基于CDIO模式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法教學(xué)改革研究

曹 海 燕

(東南大學(xué)數(shù)學(xué)系，江蘇南京 211189)

基于CDIO模式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法教學(xué)改革研究

曹 海 燕

(東南大學(xué)數(shù)學(xué)系，江蘇南京 211189)

CDIO模式是近年來國際上流行的工程教育概念.該模式更注重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)際工作能力，目的是培養(yǎng)優(yōu)秀工程師.要用CDIO模式指導(dǎo)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法教學(xué)即重視學(xué)生的動(dòng)手能力、提倡用中學(xué)、學(xué)生自主學(xué)習(xí)和團(tuán)隊(duì)合作.新的教學(xué)方案應(yīng)當(dāng)包含：完善教學(xué)指導(dǎo)思想、優(yōu)化教學(xué)團(tuán)隊(duì)、突出學(xué)生自主性和制度考核評(píng)定的新標(biāo)準(zhǔn).

CDIO模式；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法；教學(xué)改革

1 引言

CDIO工程教育模式是麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)組成的研究小組自2000年起，經(jīng)過四年研究開發(fā)出來的一種全能的工程理念.CDIO的四個(gè)字母具體含義為：構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)現(xiàn)(Implement)和運(yùn)作(Operate)，它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)、實(shí)踐、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程[1].CDIO模式從建立之初就受到好評(píng)，自2005年起越來越多的知名大學(xué)引入了這一機(jī)制.我國也從2007年開始引進(jìn)CDIO模式的工作，新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于工程教育尤其是計(jì)算機(jī)類課程作用明顯.

目前，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程教學(xué)中運(yùn)用CDIO模式的研究主要定位于宏觀指導(dǎo)，對(duì)于推行中諸多細(xì)節(jié)，還缺少足夠的研究.本文嘗試從指導(dǎo)思想、師資力量、選取案例、量質(zhì)結(jié)合、注重實(shí)踐的角度，對(duì)運(yùn)行CDIO模式強(qiáng)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程教學(xué)進(jìn)行探討.

2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中存在的問題

文章對(duì)各類問題進(jìn)行梳理，總結(jié)了以下幾方面亟需解決的問題類型.

2.1 教學(xué)指導(dǎo)思想偏重理論

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程已經(jīng)存在近30年，部分教師在教學(xué)過程中自然而然地認(rèn)為這門課是偏重于純理論的基礎(chǔ)課程，沒有從提高實(shí)踐性、動(dòng)手能力方面改革課程的教學(xué)方法[2].當(dāng)前的CDIO推行不滿10年時(shí)間，這種新的方法是否可行，是否適合本專業(yè)都是需要檢驗(yàn)的課題.教學(xué)指導(dǎo)思想的趨勢(shì)是更注重實(shí)踐，但這個(gè)過程還需要時(shí)間.

2.2 理論課與實(shí)踐課比例不當(dāng)

理論課安排過多，時(shí)間過長(zhǎng).一方面，教師講得過細(xì)，花費(fèi)了大量時(shí)間.大學(xué)課程應(yīng)以學(xué)生自學(xué)為主，教師的作用在于引導(dǎo).另一方面，實(shí)驗(yàn)課安排得太少，部分基礎(chǔ)差的學(xué)生學(xué)習(xí)效果不明顯.在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法教學(xué)中要杜絕內(nèi)容和形式上的古板，要在激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐和動(dòng)手能力上下功夫[3].

2.3 知識(shí)點(diǎn)老化嚴(yán)重

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一門歷史悠久的課程，但是要想通過授課讓學(xué)生們動(dòng)手能力加強(qiáng)，就必須經(jīng)常變更教案，追蹤前沿.當(dāng)前在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法教學(xué)中存在更新嚴(yán)重滯后，一本教案用幾年、十幾年、甚至教材換了教案依然是舊的.教給學(xué)生的是已經(jīng)被社會(huì)淘汰的技術(shù).根本無法提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手和運(yùn)用知識(shí)的能力[4].

2.4 考核方法不科學(xué)

純理論的考核方法導(dǎo)致了教學(xué)中的不注重實(shí)際動(dòng)手能力.學(xué)生應(yīng)付考試的能力來自于習(xí)題的熟練程度，而不是實(shí)際項(xiàng)目或者各類教案中知識(shí)技能的積累和感悟.學(xué)生不能體會(huì)到如何選定一個(gè)優(yōu)秀項(xiàng)目、如何正確進(jìn)行團(tuán)隊(duì)分工和合作、如何把握項(xiàng)目進(jìn)展的進(jìn)程和節(jié)奏.學(xué)生接觸不到科技最前沿、了解不到基礎(chǔ)與尖端的邏輯關(guān)系.

3 CDIO模式在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法教學(xué)中的指導(dǎo)原則

CDIO模式對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程的指導(dǎo)體現(xiàn)在如何將該課程與實(shí)際案例相結(jié)合，提高學(xué)生的動(dòng)手能力.主要包含以下幾個(gè)方面：

3.1 重視實(shí)踐和動(dòng)手能力

CDIO模式主要思想的重點(diǎn)在于實(shí)踐和運(yùn)行.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程只有同實(shí)際案例結(jié)合起來，才能體現(xiàn)出在理論指導(dǎo)下的實(shí)踐和動(dòng)手能力,該模式在學(xué)習(xí)中融入實(shí)習(xí)內(nèi)容，無論老師還是學(xué)生，在各種項(xiàng)目過程中自覺分析問題、解決問題，在各種優(yōu)選方案中，自覺了解當(dāng)前科技主流和前沿趨勢(shì)，做出自己的判斷.大量的案例將大幅度提高實(shí)踐和動(dòng)手能力.

3.2 提倡自主學(xué)習(xí)、自主解決問題

培養(yǎng)學(xué)生自主能力是CDIO模式的前提和基礎(chǔ)，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程教學(xué)中要盡量在此基礎(chǔ)上提高效率.一般來說可采用三種方法.一是通過知識(shí)點(diǎn)的羅列，安排學(xué)生自主學(xué)習(xí).教師針對(duì)必須把握的知識(shí)點(diǎn)，向?qū)W生推薦部分必讀書目，同時(shí)要求學(xué)生自己追蹤，閱讀文獻(xiàn)[5，6].二是學(xué)會(huì)比較學(xué)習(xí).鼓勵(lì)學(xué)生不盲信教材，而是通過實(shí)際比對(duì)，理解為什么這種觀點(diǎn)是主流和經(jīng)典的，其它觀點(diǎn)是為什么在實(shí)踐中被逐漸淘汰的，提出觀點(diǎn)當(dāng)時(shí)的思路是什么，有沒有不同的理解方法.三是頭腦風(fēng)暴法.教師以平等的身份，參與學(xué)生討論，針對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)，師生自由提出自己的觀點(diǎn).教師僅僅是主持，不對(duì)學(xué)生提出講評(píng)，讓學(xué)生事后自己分析，啟發(fā)各自的思維，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解.

3.3 專業(yè)能力與團(tuán)隊(duì)合作并舉

CDIO模式承認(rèn)在研究團(tuán)隊(duì)中的能力不均衡，強(qiáng)調(diào)以最佳模式配備研究團(tuán)隊(duì).教師在教學(xué)過程中應(yīng)當(dāng)有意識(shí)地讓學(xué)生展示各種能力，成為優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)者.一是發(fā)掘?qū)W生能力.在學(xué)習(xí)、討論過程中注意記錄小組成員的表現(xiàn).通過三到五輪有準(zhǔn)備觀察，并結(jié)合學(xué)生的相互評(píng)價(jià)，選拔優(yōu)秀的組織者和實(shí)施者.二是團(tuán)隊(duì)中的分歧與合作.在一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)中，既要保證研究方向不偏差，也要讓成員有思想碰撞的過程，通過辯論，讓新思想新思路得以產(chǎn)生.同時(shí)要兼顧經(jīng)濟(jì)性能、社會(huì)影響，凡是能簡(jiǎn)化的要盡量簡(jiǎn)化，強(qiáng)調(diào)用戶界面的直觀、易操控性[7].

4 CDIO模式指導(dǎo)下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)改革

通過對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)過程中存在問題的分析、對(duì)CDIO模式的基本情況以及在指導(dǎo)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)過程中應(yīng)把握的基本原則的了解，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)改革應(yīng)當(dāng)采取如下措施：

4.1 完善教學(xué)指導(dǎo)思想

CDIO模式突出了工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)協(xié)調(diào)能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)方面，我們?cè)谕晟茢?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)指導(dǎo)思想時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮到這四個(gè)方面.為此，教學(xué)指導(dǎo)思想應(yīng)當(dāng)包含以下幾個(gè)方面：一是以CDIO模式為基本環(huán)境.應(yīng)當(dāng)以“做中學(xué)”、“基于項(xiàng)目的教育學(xué)習(xí)”為宗旨，著力培養(yǎng)四種能力，并圍繞上述目標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃，制定目標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn).二是一體化教學(xué)計(jì)劃.新計(jì)劃要大幅減少基礎(chǔ)理論的權(quán)重，可將涉及工程的一系列課程進(jìn)行整合，增加知識(shí)的綜合運(yùn)用能力.比如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程可以和C語言進(jìn)行整合安排[8].三是職業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃.納入CDIO模式后，必須將學(xué)科學(xué)習(xí)與職業(yè)訓(xùn)練相結(jié)合，要在大學(xué)期間融入優(yōu)秀工程師的職業(yè)訓(xùn)練，實(shí)際上也是四種能力培養(yǎng)的又一次強(qiáng)化.

4.2 優(yōu)化教學(xué)團(tuán)隊(duì)，提高教師CDIO素質(zhì)

提高教師的CDIO素質(zhì)可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：一是理論學(xué)習(xí).學(xué)校要組織教師參加CDIO模式的培訓(xùn)，聽取國內(nèi)外院校機(jī)構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)介紹，掌握CDIO的基本思想.實(shí)現(xiàn)從注重基礎(chǔ)到重動(dòng)手能力的轉(zhuǎn)變，不僅要學(xué)習(xí)指導(dǎo)思想，還要學(xué)習(xí)如何有效地設(shè)定目標(biāo)，劃分學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)，選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如何培養(yǎng)優(yōu)秀工程師，如何實(shí)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)合作等.二是學(xué)術(shù)交流探討.教師要密切關(guān)注國內(nèi)外CDIO的最新動(dòng)向，注意收集相關(guān)資料.與國內(nèi)外同行及時(shí)互通和探討.主動(dòng)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，參與學(xué)術(shù)交流[9].

4.3 突出學(xué)生自主性

從當(dāng)前情況看，學(xué)生自主能力是一個(gè)弱項(xiàng)，而其中的原因與學(xué)生的教育經(jīng)歷和背景有著相當(dāng)?shù)年P(guān)系.許多大學(xué)課程仍然采用中學(xué)時(shí)的灌輸式方法.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程教改中，教師應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持三個(gè)方向：一是基礎(chǔ)課時(shí)壓縮.老師講課不能面面俱到，授課前安排學(xué)生自學(xué).指導(dǎo)學(xué)生制定學(xué)習(xí)計(jì)劃，鼓勵(lì)自主閱讀和討論.二是提倡做中學(xué).不必等到學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)掌握牢靠以后再安排實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目，要有計(jì)劃地加大項(xiàng)目的強(qiáng)度，使學(xué)生在項(xiàng)目過程中自己摸索解決問題，和團(tuán)隊(duì)一同進(jìn)行探討.在基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)際動(dòng)手能力方面，適當(dāng)?shù)貎A斜后者.三是強(qiáng)化過程指導(dǎo)和考查.為防止學(xué)生因遭遇問題較多產(chǎn)生懈怠心理，教師要制定完備而周密的指導(dǎo)考查計(jì)劃，隨時(shí)檢查項(xiàng)目進(jìn)度，看學(xué)生在遇到問題后是否開動(dòng)腦筋，設(shè)法解決.

4.4 考核評(píng)定的新標(biāo)準(zhǔn)

制定考核評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)基于兩個(gè)方面的考慮：一方面通過考核要使教師和學(xué)生自覺以CDIO模式為前提開展數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教與學(xué)，避免推行CDIO模式流于形式化.另一方面考核標(biāo)準(zhǔn)要納入CDIO模式原則和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，要實(shí)現(xiàn)從基礎(chǔ)理論考核為主轉(zhuǎn)變?yōu)椤白鲋袑W(xué)”、自主學(xué)的實(shí)際動(dòng)手能力考核.新標(biāo)準(zhǔn)要確立兩個(gè)主體、三個(gè)客體：兩個(gè)主體就是學(xué)生和教師.不光考核學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)、自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和工程軟件項(xiàng)目能力，而且要考核教師的CDIO模式運(yùn)用能力、教師專業(yè)素質(zhì)能力和調(diào)動(dòng)學(xué)生興趣能力[10，11].三個(gè)客體是指考核的測(cè)評(píng)方：一是學(xué)校教學(xué)部門.主要考核教師的CDIO教學(xué)能力和學(xué)生最終學(xué)習(xí)實(shí)踐能力，通過考核促進(jìn)CDIO模式的推廣和學(xué)生全方位適應(yīng)用人單位要求.二是合作項(xiàng)目單位.合作項(xiàng)目單位通過項(xiàng)目完成情況，對(duì)學(xué)校、教師、學(xué)生的實(shí)際能力給予評(píng)價(jià).三是授課教師.教師通過全過程的授課情況、學(xué)生完成項(xiàng)目情況、在項(xiàng)目合作中的表現(xiàn)和全課程中的自我學(xué)習(xí)情況，結(jié)合基礎(chǔ)知識(shí)考核給出學(xué)生綜合分.

5 結(jié)語

CDIO模式是當(dāng)前探索的行之有效的培養(yǎng)優(yōu)秀工程人才的教學(xué)模式，但具體到本學(xué)校、本專業(yè)、本課程中，還需要不斷探索和完善.在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)過程中運(yùn)用CDIO模式是解決當(dāng)前軟件人才培養(yǎng)中學(xué)用脫節(jié)、不適應(yīng)職業(yè)特征要素的有效舉措，通過堅(jiān)持CDIO模式的一系列原則、要素，學(xué)生將更易牢固把握知識(shí)要點(diǎn)，動(dòng)手能力更強(qiáng)，更能適應(yīng)社會(huì)用人單位的要求.

[1]金靜,楊朝霞.現(xiàn)代教學(xué)模式與CDIO理念在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中的實(shí)踐[J].高等教育,2011(5).

[2]胡文龍.基于CDIO的工科探究式教學(xué)改革研究[J].高等工程教育研究,2014(1).

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[9]沈華.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)方案[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2013(10).

[10]秦玉平.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程實(shí)踐教學(xué)改革與實(shí)踐[J].渤海大學(xué)學(xué)報(bào),2013(12).

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(責(zé)任編輯 周 璇)

2014-09-15

曹海燕，女，江蘇揚(yáng)州人，東南大學(xué)數(shù)學(xué)系講師，博士.

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1671-1696(2014)11-0021-03