多媒体教学在数据结构课程中的应用
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摘要：数据结构是计算机科学与技术专业一门非常重要的专业基础课，如何上好这门课一直是大家探讨的热门话题。而多媒体课件被广泛应用于教学之中，在教学工具中拥有独特的优势和地位。如何让二者更好地结合，既能凸现多媒体课件的优点，又能解决数据结构课程难学难教的问题?作者在多年教学工作的基础上，在精品课程的建设过程中，总结了一些心得和体会。
关键词：数据结构；算法；多媒体教学
中图分类号：G642 文献标识码：B 文章编号：1672-5913(2009)04-0120-02
数据结构课程是计算机科学与技术专业一门十分重要的专业基础课，在整个课程体系中处于承上启下的核心地位，它一方面是离散数学、高级程序设计语言、面向对象程序设计等课程的后续课程，要继续深化这些基础课程中学到的基本技术和方法；另一方面是操作系统、编译原理、数据库等专业课的先修课程，要为高年级专业课的学习奠定坚实的理论与实践基础。而且这门课程理论和实践并重，既要求掌握基本的数据结构及其算法，又要求将其熟练应用于解决实际问题之中，以提高学生的软件设计能力和动手能力。很多高校都把数据结构列为考研必考科目，因为它考察的是学生软件开发方面的综合能力，很多企业在招工的时候也加入了这个环节的测试。面对这样一门重要的课程，历届学生在学习中起来却往往不能把握其实质，感到它枯燥难懂，无从下手，结果一学期下来理论知识掌握肤浅，动手能力也没能得到提高，使得数据结构课程不能起到它应有的作用。因此，找到一种好的教学方法，不断提高教师的教学水平就显得尤为重要。
1 数据结构课程的特点
从教学环节上看，数据结构课程一般安排在大学二年级，这一阶段的学生对计算机只是刚刚入门，运用高级程序设计语言只能开发比较简单的程序，还没有达到熟练掌握的程度。以我院为例，数据结构的先修课程之一是c语言，所以采用C语言作为开发工具，但是学生在阅读算法的过程中，尤其是对掌握不够精准的指针部分遇到了极大的问题，而数据结构中的大部分算法又恰恰使用到了指针。
从教学内容上看，数据结构课程内容非常丰富，讲述了表、树、图等主要数据结构的定义及其算法描述和算法分析，概念多且比较抽象、难于理解，算法多且都用类C进行描述，一机调试时需转化为程序设计语言方可通过，既强调理论知识的学习又注重编程能力的操作。
2 多媒体课件的特点
随着计算机技术的发展，计算机在教育领域的应用日渐广泛，在教育部的大力倡导下，全国各高校都积极推行了多媒体教学。教学实践表明，正确运用多媒体教学手段，可以在很大程度上提升教学水平，提高教学质量。通过多媒体对感官的作用，可以辅助课堂教学中抽象的、微观的概念或过程的描述，提高学生的认知能力，可以以更加新颖独特的形式，提高学生的学习兴趣，同时也大大提高了课堂教学的信息量。
3 利用多媒体课件进行数据结构课程的教学
利用多媒体课件的优点，结合数据结构课程的特点，在进行教学设计时应从以下几个方面考虑：
3.1 教学信息组织与结构设计
从认知心理学的角度来看，主体对信息的加工过程是从不断的接受信息开始的，在工作中不断的将词的“节点”联结起来形成新的命题，从而实现“解码”。在没有任务的自然状态下加工信息，记忆效果服从“趋中效应”，而在明确任务的前提下，记忆效果服从“首尾效应”。
在利用多媒体设计数据结构课件的时候就可以根据这一特点，在每一章节开始的时候明确教学重点或知识点，让学生有确定的学习目标和学习任务，然后根据记忆保持效果规律安排教学内容。这样做的另一个好处是，在多媒体教学课堂信息量大的前提下，可以有效避免学生有听课抓不住重点的感觉。
3.2 抽象概念的形象化设计
数据结构课程和数学联系紧密，很多概念及定理比较抽象，这时可以结合多媒体丰富的表现手法，突出教学内容中已有的具新颖特性的信息和对学生情绪有正面激励作用的信息。比如在讲队列的时候，结合医院排队就诊、食堂排队打饭等例子就八队、出队的静态图形或数据移动的动画效果进行讲解，启发学生从中抽象出队列的特点，加深理解，“先知其用再知其理”是很容易被学生接受的。
其次，运用多媒体高效的集成环境，运用色彩，动画等技术方法，将教学内容中重点但难于理解的关键词句、概念、原理等与其它信息区别开来。生动的视觉表象可启动学生的情绪机制，有利于知识的内化与深化。
另外，利用多媒体的超链接技术，可以使本来是平面展现的知识结构变得立体化，使各知识点之间的上下位概念关系、从属关系、并列关系等层次清晰的反映出来。比如在算法中反复出现了对于存储空间的动态分配问题，为了使学生更灵活的运用指针，可利用链接复习高级语言程序设计中关于malloc和free的使用，或者面向对象程序设计语言中关于new和delete的使用。摆脱这些基础问题的困扰，使学生能够更快的了解算法的含义。再比如讲到某处时，还可以链接引入后续的部分内容，再把学生的视线拉回到所讲内容，让学生学会带着问题学习。用这种方式，学生能自主灵活的学习，学习顺序可根据需要任意改变，以时间和空间为主要线索反映知识的结构。
3.3 算法的动态演示设计
算法的难于理解和实现往往是学生感觉数据结构难学的一个重要原因，以严蔚敏清华版教材为例，全书涉及到的各种算法有近百例，课堂中用来精讲或验证的算法也有五、六十例，由于学生对高级程序设计语言的运用不够熟练，所以在学习起来有畏难情绪，从而导致学习热情不高，或因为程序多次调试不成功而失去学习兴趣。另外教师在课堂上大段的讲解算法也容易造成课堂气氛不活跃，学生积极性不高的局面。基础好思维敏捷的学生能够跟得上教师的节奏，而基础薄弱的学生很容易因为听不懂而放弃。
这时就可以充分利用多媒体课件灵活、动态、可交互、可重复的优点，创造图解使用图示，降低理解问题的复杂性。比如在讲解二叉树的建树操作中，在学生对递归调用掌握比较模糊的情况下，可以按照算法的执行顺序，一边动态演示从根节点出发建立每一个叶子节点，而后连接到根节点左右子树的过程，一边辅以动态栈演示中间的变化过程。使学生暂时摆脱代码的约束，很形象的了解算法所表示的内容，待有直观的感受后再来理解算法。
3.4 板书+多媒体的教学设计
现代教学模式强调，教师是教学活动的主导，学生是教学活动的主体，所以在运用多媒体进行课程教学的过程中要充分体现教师和学生的这种教和学的关系。尽管多媒体技术有诸多的优点，在课堂教学中也不能一味的依赖多媒体课件，教师是知识传授者，而不是课件的播放者。尤其是在数据结构的讲授过程中，算法中核心代码的提出，关键点的强调，如果恰当的结合板书会起到事半功倍的效果。比如在进行二叉树性质的介绍中，这些性质的证明过程往往是很多计算题的解题过程，如果在用屏幕显示出结果的基础上，结合板书带领学生进行推导，就会使学生更加主动的参与验证，理清思路，从而加深理解和记忆。“眼过十遍不如手过一遍”就是这个道理。
另外，适当的利用板书，可以使学生从紧张的浏览大容量信息的视觉疲劳中暂时解脱出来，调整节奏，有时间来思考教师提出的问题，变被动接受为主动思考。
3.5 多媒体课件风格的设计
运用多媒体课件进行教学的目的是辅助教学，利用感官的刺激，调动学生的积极性，激发学生的学习兴趣。但是这也要掌握一个度，比如不能把课件制作的色彩过于丰富，图片和动画运用的花里胡哨，或者插入华而不实的声音效果，这样非但不会帮助教学，还会喧宾夺主，分散学生的注意力。教学信息应该很艺术、很和谐、很科学地包含于多媒体课件内部，从字体字号的选择，到前景背景颜色的设置，再到每一个技术技巧的运用，都要围绕着教学内容来设计。
4 结语
《学记》中说：“君子之教，喻也。道而弗牵，强而弗抑，开而弗达”，而多媒体技术在教学中的正确运用恰好可以起到锦上添花的作用，能更好的激发学生的学习兴趣，使学生不畏难、有勇气去克服困难；同时明确教学目的，使学生掌握正确的学习方法。当然，将多媒体教学合理地运用于数据结构课程决不是一件容易做到的事，还需要经过长时间的不断完善和提高，这对每一位从事计算机教学的教师都提出了更高的要求。