哈爾濱工業(yè)大學(xué)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”精品課程介紹

廖明宏　張　巖　李秀坤　李治軍

經(jīng)過(guò)教育部高教司與微軟亞洲研究院聯(lián)合評(píng)審，教育部高教司批準(zhǔn)了哈爾濱工業(yè)大學(xué)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”為2005年度“教育部-微軟精品課程”建設(shè)立項(xiàng)項(xiàng)目。應(yīng)《計(jì)算機(jī)教育》雜志社邀請(qǐng)，我們撰寫本文介紹該課程。

教育部在文件中明確規(guī)定，精品課程是具有一流教師隊(duì)伍、一流教學(xué)內(nèi)容、一流教學(xué)方法、一流教材、一流教學(xué)管理等特點(diǎn)的示范性課程。按照這一標(biāo)準(zhǔn)，我們積極培養(yǎng)教學(xué)后備力量，注重教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法改革和教材建設(shè)，不斷完善教學(xué)管理，努力將該課程建設(shè)成為國(guó)家精品課程。

一、課程主要特色

哈爾濱工業(yè)大學(xué)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”課程經(jīng)過(guò)近30年的建設(shè)，逐步形成為一門具有一定特色的核心課程。

1．以抽象數(shù)據(jù)型為核心的課程體系

早在1989年我們就采用抽象數(shù)據(jù)型的概念組織教學(xué)內(nèi)容，這在當(dāng)時(shí)是沒有的。實(shí)踐表明，當(dāng)前廣泛流行的面向?qū)ο蠹夹g(shù)就是抽象數(shù)據(jù)型的豐富和發(fā)展。由于采用抽象數(shù)據(jù)型的概念來(lái)組織教學(xué)內(nèi)容，算法的C++描述更為自然。為保持課程體系的先進(jìn)性，我們還充分吸納了美國(guó)ACM和IEEE/CS聯(lián)合發(fā)表的計(jì)算學(xué)科課程體系CC2001以及后來(lái)我國(guó)發(fā)表的CCC2002體系新內(nèi)容，使學(xué)生能夠及時(shí)掌握“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”的最新研究成果。

2．以實(shí)踐為重點(diǎn)的研究型教學(xué)

我們認(rèn)為，教學(xué)不僅要傳授給學(xué)生知識(shí)，更重要的是培養(yǎng)他們分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生相關(guān)能力的重點(diǎn)。實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)在強(qiáng)化和鞏固所學(xué)的課程基礎(chǔ)理論和基本知識(shí)的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。實(shí)現(xiàn)從理論到實(shí)踐，再?gòu)膶?shí)踐到理論的升華。實(shí)踐性教學(xué)的設(shè)計(jì)思想如下：

理性實(shí)踐。注意引導(dǎo)學(xué)生在所學(xué)理論知識(shí)指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)踐（實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)），即理性實(shí)踐，使學(xué)生在理論與實(shí)踐的每次循環(huán)中體會(huì)到欣喜和成就感，以此提高學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)信心，達(dá)到鞏固基礎(chǔ)知識(shí)和知識(shí)綜合運(yùn)用能力不斷提高的目的。

面向問(wèn)題求解能力培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)。面向問(wèn)題求解能力是學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)。我們?cè)趯?shí)踐課程中增加了設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)，鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決復(fù)雜問(wèn)題的實(shí)踐能力。

實(shí)踐教學(xué)與科研相結(jié)合。課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師大都來(lái)自科研一線，學(xué)生課程設(shè)計(jì)題目選自指導(dǎo)教師研究方向與本課程有關(guān)的部分。使學(xué)生提前受到科學(xué)研究方法的熏陶，訓(xùn)練提高了學(xué)生查閱資料和文獻(xiàn)的能力，也鍛煉了學(xué)生科技論文寫作的能力。

3．以網(wǎng)絡(luò)和多媒體為基礎(chǔ)的數(shù)字化教學(xué)

以多媒體和課程網(wǎng)站為中心構(gòu)建立體式的現(xiàn)代化教學(xué)平臺(tái)，利用現(xiàn)代化教學(xué)手段，通過(guò)多媒體和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)促進(jìn)師生的交流，提高師生間的互動(dòng)。其中，多媒體課件豐富了課堂內(nèi)容，增強(qiáng)了動(dòng)態(tài)演示效果；學(xué)習(xí)輔導(dǎo)網(wǎng)站，為學(xué)生提供全方位的學(xué)習(xí)輔導(dǎo)支持，包括教學(xué)大綱、學(xué)習(xí)指導(dǎo)、電子教案、在線測(cè)試、學(xué)生論壇等。在教學(xué)過(guò)程中，我們也始終注意對(duì)學(xué)生主動(dòng)探索能力的激發(fā)，采用多種輔助教學(xué)手段，如在輔助教學(xué)網(wǎng)站上不斷引入課程相關(guān)的新內(nèi)容并以討論的形式激發(fā)探索，制作算法演示系統(tǒng)以及網(wǎng)上習(xí)題庫(kù)等。這些內(nèi)容可以幫助學(xué)生形象地理解各種基本算法，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)課程前沿內(nèi)容。

另外，為提高實(shí)驗(yàn)效果，在授課過(guò)程中有意識(shí)地將教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，并配有實(shí)驗(yàn)教學(xué)輔助網(wǎng)站，指導(dǎo)并監(jiān)控學(xué)生完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。

4．以教學(xué)梯隊(duì)為主線的師資隊(duì)伍建設(shè)

我們建立了由課程負(fù)責(zé)人、主講教師、輔導(dǎo)教師和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師組成的教學(xué)梯隊(duì)。對(duì)青年教師的培養(yǎng)采取以老帶新，由經(jīng)驗(yàn)豐富的教師帶新入門的年輕教師。有計(jì)劃、有目的地培養(yǎng)中青年教師。通過(guò)教學(xué)實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的訓(xùn)練以及定期組織教學(xué)研究討論，使青年教師的教學(xué)態(tài)度、教學(xué)水平和教學(xué)方法得到提高。

二、課程建設(shè)具體實(shí)施辦法

1．教學(xué)隊(duì)伍的建設(shè)

建立了由課程負(fù)責(zé)人、主講教師、輔導(dǎo)教師和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師組成的教學(xué)梯隊(duì)。逐步形成一支以主講教授負(fù)責(zé)、結(jié)構(gòu)合理、人員穩(wěn)定、教學(xué)水平高、教學(xué)效果好的教師梯隊(duì)。

課程組還讓年輕教師通過(guò)科研的實(shí)際鍛煉提高自己的研究能力，擴(kuò)充知識(shí)面。許多教學(xué)實(shí)例都來(lái)自于第一線的科研項(xiàng)目?？蒲泻徒虒W(xué)的有機(jī)結(jié)合，有利于提高授課內(nèi)容的先進(jìn)性，也有利于鍛煉年輕教師的創(chuàng)造性和責(zé)任感。我們已建立起一支強(qiáng)有力的教學(xué)梯隊(duì)，形成了以高素質(zhì)教師為骨干力量的教師隊(duì)伍。

2.教學(xué)內(nèi)容的組織

在教學(xué)內(nèi)容組織方面，我們根據(jù)學(xué)科發(fā)展迅速的特點(diǎn)，逐步地、有計(jì)劃地對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整，刪減了必要性不大、陳舊過(guò)時(shí)的內(nèi)容，逐步增加了反映學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)的新內(nèi)容，保持了教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性和科學(xué)性，同時(shí)還充分考慮了與其他課程的銜接問(wèn)題。

3．教學(xué)方法與教學(xué)手段

在教學(xué)方法和手段改革上，我們以多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為依托，采用現(xiàn)代教學(xué)方法和實(shí)現(xiàn)手段，制作了高質(zhì)量的多媒體課件、算法動(dòng)態(tài)演示系統(tǒng)和教學(xué)網(wǎng)站。

處理好傳授知識(shí)和培養(yǎng)能力的關(guān)系。課程教學(xué)既強(qiáng)調(diào)基本理論、基本知識(shí)的傳授，同時(shí)更注意加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

4.多元化考核方法

改革了“一次定論”的判分制度，考試以學(xué)生完成日常作業(yè)和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)為必要條件，期末考試采用筆試方式。成績(jī)?cè)u(píng)定由三部分組成：期末考試占總成績(jī)的70%；平時(shí)作業(yè)占總成績(jī)的10%；實(shí)驗(yàn)?zāi)芰φ伎偝煽?jī)的20%。課程設(shè)計(jì)的考核形式采用答辯方式，鍛煉了學(xué)生的表達(dá)能力和做學(xué)術(shù)報(bào)告能力。

5.實(shí)踐教學(xué)

在實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)方面，設(shè)置了驗(yàn)證型、設(shè)計(jì)型和綜合型三個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，分別在課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)中進(jìn)行。課程組的教師都在實(shí)踐環(huán)節(jié)中親臨指導(dǎo)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境與合理的實(shí)驗(yàn)題目引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和表達(dá)能力。成績(jī)根據(jù)預(yù)習(xí)、表現(xiàn)、報(bào)告、答辯等方式綜合打分。為加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的個(gè)性化指導(dǎo)，我們?yōu)槊?5名學(xué)生配備一名輔導(dǎo)教師或?qū)嶒?yàn)指導(dǎo)教師。

6.教學(xué)管理

我們建立一套完善的教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控體系，從課前、課中和課后等教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行全方位的質(zhì)量監(jiān)控。課前，新任教師在開課前必須試講，合格后方可上臺(tái)授課。課程組組織定期和不定期的具體備課，研究教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。在上課過(guò)程中，對(duì)每一位教師做到100%聽課，并對(duì)教學(xué)過(guò)程中存在的具體問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行糾正。我們還重點(diǎn)檢查實(shí)驗(yàn)教學(xué)，保證指導(dǎo)到位；課后，重點(diǎn)監(jiān)督答疑、作業(yè)批改等環(huán)節(jié)。根據(jù)各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)教師進(jìn)行教學(xué)質(zhì)量的綜合評(píng)定。每位教師的教學(xué)質(zhì)量直接影響到他的工作量計(jì)算、崗位聘任以及下一輪的教學(xué)任務(wù)分配等關(guān)鍵問(wèn)題。因此，在教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控體系下，每位教師教學(xué)態(tài)度認(rèn)真，教學(xué)水平不斷提高。

三、相關(guān)教材建設(shè)

我們的教材正式出版于1989年，在國(guó)內(nèi)率先將抽象數(shù)據(jù)型的概念引入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。當(dāng)今廣泛采用的面向?qū)ο蟮乃枷刖褪浅橄髷?shù)據(jù)型的豐富和發(fā)展。該教材于1992年獲得第二屆機(jī)械電子工業(yè)部電子類專業(yè)優(yōu)秀教材二等獎(jiǎng)。課程內(nèi)容包括：線性表、樹、圖、查找、分類、文件和外部排序等，教學(xué)內(nèi)容基本成型。作為《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》配套教材，我們于1991年由電子工業(yè)出版社出版了《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐教材》。2000年，我們對(duì)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教材重新修訂，更名為《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法基礎(chǔ)》，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)容的基礎(chǔ)上增加算法的基本概念、算法分析以及算法設(shè)計(jì)等內(nèi)容。從教學(xué)手段看，我們充分利用多媒體教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，編寫多媒體教案，并建立了該課程的教學(xué)網(wǎng)站，為學(xué)生提供了更豐富的教學(xué)資源。

近30年的教學(xué)實(shí)踐表明，該教材邏輯清晰，深度適當(dāng)，能夠很好地反映理論與技術(shù)的最新發(fā)展，深受學(xué)生的歡迎。我們已經(jīng)形成了以《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法基礎(chǔ)》（21世紀(jì)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)專業(yè)規(guī)劃教材）、《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐教程》、《課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》、《課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》為主，多媒體課件、算法動(dòng)態(tài)演示、網(wǎng)絡(luò)課堂為輔的理論與實(shí)踐相結(jié)合的立體化教材體系。