以“工程實(shí)踐”能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建

趙立雙，王麗君，孫 蕾

（1.渤海大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，遼寧 錦州 121013；2.渤海大學(xué) 大學(xué)計(jì)算機(jī)教研部，遼寧 錦州 121013）

學(xué)校教育必須與世界接軌，以人為本，因材施教，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和探索創(chuàng)新能力已經(jīng)成為21世紀(jì)教學(xué)改革的主旋律。隨著教學(xué)改革的全面實(shí)施，傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)模式已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)代教育理論的需求，因而急需提出一種既能貫徹先進(jìn)的教育理念，又能適合教學(xué)實(shí)際的實(shí)踐教學(xué)模式，這種教學(xué)模式要既有理論上的科學(xué)性與先進(jìn)性，又有實(shí)踐上的可行性與實(shí)用性。本文在相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)行的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》實(shí)踐教學(xué)模式進(jìn)行分析研究，從中取長(zhǎng)補(bǔ)短，提出了以“工程實(shí)踐”能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程實(shí)踐教學(xué)模式，以滿(mǎn)足教學(xué)改革的要求。

1 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的特點(diǎn)和實(shí)踐教學(xué)的地位

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程理論知識(shí)抽象、內(nèi)容龐雜，但是通過(guò)教師的講授，學(xué)生能夠基本掌握該課程的重要理論和基本原理。筆者對(duì)所教授的信息學(xué)院09級(jí)1-3班和10級(jí)12-13班學(xué)生進(jìn)行了《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程問(wèn)卷調(diào)查，調(diào)查結(jié)果表明：65%以上學(xué)生基本能夠掌握教師所講授的內(nèi)容，但涉及到具體的算法驗(yàn)證、分析與設(shè)計(jì)情況則不容樂(lè)觀。35%的學(xué)生僅是按照書(shū)中的算法進(jìn)行驗(yàn)證，能進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析。當(dāng)談到設(shè)計(jì)算法解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，90%的學(xué)生在實(shí)際學(xué)習(xí)過(guò)程中經(jīng)常覺(jué)得教材所講授內(nèi)容與解決實(shí)際問(wèn)題的算法設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)相距甚遠(yuǎn)，遇到問(wèn)題感到無(wú)從下手，解決實(shí)際問(wèn)題情況的不理想也制約了學(xué)生對(duì)基本理論的深入理解，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的興致。

因此，實(shí)踐教學(xué)是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)過(guò)程中必不可少的環(huán)節(jié)[1]。只有將實(shí)踐和理論緊密結(jié)合，互為補(bǔ)充，才能使學(xué)生盡快掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的邏輯特性和物理表示、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇及算法設(shè)計(jì)方法，并能夠利用基本算法分析解決實(shí)際中的問(wèn)題。基于此，如何更好地進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)是筆者一直致力于探討的問(wèn)題。

2 現(xiàn)有《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀分析

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程不僅需要學(xué)生掌握理論知識(shí)，同時(shí)還需要通過(guò)實(shí)際應(yīng)用提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力[2]。雖然現(xiàn)在許多高校越來(lái)越重視實(shí)踐教學(xué)，對(duì)提高教學(xué)效果和學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力起到一定的積極作用，但當(dāng)前的實(shí)踐教學(xué)還存在如下問(wèn)題。

2.1 先修課程知識(shí)掌握不牢

C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)是《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》的主要前導(dǎo)課程。C語(yǔ)言一般開(kāi)在大一第二學(xué)期，是學(xué)生最先接觸的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，一學(xué)期的學(xué)習(xí)時(shí)間，大部分學(xué)生花費(fèi)在基本概念及簡(jiǎn)單程序的編寫(xiě)上，對(duì)數(shù)組、結(jié)構(gòu)體、指針等復(fù)雜的數(shù)據(jù)類(lèi)型掌握不夠[3]。而恰恰這些內(nèi)容是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的重要基礎(chǔ)，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中使用頻率很高。由于C語(yǔ)言知識(shí)不足，剛開(kāi)始學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)學(xué)生普遍感覺(jué)就很吃力，久而久之，喪失對(duì)該課程學(xué)習(xí)的興趣和信心。

2.2 學(xué)生對(duì)課程用途不明，認(rèn)識(shí)不深

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)一般是在有限課時(shí)內(nèi)完成對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的分析、設(shè)計(jì)及應(yīng)用，程序設(shè)計(jì)中通常不涉及界面問(wèn)題，而部分學(xué)生往往只對(duì)直觀和容易上手的可視化編程 （如VB程序設(shè)計(jì)）感興趣。因此部分學(xué)生對(duì)這種基本的程序設(shè)計(jì)訓(xùn)練興趣不高，對(duì)實(shí)驗(yàn)的重視程度不夠，往往抱以應(yīng)付的態(tài)度。

2.3 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)不足，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目單一

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程知識(shí)點(diǎn)較多，而且基本都是比較重要、需要掌握的知識(shí)點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要盡量都兼顧到，但實(shí)際上實(shí)驗(yàn)的學(xué)時(shí)又比較有限，因此在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容取舍和實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排上就產(chǎn)生了矛盾，如何在二者之間取得平衡就成為一個(gè)比較重要的問(wèn)題[4]。另外，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目往往比較單一，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置中，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)較多，設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)不足，缺乏綜合的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)踐教學(xué)沒(méi)有形成體系。

2.4 考核方案不合理，實(shí)踐效果不顯著

當(dāng)前的實(shí)踐教學(xué)教師基本是根據(jù)學(xué)生平時(shí)提交的作業(yè)和學(xué)期末的上機(jī)考試給出相應(yīng)的成績(jī)，教師多數(shù)是通過(guò)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來(lái)驗(yàn)證算法的正確性，很少有足夠的時(shí)間仔細(xì)閱讀每個(gè)學(xué)生的程序，實(shí)驗(yàn)抄襲現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，挫傷了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。另外，教師基本都是通過(guò)檢查代碼和實(shí)驗(yàn)題目完成情況來(lái)檢驗(yàn)學(xué)生的實(shí)踐效果，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本都是對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證，學(xué)生即使完成實(shí)驗(yàn)，解決實(shí)際問(wèn)題能力也得不到提高，實(shí)踐效果不理想。

3 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建

我們要從長(zhǎng)期形成的實(shí)踐教學(xué)的定勢(shì)中解放出來(lái)，注重從傳授知識(shí)向培養(yǎng)知識(shí)遷移能力、獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力、動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力轉(zhuǎn)變，從以教師為中心向以學(xué)生為主體的實(shí)踐教學(xué)模式轉(zhuǎn)變，探索有效應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)的途徑與方法。以“工程實(shí)踐”能力為導(dǎo)向的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程實(shí)踐教學(xué)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程實(shí)踐教學(xué)體系示意圖Fig.1 Practice teaching system graph of“Data Structure” course

3.1 梳理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力，創(chuàng)新能力

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)遵循“由簡(jiǎn)又深”、“由易到難”的規(guī)律，梳理教學(xué)內(nèi)容，將實(shí)驗(yàn)分為驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，綜合性實(shí)驗(yàn)，課程設(shè)計(jì)和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)4大層次，如圖2所示。

圖2 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程實(shí)踐教學(xué)層次示意圖Fig.2 Practice teaching hierarchical graph of“Data Structure” course

驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)是對(duì)書(shū)本知識(shí)點(diǎn)的體現(xiàn)，側(cè)重加深學(xué)生對(duì)基本結(jié)構(gòu)的理解，掌握基本的實(shí)踐技能，為后續(xù)高層次的實(shí)踐奠定基礎(chǔ)，是課堂教學(xué)的延伸與補(bǔ)充[5]。

通過(guò)完成驗(yàn)證性基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容和要求有一定的了解并掌握初步實(shí)驗(yàn)的方法。為了進(jìn)一步引導(dǎo)、培養(yǎng)學(xué)生自己獲取知識(shí)的能力，在學(xué)期中后期，再布置1、2個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)題目在課外開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室完成。綜合型實(shí)踐用到課程中的許多知識(shí)點(diǎn)，將所學(xué)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)思想應(yīng)用到軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中。

課程設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)是將所學(xué)的多個(gè)知識(shí)點(diǎn)去解決特定的問(wèn)題，獲取知識(shí)初步應(yīng)用的能力。

創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)是激發(fā)的培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，工程實(shí)踐能力的活動(dòng)，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的有高素質(zhì)的人才是當(dāng)代教育的目標(biāo)，也是學(xué)校教育的歸宿。旨在通過(guò)實(shí)踐活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，由舊知識(shí)建構(gòu)新知識(shí)，達(dá)到學(xué)習(xí)的目標(biāo)。

3.2 改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

在教學(xué)方法上，不再簡(jiǎn)單停留于教師講解和安排完實(shí)驗(yàn)任務(wù)之后就由學(xué)生按部就班地完成實(shí)驗(yàn)的形式。而是用啟發(fā)式教學(xué)論的思想來(lái)進(jìn)行教學(xué)[6]。按照教育心理學(xué)的觀點(diǎn)，學(xué)習(xí)分為機(jī)械學(xué)習(xí)和有意義學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)方式下學(xué)生處于一種近乎機(jī)械學(xué)習(xí)的狀態(tài)。這種教學(xué)條件下，學(xué)生通常并未理解由符號(hào)所代表的知識(shí)，而僅僅記住了某些符號(hào)的組合或詞句。教師在課前和課中針對(duì)實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題的指導(dǎo)就尤為重要。

3.3 改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論性也很強(qiáng)。可充分利用網(wǎng)絡(luò)和多媒體手段進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)。教師在實(shí)驗(yàn)課時(shí)可以應(yīng)用電子教室對(duì)學(xué)生進(jìn)行講解，還可以應(yīng)用電子教室的諸多功能，如監(jiān)控、與學(xué)生個(gè)性化交流，個(gè)別輔導(dǎo)等功能來(lái)與學(xué)生進(jìn)行更好，更及時(shí)的交流，達(dá)到因材施教的目的。同時(shí)還可鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)圖書(shū)館、電子數(shù)據(jù)庫(kù)和因特網(wǎng)等途徑獲取學(xué)習(xí)資料，加強(qiáng)自學(xué)。從而使學(xué)生有更多精力來(lái)關(guān)注數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的設(shè)計(jì)本身。

3.4 實(shí)踐考核方式的轉(zhuǎn)變

實(shí)踐教學(xué)的考核不能完全附屬于理論教學(xué)，要從嚴(yán)考核、單獨(dú)考核，將考核的重點(diǎn)放在學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的主動(dòng)性與創(chuàng)新性。學(xué)校也應(yīng)對(duì)學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)效果通過(guò)抽查的形式作進(jìn)一步的檢查，并制訂完善的實(shí)踐教學(xué)評(píng)估體系。

3.5 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的搭建

全面使用動(dòng)畫(huà)、圖片、文本等多媒體技術(shù)，恰當(dāng)利用多媒體的圖、文、聲特性完成實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)突破空間和時(shí)間的限制，方便師生、生生之間的專(zhuān)題交流，為學(xué)生提供豐富的實(shí)驗(yàn)資源。

4 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐教學(xué)是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)不可缺少的環(huán)節(jié)，對(duì)課程的學(xué)習(xí)發(fā)揮著非常重要的作用。筆者根據(jù)課程的特點(diǎn)和新的人才培養(yǎng)目標(biāo)，以“工程實(shí)踐”能力為導(dǎo)向，從實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，實(shí)踐教學(xué)方法與教學(xué)手段、考核方式和實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的搭建五個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)改革與教學(xué)實(shí)踐，構(gòu)建了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程實(shí)踐教學(xué)體系。多年的教學(xué)實(shí)踐表明，此教學(xué)體系有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力、實(shí)踐創(chuàng)新能力。但由于作者的能力有限，此實(shí)踐教學(xué)體系還有許多不足之處，在今后的實(shí)踐教學(xué)中，需要進(jìn)一步探索與實(shí)踐，適時(shí)調(diào)整實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法，爭(zhēng)取取得更好的教學(xué)效果。

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