

void _PreorderTraverse(BTNode* ,void (*visit) (const ElemType &e));

……

};

对于这样的模板类,设定的验证型实验为:给定一棵二叉树,验证其先序中序和后序遍历结果。在掌握了二叉树遍历的基础上,设计出模板类中预留的两个接口函数create1和create2。最后,安排设计型实验为创建表达式树;分别用三种遍历方式遍历该树,比较它与实际的波兰式、中缀式和逆波兰式之间的区别;完成给定表达式树的表达式求值运算。这样有梯度地安排课程设计,一方面强化了基本概念,另一方面引导学生完成更复杂的设计。对基础薄弱的同学来说,验证型实验难度不大,基本都能完成,大大增强了自信;对优秀学生来说,挑战设计型实验更能提高自身的能力。

2.3抽丝剥茧,层层深入启发

学生遇到复杂问题时,往往一筹莫展,不知如何下手。教师应教会学生如何从问题本身出发,层层分析,应采用哪种数据结构,用到什么样的操作,在这样的操作需求下应用何种存储方法比较合适,最后细化到具体的函数实现。

如教学计划编制问题[4],要求根据课程和课程之间的先修关系,得到合适的教学计划安排。首先分析这个问题是对有向图进行拓扑排序,课程和课程之间的先修关系可用有向图描述出来。数据结构为有向图,存储方式为邻接表,应用的操作是拓扑排序。拓扑排序的基本思想是先输出有向图中入度为零的顶点,再从图中删除该顶点和所有以它为尾的弧,重复执行,直至图中所有顶点均输出为止。要完成拓扑排序,首先要求出图中所有顶点的入度。拓扑排序算法中还用到了一个辅助的数据结构栈,因此还需要初始化栈、出栈,入栈,判定栈空等操作实现。这样层层分析下来,程序中需要的函数一一明了:创建有向图、邻接表的建立、求顶点入度、初始化栈、出栈、入栈、判定栈空、拓扑排序等。函数层次关系图示如图1所示。

图1函数层次关系图

通过这样的教学方式,学生学会了带着问题去思考,逐步学会将大的程序化解成若干小函数,最终经过整合完成整个设计开发。

2.4加强团队合作,调动每位同学积极性

在课程设计中,针对每一种数据结构安排了一个工程性综合实验,这个综合实验由几名同学组成小组合作完成。团队成员分工明确,一名同学担任组长,负责组织和控制组内的工作进程,强调任务落实到组内每一个同学。

教师布置任务后,每个团队将软件开发流程应用到课程设计中,实质性进行问题规划、模块划分、项目整合等工作。只有团队中每个成员都积极面对,整个团队才能获得优秀成绩,无形之中鞭笞每位同学认真对待。在一个团队中,大家集思广益,可以跟伙伴一起交流,互相学习,形成共同进步的良好局面。

最后在验收答辩时,团队中每个成员都应汇报自己所做工作,教师和其他团队可以提问,交流开发过程中的心得。

2.5改革考评制度,从多角度综合考虑成绩

合理的考评制度可以对课程设计过程进行有效的监控,通过考评体系可以反馈各阶段的进展情况,便于总结经验,找出不足,保证课程设计的质量和效果。课程设计考评有别于普通的课程评分,我分院数据结构课程设计的成绩由几个方面综合决定:课程设计的内容、课程设计的实现以及实验报告。各项考评指标均有一定的权重,能够比较客观公正地确定学生成绩。其中课程设计的内容主要考虑学生所选课题的难易度、工作量多少。实现过程主要考虑完成情况、软件代码规范化、文档规范化、答辩质量等,最后由学生提交设计报告进行总结和讨论。设计报告除了包括常规的系统需求分析,概要设计,详细设计,调试分析和实验结果外,还鼓励他们提出优化方案,对于每个课程设计再“多想一点”,即其他可能存在的求解方法,如已经使用了链式存储结构实现,那使用顺序存储结构如何实现?各种设计的优缺点是什么?如何提高时间空间性能?通过总结,学生对问题有了更加深入全面的理解,锻炼了扩散思维方式,培养了创新能力。同时教师对评价优秀的学生或团队给与奖励,促使学生之间形成你追我赶的良好学习氛围,整体提高教学质量。

3结语

数据结构作为计算机专业的重要基础课程之一,对学生软件开发习惯的培养至关重要。提高课程设计教学质量不仅可以巩固基本知识,还可以让学生适应快速发展的软件开发技术,激发学生学习和研究的兴趣。本文从五个方面讨论了提高课程设计教学质量的措施,通过一个学期的教学实践,从效果上来看,这届学生分析问题、解决问题的能力,综合创新能力,学习积极性都比前几届学生有了明显提高,绝大部分的同学都能顺利完成课程设计并获得较好成绩,这为他们后续的课程打下了坚实的基础。

参考文献:

[1] 庞晓琼. 案例驱动的数据结构课程设计教学改革实践[J]. 计算机教育,2009(1):53-64.

[2] 陈越,何钦铭,冯雁.“数据结构”综合性课程设计教学探索与实践[J]. 计算机教育,2008(8):54-55.

[3] 李群,赵玉霞,庄波.《数据结构》实验课程设计与探讨[J]. 中国现代教育装备,2007(3):27-28.

[4] 严蔚敏,吴伟民. 数据结构(C语言版)[M]. 北京:清华大学出版社,2006:180-182.

Discussion and Practice on Improving Teaching Quality of Data Structure Course Design

XU Chong, WANG Libo, JIANG Juan

(College of Computer Science, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310018, China)

Abstract: Data Structure course design is an important professional practice lesson for computer major in university or college. According to the current situation of the low teaching quality for course design, based on the experience in our college, the paper puts forward several steps on improving the teaching quality, and then have been analyzed and discuissed.

Key words:Data Structure; course design; teaching quality

注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

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