數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)范式改革與實(shí)踐

張榮梅　朱智清　梁曉琳

摘要：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程是計(jì)算機(jī)類專業(yè)的基礎(chǔ)課，目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維能力以及形式化思維方法，能為具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)選擇適當(dāng)?shù)倪壿嫿Y(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)并設(shè)計(jì)良好的算法。為此，以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程為試點(diǎn)，在教學(xué)理念、課程教學(xué)目標(biāo)、課程內(nèi)容、教學(xué)方式、考核方式等多方面進(jìn)行創(chuàng)新改革，構(gòu)建適合應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的課程教學(xué)范式非常必要。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程；教學(xué)范式；教學(xué)改革；應(yīng)用能力；創(chuàng)造能力；網(wǎng)絡(luò)課堂；實(shí)踐教學(xué)模式；應(yīng)用創(chuàng)新型人才

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-1573（2014）03-0107-03

課程教學(xué)范式改革是在新的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)和教育形勢(shì)下，針對(duì)我國(guó)高等教育普遍存在的問(wèn)題提出的一項(xiàng)重要改革舉措。課程教學(xué)范式是指在課程教學(xué)實(shí)踐中，教學(xué)共同體成員所秉持的信念與價(jià)值、采取的技術(shù)及形式、形成的特質(zhì)及效果的總稱。應(yīng)用型大學(xué)課程教學(xué)范式改革，是改變以“傳授知識(shí)—接受知識(shí)”和以教師為中心、以課堂為中心、以教材為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式，構(gòu)建以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體，以研究、探索、協(xié)作等為特點(diǎn)的，師生互動(dòng)的全新的注重學(xué)生應(yīng)用能力培養(yǎng)的教學(xué)范式。

2013年數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程被遴選為河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)首批課程教學(xué)范式改革課程。課程組成員以“自主、合作、探究”為教學(xué)理念，重新確立課程教學(xué)目標(biāo)，優(yōu)化課程內(nèi)容，科學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)模式，創(chuàng)新教學(xué)方法，強(qiáng)化過(guò)程評(píng)價(jià)，細(xì)化考核指標(biāo)體系等，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)從“以教師為中心”向“學(xué)生主體、教師主導(dǎo)”的轉(zhuǎn)變，在2012級(jí)計(jì)算機(jī)類專業(yè)進(jìn)行了嘗試與探索，取得了一定的效果，為進(jìn)一步改革奠定了基礎(chǔ)。

一、重新確立課程教學(xué)目標(biāo)與要求

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”是計(jì)算機(jī)類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，是計(jì)算機(jī)專業(yè)課程體系中的核心課程之一；是設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)編譯程序、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和其他系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件的重要基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)類專業(yè)課程體系中具有承上啟下的重要地位與作用。

課程教學(xué)范式改革要求課程目標(biāo)從過(guò)去的知識(shí)傳遞單一目標(biāo)向“以知識(shí)傳遞為載體，以應(yīng)用能力培養(yǎng)到創(chuàng)造能力培養(yǎng)為梯級(jí)目標(biāo)”轉(zhuǎn)變。通過(guò)本門課程的學(xué)習(xí)，掌握各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的抽象數(shù)據(jù)類型的定義、各種操作的原理；掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中基本操作的算法，能夠從時(shí)間和空間上分析算法的優(yōu)劣并能夠設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)算法的C++程序；掌握利用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的一般性方法，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維（邏輯思維和抽象思維）能力以及形式化思維方法，能為具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)選擇適當(dāng)?shù)倪壿嫿Y(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)并設(shè)計(jì)良好的算法，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的實(shí)踐能力。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，提高學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜程序的能力，能夠編寫(xiě)出符合軟件工程規(guī)范和性能良好的軟件系統(tǒng)。

二、科學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)模式，改革教學(xué)范式

1. 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，拓展實(shí)踐內(nèi)容。根據(jù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，以應(yīng)用能力培養(yǎng)為核心，以“公共課管用、基礎(chǔ)課夠用、專業(yè)課適用”為原則，進(jìn)一步重組和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，給予學(xué)生自主學(xué)習(xí)和個(gè)性化學(xué)習(xí)的空間。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容豐富，包括理論教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。我們按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型將課程內(nèi)容分為4個(gè)單元，第1單元為線性結(jié)構(gòu)，是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的基礎(chǔ)；第2單元為樹(shù)形結(jié)構(gòu)，包括樹(shù)、二叉樹(shù)、森林的存儲(chǔ)、遍歷等及其應(yīng)用，內(nèi)容較難；第3單元為圖形結(jié)構(gòu)，包括無(wú)向圖、有向圖的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、遍歷以及圖的應(yīng)用；第4單元為查找與排序，包括靜態(tài)查找、動(dòng)態(tài)查找以及插入排序、歸并排序、基數(shù)排序等內(nèi)容。第1單元是入門的基礎(chǔ)，采用講授+動(dòng)畫(huà)演示+案例+實(shí)踐的方式進(jìn)行精講，以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體；第2-3單元，采用討論+講授+動(dòng)畫(huà)演示+案例+實(shí)踐的方式進(jìn)行精講；第4單元，在學(xué)生有了一定基礎(chǔ)時(shí)，采用學(xué)生上臺(tái)講解的方式進(jìn)行。

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”是應(yīng)用性很強(qiáng)的一門課。課程組重新編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱中規(guī)定了必做實(shí)驗(yàn)4個(gè)與選作實(shí)驗(yàn)6個(gè)，并要求學(xué)生按小組課前完成算法設(shè)計(jì)、代碼調(diào)試，按照軟件工程的思想編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，課上進(jìn)行答辯，講解設(shè)計(jì)思路、演示程序。為提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力，精心設(shè)計(jì)了與實(shí)際應(yīng)用緊密且難易結(jié)合的課程設(shè)計(jì)題目23個(gè)，如：約瑟夫鏈、迷宮求解問(wèn)題、停車場(chǎng)管理、銀行排隊(duì)模擬系統(tǒng)、醫(yī)院選址問(wèn)題等。自學(xué)期中開(kāi)始，學(xué)生每2～3人為一組進(jìn)行選題、課程設(shè)計(jì)，學(xué)期末任課教師組織課程設(shè)計(jì)的驗(yàn)收、答辯。

2. 教學(xué)結(jié)構(gòu)體系化。構(gòu)建“課堂多媒體教學(xué)+實(shí)驗(yàn)教學(xué)+網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)+課程設(shè)計(jì)”四位一體的完整教學(xué)體系。學(xué)生通過(guò)課堂多媒體的理論學(xué)習(xí)，在每章講完以后對(duì)所布置的實(shí)驗(yàn)題目上機(jī)實(shí)踐，基本上對(duì)所學(xué)內(nèi)容有了初步的了解。為進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的知識(shí)掌握，學(xué)生在課下還可以就布置的課程設(shè)計(jì)題目在網(wǎng)絡(luò)課堂上進(jìn)一步地學(xué)習(xí)。

3. 教學(xué)方法多元化。針對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程理論性強(qiáng)、教學(xué)重點(diǎn)部分抽象且難以理解等問(wèn)題，在課堂講授中，我們綜合采用了“啟發(fā)式+討論式+案例教學(xué)+動(dòng)畫(huà)演示法+參與式”等多種教學(xué)方法。針對(duì)每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，精心設(shè)計(jì)了討論題，組織學(xué)生結(jié)合實(shí)際搞好課堂討論，幫助學(xué)生理解所講的知識(shí)點(diǎn)，增強(qiáng)學(xué)生們的自信心和求知欲，鞏固所學(xué)知識(shí)。在教學(xué)過(guò)程中引入案例，構(gòu)建其數(shù)學(xué)模型，啟發(fā)學(xué)生解決該問(wèn)題常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，引領(lǐng)學(xué)生設(shè)計(jì)算法并要求學(xué)生課后上機(jī)調(diào)試運(yùn)行。這樣由淺入深，強(qiáng)化了學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，增強(qiáng)了成就感和編程興趣，進(jìn)一步體會(huì)到“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的重要性。對(duì)于難以理解的知識(shí)點(diǎn)，充分利用多媒體教學(xué)手段，設(shè)計(jì)制作出模擬動(dòng)畫(huà)，將抽象內(nèi)容可視化，有利于學(xué)生對(duì)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”知識(shí)的理解。

4. 強(qiáng)化教學(xué)協(xié)作，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。努力探索構(gòu)建以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體，以研究、探索、協(xié)作等為特點(diǎn)，師生互動(dòng)的全新的注重學(xué)生應(yīng)用能力培養(yǎng)的教學(xué)范式，變“單向”教學(xué)模式為“雙向”，使學(xué)生很好地參與到課堂教學(xué)中。

開(kāi)課之初，將全班同學(xué)5～6人分為一組，可分為若干個(gè)小組。小組長(zhǎng)負(fù)責(zé)組織小組內(nèi)討論學(xué)習(xí)，協(xié)作完成實(shí)驗(yàn)程序。在教學(xué)過(guò)程中，教師指導(dǎo)學(xué)生自學(xué)，帶著問(wèn)題進(jìn)行課前主動(dòng)預(yù)習(xí)。開(kāi)設(shè)討論課，要求學(xué)生事先查閱相關(guān)文獻(xiàn)、寫(xiě)出討論提綱，對(duì)某一問(wèn)題形成自己的獨(dú)特看法。開(kāi)設(shè)10～15分鐘學(xué)生講授課，在學(xué)生對(duì)該課程入門后嘗試教學(xué)，以小組為單位組織課堂教學(xué)，圍繞一個(gè)知識(shí)點(diǎn)組織教與學(xué)，教師協(xié)助、指導(dǎo)，學(xué)生由被動(dòng)的接受者變?yōu)橹鲃?dòng)的參與者。

5. 構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)課堂，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供豐富的教學(xué)資源?；趯W(xué)校的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)建立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的網(wǎng)絡(luò)課堂。網(wǎng)絡(luò)課堂不僅涵蓋了課程的基本信息（課程簡(jiǎn)介、教學(xué)大綱、課程性質(zhì)和任務(wù)、多媒體課件、網(wǎng)站資源等），還給出了“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的典型應(yīng)用案例、實(shí)踐教學(xué)案例、拓展訓(xùn)練題目、在線測(cè)試、考研園地。同時(shí)學(xué)生可以在網(wǎng)絡(luò)課堂中提交作業(yè)，學(xué)習(xí)論壇為師生、生生互動(dòng)提供了一個(gè)新的交互平臺(tái)，師生可以在此對(duì)學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)、疑難問(wèn)題、教學(xué)建議等進(jìn)行無(wú)拘無(wú)束的交流。此外，課外資源鏈接，包括國(guó)家級(jí)精品課資源網(wǎng)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程（http：//www.jingpinke.com/course）、學(xué)科競(jìng)賽網(wǎng)（Http：//www.lanqiao.org）和軟件設(shè)計(jì)練習(xí)系統(tǒng)（http：//lx.lanqiao.org）等，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供了多層次的課外閱讀材料。

6. 實(shí)驗(yàn)教學(xué)層次化。構(gòu)建了設(shè)計(jì)型—綜合型—拓展型的多層次實(shí)踐教學(xué)模式。針對(duì)實(shí)驗(yàn)課時(shí)緊張的現(xiàn)實(shí)情況，要求學(xué)生在課外完成程序設(shè)計(jì)調(diào)試，實(shí)驗(yàn)課上以小組為單位進(jìn)行演示答辯。自第8周開(kāi)始學(xué)生選擇“課程設(shè)計(jì)”題目，為避免抄襲，規(guī)定每個(gè)題目最多3人，獨(dú)立完成需求分析、設(shè)計(jì)、編碼、調(diào)試、測(cè)試并撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告，提高了學(xué)生的實(shí)踐能力。

7. 強(qiáng)化過(guò)程評(píng)價(jià)，改革考試方式。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程考核方式改革是教學(xué)改革的重要內(nèi)容，考試成績(jī)=10%平時(shí)成績(jī)+30%綜合程序設(shè)計(jì)成績(jī)+60%期末?？己酥笜?biāo)體系如下：

平時(shí)成績(jī)滿分100分，其中：到課率10分、學(xué)生參與教學(xué)的主動(dòng)性20分、實(shí)驗(yàn)報(bào)告20分、平時(shí)作業(yè)20分、單元測(cè)試30分。具體而言：（1）到課率10分：課堂隨機(jī)點(diǎn)名3次。超過(guò)3次未到，課堂到課成績(jī)計(jì)0分。全勤計(jì)10分，一次未到扣4分，兩次未到扣8分。（2）學(xué)生參與教學(xué)的主動(dòng)性20分：鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)參與到課堂上，一學(xué)期每組組織課堂討論2次，每次10分。課前分配給各小組課堂討論的題目，課后由小組長(zhǎng)組織小組準(zhǔn)備課上講解內(nèi)容。思路清晰、準(zhǔn)備充分、講解準(zhǔn)確者，計(jì)滿分；準(zhǔn)備不充分、講解不清楚者，計(jì)6分；未準(zhǔn)備者，計(jì)0分。（3）實(shí)驗(yàn)報(bào)告20分：4次實(shí)驗(yàn)課，每次5分。課上答辯流利并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)課堂提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告者，計(jì)5分；課上未能答辯但課后能夠完成并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告者，計(jì)3分；未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告者，計(jì)0分。（4）作業(yè)20分：4次大作業(yè)包括線性結(jié)構(gòu)、樹(shù)型結(jié)構(gòu)、圖型結(jié)構(gòu)、查找與排序，每次計(jì)5分，共20分。作業(yè)獨(dú)立認(rèn)真完成者，計(jì)20分；作業(yè)基本獨(dú)立認(rèn)真完成者，計(jì)3分；未交作業(yè)者，計(jì)0分。（5）單元測(cè)試30分：1次學(xué)期期中小測(cè)+4次網(wǎng)絡(luò)在線測(cè)試，每次計(jì)6分。課程綜合程序設(shè)計(jì)滿分100分，其中：程序功能50分、算法效率30分和算法創(chuàng)新20分。具體而言：（1）程序功能完善、界面友好、運(yùn)行穩(wěn)定者，計(jì)50分；程序功能基本完善、界面基本友好、運(yùn)行基本穩(wěn)定者，計(jì)30分；程序功能不全、界面不友好、程序運(yùn)行有重大缺陷者，計(jì)0分。（2）算法時(shí)間效率和空間效率高者，計(jì)30分；算法時(shí)間效率或空間效率一個(gè)較高另一個(gè)可以接受者，計(jì)20分；算法時(shí)間效率或空間效率不可接受，計(jì)0分。（3）算法設(shè)計(jì)有較大創(chuàng)新者，計(jì)20分；算法設(shè)計(jì)有一定創(chuàng)新者，計(jì)10分；算法設(shè)計(jì)無(wú)創(chuàng)新者，計(jì)0分。

期末考試滿分為100分，以閉卷考試的形式進(jìn)行，突出算法設(shè)計(jì)與動(dòng)手操作。其中：基本理論、概念30分，操作30分，算法設(shè)計(jì)40分。

三、教學(xué)范式改革效果實(shí)證

課程結(jié)束后，我們按照學(xué)生以組為單位進(jìn)行了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)范式改革的效果調(diào)研，得到如下結(jié)果。

1. 范式改革轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式，分組、課堂討論、課上講授等方式，增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，調(diào)動(dòng)了積極性。通過(guò)自學(xué)、查閱相關(guān)資料，學(xué)生既學(xué)到了許多新的知識(shí)，補(bǔ)充了課堂教學(xué)的內(nèi)容，開(kāi)拓了視野，也鍛煉了自學(xué)能力，提高了學(xué)習(xí)的自主性。

2. 通過(guò)課程設(shè)計(jì)，提高了學(xué)生的實(shí)踐能力，達(dá)到了課程的教學(xué)目標(biāo)。尤其是在課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，針對(duì)題目的要求進(jìn)行需求分析，選擇數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、綜合應(yīng)用經(jīng)典算法到程序設(shè)計(jì)、代碼調(diào)試、撰寫(xiě)技術(shù)報(bào)告整個(gè)過(guò)程的訓(xùn)練，提高了分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，學(xué)生自己也有成就感。

3. 網(wǎng)絡(luò)課堂增進(jìn)了同學(xué)及師生之間的交流，豐富的教學(xué)資源，如課外資料，開(kāi)拓了學(xué)生的視野，為自主學(xué)習(xí)提供了基礎(chǔ)。

4. 在課時(shí)允許的情況下增加習(xí)題課，給更多同學(xué)上臺(tái)的機(jī)會(huì)，加大網(wǎng)絡(luò)課堂中的互動(dòng)。

四、結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)需要課程教學(xué)范式改革，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程范式改革結(jié)合了計(jì)算機(jī)類專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)與定位，具有較強(qiáng)的應(yīng)用性和實(shí)踐性，為同類課程的范式改革提供了借鑒。由于課程教學(xué)范式改革是一個(gè)綜合性的課題，涉及教學(xué)共同體中的教師、學(xué)生、環(huán)境，在今后的教學(xué)過(guò)程中需進(jìn)一步轉(zhuǎn)變思想，充分理解“自主、協(xié)作、探究”的內(nèi)涵；在優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、強(qiáng)化教學(xué)協(xié)作、轉(zhuǎn)變教學(xué)方式、強(qiáng)化過(guò)程評(píng)價(jià)等方面有待深化、完善和研究，課程教學(xué)范式改革任重而道遠(yuǎn)。

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責(zé)任編輯、校對(duì)：李金霞

Abstract： Data structure course is the basic course of computer specialty， which teaching goal is to train students' computer thinking ability and formalized thinking way， to select the appropriate logical data structure， the storage structure and well-designed algorithm for particular application. Therefore， taking data structure course for the pilot， we should conduct innovate reform in the teaching idea， teaching goal， curriculum content， teaching methods， examining ways， etc， to construct the applied innovative talents training courses teaching paradigm is very necessary.

Keywords： data structure course， teaching paradigm， teaching reform， application ability， creative ability， online class， practical teaching model， applicable innovative talents