基于创新理念的数据结构教学方法探讨

1、基于创新理念的数据构造教学方法讨论摘要本文从进步学生创新意识和创新才能出发，介绍了?数据构造?课程的多种现代化教学形式在教学中的应用，并对?数据构造?课堂教学的组织与设计、网络教学方案设计以及实验教学设计等方面作了详细的讨论。关键字数据构造，网络教学，教学形式，教学方法，创新1引言“创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴隆兴隆的不竭动力，“必须不断推进教育创新1。因此，创新教育是教育开展的根本，是社会开展的必然。在作为目前教育主战场的课堂教学中进展创新教育的结果如何，将直接影响教育创新整体推进的进程，课堂教学中的创新教育是教育创新的重要组成局部。?数据构造?是计算机及相关专业中一门重要的专业根底课

2、程，也是其它理工专业的热门选修课。它涉及数据在计算机中的表示、组织和处理，以及相应构造上的算法设计和初步的算法性能分析技术。其研究思想和研究方法在计算机科学中许多有深度的研究领域得到广泛的应用，为学生今后从事理论研究、应用开发、技术管理工作提供了坚实的理论根底2。但该课程具有相当的抽象性和动态性，容易造成教学低效和学时膨胀。如何使学生更好地掌握最常用的数据构造，理解数据构造内在的逻辑关系，数据与关系在计算机中存储表示以及在这些数据构造上的运算和实际的执行算法，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的才能，是这一门课程的目的和宗旨。2教学原那么随着网络技术的日臻成熟，多媒体教学有着传统教学手段无法

3、比较的优势和特点，它是现代教学改革和将来教学手段开展的方向，利用课件辅助课程教学业已成为高等教育体制改革的一个重要环节3。多媒体教学有很多优点：它集讲课、习题课、演示算法为一体，具有生动、形象、直观的特点，所显示的版面标准、文字精练、形式多样，多重感官刺激，极大地调动学生听课的积极性，有助于学生很好地理解和掌握所学内容。为了拓宽学生的思路和开阔学生的眼界，除了教材上的知识外，还精选了一些其它参考书中的内容和一些实际应用的内容，用黑板不可能有时间讲，但多媒体教学可以。许多用黑板很难讲解的内容，多媒体可给学生留下深入的印象。多媒体教学在讲详细的算法实现方面显得特别优越4，可以先给学生讲解算法，然后

4、给出数据来执行算法，学生一边对照着语句一边执行观察数据的变化，或用动画演示执行过程。尤其对于递归算法，传统的黑板讲解递归算法很不方便，而且算法的执行过程不易理解。采用动画演示递归算法，生动、形象，学生很容易看出何时发生递归调用，何时返回到上一层调用途。多媒体教学中需要引起注意的一点是教学主体没有变。在教学过程中始终要把握好学生的主体地位，发挥老师的主导作用，防止课件的喧宾夺主。由于借助多媒体教学具有信息量大，呈现快速、表现直观、操作简便的特点，教学活动很容易出现“课件喧宾夺主的不良倾向。师生依赖荧屏展现，演示成为关注的中心，课件扮演着课堂主角，由此导致老师无视教学的策略与方法，无视教学的难点与

5、重点，无视学生的感受与反响，无视与学生的情感交流；导致学生只关注屏幕内容而忙于抄录笔记，忽略老师的讲解，也无暇考虑问题，所谓“上课变成“看课。利用多媒体辅助教学以期到达最正确教学效果。首先必须树立现代化的教育观：把“以老师为主体、“课程为中心的传统教育观转变为“以学生为主体、“以学生为中心的新的教育观，从“以传授知识为主转变为以培养学生具有独立获取知识、发现创新知识的才能为主，把学生创新才能的培养放在重要的地位。利用指导法教学、“启发式教学来表达“以教为主导，以学为主体的教学原那么3，老师不再是知识的传递者，而是学习的组织和引导者。在教学方法和教学体系上采用与传统教学截然不同的现代教学形式，将

6、多种现代教学形式应用于课堂和网络教学中。3现代教学形式教学形式是教学根底理论的详细化，也是教学详细经历的概括化。目前，国内外有影响的现代教学形式主要有5：l掌握学习形式：强调个别化教学，利用及时反响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响的重要途径。研究说明：个别化教学的学生的平均分比群体教学高两个标准差，前者绝大局部学生考试成绩到达优良，而后者那么只有少数。2发现学习形式：首先提出问题，带着问题意识观察详细事实，然后再上升到一般的概念。3范例教学形式：老师用特例详细直观地说明“个体的详细特征；根据范例“个体的知识推论特点，分析掌握整个“类别事物的特征，使对“个体的认识上升为对

7、“类别的认识，从而掌握其规律和范畴；再范例地获得关于世界的关系的经历，认识更为抽象或总结性的规律。4最优化教学形式：一个好的最优化教学方案的形成的根本过程是：分析教学目的与教学任务；分析学生学习情况与老师自我分析；学时分析；选择条件下最正确教学任务的综合性手段与方案；对教学质量进展评价。传统的教学方法和手段，制约了以上教学形式的推广应用。AI，尤其是网络AI系统的建立和以可视化为特征的多媒体技术的应用，有利于综合这些形式的长处，创立各种现代教学形式。4课堂教学设计4.1教学目的分析根据最优化教学形式，设计一个好的最优化教学方案，首先要对教学对象的情况进展分析，理解学生的根底知识掌握程度、使用计

8、算机的才能等实际情况，在课堂教学、网络多媒体辅助教学系统的设计和使用过程中要做到心中有数、有的放矢。否那么讲课时只是一味灌输教材内容，不管学生理解和掌握了多少。即使老师讲得头头是道，多媒体辅助教学系统做的再好，也不会获得理想的效果。由于“数据构造所涉及的算法大多采用数组和指针来描绘，而后者对非计算机专业的学生来说那么相对较难，需要对语言中指针的概念补充讲解。所以对计算机专业和非计算机专业的学生的课堂与网络教学上就采用不同的侧重点，在实验设计上，考虑到非计算机专业比计算机专业的学生在计算机操作才能和编程才能上要弱些，对前者综合实验题目不能出得太难。因此必须对学生的实际情况理解清楚，根据学生的逻辑

9、推理才能、直观想象才能和对数据构造的相关根底知识的实际掌握情况等组织教学，充分应用掌握学习形式，到达“个别化教学的目的，4.2课堂教学方案设计1讲授内容安排根据?数据构造?教学大纲及指定教材的要求，对教学内容去粗取精，提炼出该课程、每章、每节的框架体系，从数据构造的逻辑构造、存储构造和数据的运算三个方面去组织教学内容，要重点突出，简洁明了而不求面面俱到。在理解学生实际情况的根底上进展分析研究，预见学生会对哪些内容感到困难，在学习中会出现什么问题，这样才能做到有的放矢。2教学策略应用积累知识，重视直觉：直觉是人类重要的思维形式之一，它并不是一种凭空而来的毫无根据的主观臆断，即所谓的“第六感觉，而

10、是建立在丰富的理论经历和宽厚的知识积累之上，运用直观透视和空间整合方法所作出的直觉判断1。?数据构造?中平衡二叉树的生成过程中平衡调整规律LL型平衡旋转、RR型平衡旋转、LR型平衡旋转、RL型平衡旋转是学生不容易掌握的，尤其是LR、RL型平衡旋转需要进展两次旋转顺时针方向、逆时针方向。在传统的讲解中经常是老师讲得费力，学生听得困难。经过长时间的探究，如今的讲解方法变为：在讲解L旋转，即顺时针方向旋转时，特意将左手Left伸出，然后渐渐形成拳头，而形成拳头的过程中手指的弯曲方向正好是顺时针旋转方向；同样在讲解R旋转，即逆时针方向旋转时，特意将右左手Right伸出，然后渐渐形成拳头，而形成拳头的过

11、程中手指的弯曲方向正好是逆时针旋转方向。反复几次，学生终于顿悟：L型顺时针旋转方向，就是左手手指弯曲的方向；R型逆时针旋转方向，就是右手手指弯曲的方向。因此将原来抽象的顺时针、逆时针旋转调整规律简化为直观形象的“左右手原那么。这种方法的调整，不仅极大的进步了教学效果，同时加强了学生直觉思维的培养。个别化教学：在课堂讲授中老师起到的是提纲挈领、组织和引导的作用。明确一次课的目的，解决什么问题，通过什么途径到达这个目的。对易懂的内容可以点到为止，重点难点精讲细讲，细节内容可由教材和配套的多媒体软件表达。所谓重点是指数据构造中的重要概念、重要算法思想等。对这局部内容，一定要结合多种教学方式和手段去讲

12、深讲透，引导学生理解概念的含义，掌握算法的本质，在此根底上，寻找解决问题的方法。所谓难点，是指学生不易理解和容易出错的地方。确定课程的难点内容，老师要调查理解，以抽查作业以及课堂提问、电子邮件等形式来获取反响信息，充分发挥学习形式的优势。在难点确定之后，要分析终究难在何处。是因为概念抽象不易掌握，还是因为算法思想复杂不易理解，或是容易混淆不易区别？然后研究解决问题的方法。对于抽象的东西应该形象化、直观化地进展讲解，对于复杂的内容应注意其条理性，对于易于混淆的内容宜尽量采用比照法加于区别，做到化难为易。问题驱动：问题驱动3是指学生在老师创设的情境下应用已有知识提出新问题、解决新问题的过程，也是学

13、生高度自主学习的过程。老师在讲课时，要表达教学思想，引入3的教学理念，采用发现学习形式，应用启发式教学。为了在课堂上激发学生的学习热情，发挥学生的学习积极性，同时更好地把理论知识与实际应用结合起来，在讲每一种根本的数据构造之前，准备一些实际应用的例子，让学生一边逐步学习理论知识，一边考虑如何应用。比方在学习线性表之前，举几个常用的线性表的应用实例，让学生在学习的过程中考虑一个简单的计算器的实现。让学生带着问题去学习，使学生的学习热情进步了。hat是让学生明确学些什么，拓展学生的知识面。通过经常提出问题，让学生考虑并答复，以跟上老师的思路，活泼课堂气氛，创造轻松活泼的学习情境，留给学生想象的空间

14、，进步学生的思维才能、自学才能和创新才能。提出的问题要自然、锋利、具有逻辑性。H就是如何做的意思。对问题的分析要简明、透彻，防止烦琐杂乱；解决问题要实在准确；要引导学生积极考虑。要做到这一点，必须考虑：讲解一个问题时，怎样引导学生动脑筋，可以先不给出结论，让学生自己考虑问题。hy是让学生可以知道为什么这样做。注意教给学生提出问题、分析问题和解决问题的方法，最终到达学生自行探究问题的目的。提出一个问题比解决一个问题更重要，因为解决问题也许是一个数学上或实验上的技能而己，而提出新的问题、新的可能性却需要创造性的想象力。因此问题驱动是学生思维高速运转的过程，它将极大地强化学生的源动力，激发学生浓烈的

15、探求欲望及学习兴趣，使学生进入一个积极考虑的活泼状态。范例教学：课堂讲授应符合学生的认知规律，从感性到理性，从理性到理论，从直观到抽象，再从抽象到详细理论，范例教学在数据构造的算法思想讲解中能发挥其无法比较的优势。对数据构造中的主要算法和一些抽象的概念，可以尽量先从直观意义或详细实例解释着手，让学生更容易理解。因此在教学过程中宜多画图，多举例，多解释。这种从特殊到一般，从详细到抽象的方法在数据构造中的很多内容都可以这样处理。例如：讲解队列的概念时，可通过日常生活中的购物排队的过程来反映队列中插入、删除的原那么，再结合计算机中的操作队列、打印队列的应用来说明。对二叉树的遍历的算法过程可通过一个特

16、定的二叉树的例子说明其遍历思想，再推广到一般的二叉树的情况等等。大胆想象，勇于理论：在?数据构造?中的内部排序一章里讲授了各种经典的排序算法，其中在讲解折半插入排序时，启发学生：该算法的核心是利用有序表的折半查找，而折半查找的核心就是id=int(l+high)/2，即id=int(l+high)*0.5。此时请同学想象：假如将0.5换成其它数字如何？假如变为0.618结果又会怎样？在几分钟的议论后，进展总结分析：0.618就是我们平时所说的黄金分割线，将0.5换成0.618后不妨称为黄金分割算法。而黄金分割理论上应该是最正确位置，黄金分割算法理应比折半插入算法优化。为此，请学生编写程序对同样

17、的一组10000个随机产生的数字，分别使用黄金分割算法和折半插入算法进展排序，通过比较两个算法实际使用的排序时间来证明黄金分割算法的优化。这样，一方面进步了学生上机编程的热情，一方面让学生逐渐养成大胆想象，勇于理论的创新精神。从理论上将就是注重了学生形象思维和逻辑思维的培养。淡化语言，强调流程，开阔发挥空间：算法是?数据构造?中的重要组成局部，每一章每一节都有各自的算法。而目前所有教材都是基于某一种语言编写的，有类Pasal语言、类语言、/+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

18、利于培养学生的创新才能，因此在课堂教学中，但凡算法讲解后只给出抽象的流程，不给出详细的程序代码。至于详细语言的选择以及数据变量确实定，完全由学生来完成。这样不仅解决了由于学生语言的缺乏而影响算法掌握的难题，同时给学生足够的发挥聪明才智的空间，利于创新才能的培养。抓住时机，向大家质疑：由于受传统教育影响之深，绝大局部学生均已形成了对书本、对老师、对大家权威专家的迷信，总以为书本上的绝对正确，老师讲的都是真理，从不敢对大家有半点疑心，而“读书无疑者，须教有疑，有疑者都要无疑，到这里方是长进。因此，为了创新，在课堂教学中必须鼓励学生敢于质疑，并敢于向大家质疑，以逐渐使学生从传统的聚合思维中解脱出来，

19、养成发散思维方式。4.3多媒体AI教学方案设计多媒体AI课件综合利用网页制作工具、多媒体创作软件和数据库技术，把文字、图形、图象、声音、动画、影像等多种媒体综合起来，创造生动、活泼、有趣的教学情景，使学生变被动学习为主动学习，创造性地进展学习，以随机性、灵敏性、全方位、立体化的方式把知识形象生动地呈现给学生，知识密度大、表现力强，能很好激发学生的兴趣，从而可以进步教学的效率和质量。1教学内容的组织以教学大纲为根据，根据教材，从学生的实际情况出发，以教育学、心理学的有关理论为根底，结合从事该课程多年教学的老师的教学经历，分析本课程的特性，从数据构造的逻辑构造、存储构造和数据的运算三个方面去组织线

20、性表、栈、队列、串、数组、广义表、树、图和文件等常用的数据构造，对教学内容进展精排和优化，运用多种教学艺术展现学习内容以激发学生的学习兴趣，帮助学生对学习内容的理解。老师要为学生创造良好的学习条件和环境，激发学生的学习动机，提供合理的学习策略，从而促进学生的自主学习。习题是获得反响的重要途径，如何选择深度和广度适当的练习题和自测题，以便学生及时、有效地调整学习策略，是实现个别化教学的一个重要环节。习题的选择必须广度和难度兼顾，要覆盖所学的内容，对课本上的习题选其精华，尽量选有启发色彩的习题。对练习中暴露出来的普遍问题，进展网上辅导或进展课堂集中讲评，帮助学生澄清模糊和错误的认识。2教学内容的展

21、现形式由于数据构造涉及从简单的线性表到复杂的树、图等多种数据构造，具有一定的难度和复杂性，给该课程的学习带来了许多困难，对算法思想的理解成为数据构造这门课程的一个重点，所以如何将抽象的算法执行过程以粗浅易懂的形式展如今学生面前，是决定这门课多媒体辅助教学成败的一个关键。利用程序可视化思想，首先建立数据构造课程中算法的可视化动态执行模型6，从数据的可视化和算法过程的可视化两个角度去实现算法演示；数据的可视化是以图形和符号的方式表示数据元素以及数据元素之间的关系，算法过程的可视化是通过图形的方式表示数据构造状态的转换及其变化过程，力求生动、形象，将算法执行的动态过程表现得淋漓尽致。基于以上思想，多

22、媒体AI课件主要包括课程内容、算法演示、在线测试、在线讨论以及资源中心5局部功能。课程内容提供了包括章节内容、章节习题、补充练习和实验指导，这是学习的重要内容和课程根底，用于配合课堂教学，起到相辅相承的作用；算法演示提供了数据构造课程中重要算法的动态交互演示，便于学生对算法的理解和掌握，符合联想性思维特点，动画的直观、生动、形象等特点有助于学生深入理解相应的算法，利于培养学生的发散性思维和建构性知识构造，激发学生的学习兴趣；在线测试提供了试题的在线考试，试题类型包括判断题、选择题和问答题，通过学生自由选择题型和测试内容来自动组卷，完成自我测试。学生在学完相应章节的内容后，可自行选择测试内容和题

23、型进展在线测试，通过在线阅卷，学生可实时获得测试成绩，查看对错情况以及正确答案。有利于学生及时纠正错误认识，调整学习策略。所以构造适宜的试题库，是教学质量评价的一个重要手段。通过在线讨论进展网上答疑、辅导，可以打破时空的限制，实现老师与学生、学生与学生之间交流新的思想和解决学习中遇到的难题。资源中心提供了许多相应参考资料的下载，包括学习素材、历年考试试题和模拟试题、软件的下载，以及各种网络资源。总之，多媒体AI课件可以提供交互式环境供学生学习，并自动根据操作过程进展实时评价，它可实现学生与机器、与学生、与老师之间的多项交流，让学生通过网络学习，自己掌握学习进度，进步学习的积极性和主动性，到达进

24、步学生素质的目的。但在使用过程中不能过分强调多媒体AI课件的作用，而无视了老师的讲授作用。假如我们的课堂变成纯粹的计算机媒体演示室，学生必定是走马观花，不知所云。所以必须把多媒体AI课件和老师课堂讲授有机地结合起来，形成最正确教学任务的综合性手段与教学方案。4.4实验环节的教学设计1实验目的数据构造是理论性很强的一门课，培养学生的理论才能是教学的首要目的。数据构造理论知识的传授是为应用效劳的。因此，在授课的同时，如何引导学生利用上机实验来加强理论也是教学中的一个重要问题。根据最优化教学形式，首先数据构造实验教学的目的是：1严密配合理论教学，通过相关实验，帮助和加深对数据的逻辑构造、存储构造、算

25、法思想和详细实现等各个环节的整体理解；2通过实验可以将各门课程学到的知识融会贯穿，考虑与发现利用数据构造解决实际应用问题的有效方法，从而使学生分析和解决问题的才能得到锻炼和进步；3通过实验，强化学生“构造一算法一编程三者亲密相关的意识。平时的练习较侧重于如何编写功能单一的“斜算法，而实验是软件设计的综合训练，包括问题分析、总体构造设计、用户界面设计、程序设计的根本技能和技巧，多人合作，以致一整套软件工作标准的训练和科学作风的培养。围绕以上目的，数据构造的实验教学，也应该遵循认知规律，逐步地从无到有，从观看演示到自己动手编程，从单一算法实现到综合设计分析，直到详细应用实例研究。2实验选题根据实验

26、教学的目的，针对计算机和非计算机专业所要到达的不同的实验教学目的，以及考虑学生的个体差异，将实验设置成不同的类型：1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老师设计的；前者目的在于帮助学生掌握根底知识和实验研究方法，后者那么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才能和创新意识。对非计算机专业学生上机初期，应该要求学生重点回忆语言的根底知识，特别是数组和指针的有关操作，然后可根据学生的特点因材施教，使其在掌握根本理论的根底上，理论联络实际，进展一些创新工作。2允许学生结合本人的兴趣，从实际应用中选择有详细应用背景的实验题目，充分发挥学生的主动性。或由老师结合实际给学生布置一些较大的设计课题，使学生分组共同完成。当