基于CDIO工程模式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)研究與探索

武 彬 吳其林

（巢湖學(xué)院信息工程學(xué)院，安徽 巢湖 238000）

基于CDIO工程模式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)研究與探索

武 彬 吳其林

（巢湖學(xué)院信息工程學(xué)院，安徽 巢湖 238000）

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程在教學(xué)中存在理論性強(qiáng)，算法難理解的特點(diǎn)，文中提出將CDIO工程教育理念融入到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，以項(xiàng)目為載體，問題為驅(qū)動，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并鍛煉學(xué)生的綜合動手能力與創(chuàng)新能力，并為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

CDIO理念；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；項(xiàng)目驅(qū)動；應(yīng)用型人才

1 引言

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)學(xué)科的重要分支研究領(lǐng)域，它研究現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體模型與相應(yīng)數(shù)學(xué)模型間的關(guān)系和轉(zhuǎn)化，并研究轉(zhuǎn)化的數(shù)學(xué)模型間大量數(shù)據(jù)之間的關(guān)系［1］，它在計(jì)算機(jī)學(xué)科中占有十分重要的地位，是計(jì)算機(jī)學(xué)科研究生考試的必考科目。對這門課程的學(xué)習(xí)、理解、掌握及應(yīng)用，可提高學(xué)生的抽象思維能力和創(chuàng)造能力［2］，另外在計(jì)算機(jī)專業(yè)的很多后續(xù)課程里，都要用到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的知識，如操作系統(tǒng)里關(guān)于內(nèi)存管理、文件管理；數(shù)據(jù)庫里關(guān)于物理模型問題；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)里關(guān)于最短路徑的求解；軟件工程里關(guān)于關(guān)鍵工期的求解等。就目前的大部分應(yīng)用型本科院校的教學(xué)現(xiàn)狀來看，《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)理論性較強(qiáng)與實(shí)踐相脫節(jié)，所學(xué)內(nèi)容被人為切割，相互孤立，學(xué)生易產(chǎn)生“學(xué)而無用”的思想，學(xué)習(xí)興趣不高，達(dá)不到理想的教學(xué)效果。

如何對本門課程的教學(xué)效果進(jìn)行提高？本文將CDIO工程模式結(jié)合理論教學(xué)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)研究與實(shí)踐探索，將CDIO工程教育理念作為導(dǎo)向，建立以工程項(xiàng)目為載體的課程教學(xué)體系，在課堂教學(xué)和課程設(shè)計(jì)中潛移默化的培養(yǎng)學(xué)生的工程能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力及個(gè)人創(chuàng)新能力［3］。

2 CDIO工程模式教育理念

CDIO（Conceiving，Designing，Implementing and Operating）即為構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作，它以工程項(xiàng)目從研發(fā)到運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)［4］。“做中學(xué)”及“基于項(xiàng)目的教育和學(xué)習(xí)”是CDIO典型的教學(xué)模式體現(xiàn)，該模式讓學(xué)生主動參與理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)化過程，為《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)提供了新的方法和手段，它將“教、學(xué)、做”融為一體，是一種新型有效的教學(xué)模式。

遵循 CDIO“做中學(xué)”的原則，我們有針對性地設(shè)計(jì)一些實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，讓學(xué)生在解決實(shí)際項(xiàng)目問題的過程中相互討論，共同思考促進(jìn)對書中抽象理論的理解，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)由理論到實(shí)際應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。因此，以CDIO理念作基礎(chǔ)對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程來做教學(xué)研究探索是有必要有意義的。

3 基于CDIO的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)研究與探索

3.1 傳統(tǒng)教學(xué)現(xiàn)狀分析

傳統(tǒng)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)主要存在以下問題：①以課堂以理論教學(xué)為主，學(xué)生被動接受，基本無實(shí)踐動手的機(jī)會；②授課基本以教師理論講解為中心，內(nèi)容抽象、枯燥，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性得不到充分的激發(fā)和調(diào)動，教學(xué)效果不理想；③教、學(xué)、用三個(gè)環(huán)節(jié)脫離，因大多教師缺乏工程經(jīng)驗(yàn)，課堂教學(xué)中，偏學(xué)術(shù)，偏理論，輕工程，教學(xué)所教不能與工程應(yīng)用中最常用的相結(jié)合，教學(xué)與工程脫離；④教學(xué)考核上，偏重考察抽象的理論知識，忽視對學(xué)生實(shí)踐綜合能力的考核；⑤學(xué)生團(tuán)體協(xié)作能力培養(yǎng)不足（傳統(tǒng)的實(shí)踐課，基本只要求學(xué)生獨(dú)立對小實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目完成編程，達(dá)不到對學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和溝通能力的鍛煉）；⑥達(dá)不到當(dāng)前國家對普通高校的應(yīng)用型人才的培養(yǎng)要求。

3.2 基于CDIO的教學(xué)實(shí)踐方法研究與改革

3.2.1 基于CDIO的問題驅(qū)動式教學(xué)研究

對于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中那些抽象枯燥的算法，教師如何在課堂上引導(dǎo)激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)熱情，并培養(yǎng)提高他們分析解決問題的能力，在此我們可采用問題式驅(qū)動的教學(xué)方法。以問題求解作為實(shí)踐內(nèi)容設(shè)計(jì)的主線索，重在培養(yǎng)學(xué)生的問題分析能力及算法設(shè)計(jì)能力。在每章教學(xué)中教師可選擇有代表性、難度相對適中并有一定綜合性的經(jīng)典算法，合理設(shè)計(jì)“問題”，從而以點(diǎn)帶面地將各個(gè)知識點(diǎn)融匯講解，講授過程可采用“提出問題、分析問題、解決問題”的模式引導(dǎo)學(xué)生由生動的實(shí)例過渡到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的算法中。因此在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的每章教學(xué)中，為了讓學(xué)生更好理解教師上課所講的一個(gè)個(gè)孤立的算法，我們在每章的教學(xué)中都帶領(lǐng)學(xué)生做幾個(gè)驗(yàn)證性的小實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)在于訓(xùn)練學(xué)生對章節(jié)內(nèi)容的理解，為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及程序開發(fā)和設(shè)計(jì)能力，以及他們的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，我們采用如圖1的教學(xué)設(shè)計(jì)方法。

3.2.2 基于CDIO的以實(shí)用為導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

應(yīng)用型人才是國家對當(dāng)前普通高校的人才培養(yǎng)要求，因此從實(shí)用性的角度進(jìn)行教學(xué)可更好的激發(fā)引導(dǎo)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對于《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》中那些抽象的基本概念名詞和算法我們可在理論教學(xué)之初提出項(xiàng)目，教學(xué)圍繞項(xiàng)目做展開，這樣既可加深學(xué)生對基本算法的理解又能充分調(diào)動提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，另外教學(xué)中還可結(jié)合生活中的實(shí)例進(jìn)行教學(xué)。如，在對“棧與隊(duì)列”進(jìn)行講解時(shí)，?？梢越Y(jié)合我們生活舉例：我們在往紙箱放書時(shí)，放在最上面的書必然是最后放上去的；而當(dāng)我們從紙箱里要拿出書的時(shí)候只有先拿出最上面的才可能拿出下面的，這就是現(xiàn)實(shí)生活中的棧具有典型的后進(jìn)先出（LIFO）的特點(diǎn)；對于隊(duì)列也可以結(jié)合生活舉例：如去醫(yī)院看病，大家站成一個(gè)隊(duì)列排隊(duì)就診，那么在最前面的可以先就診離開（出隊(duì)），新來者需要排到隊(duì)尾（入隊(duì)），這是現(xiàn)實(shí)生活中大家很熟悉的隊(duì)列，具有的先進(jìn)先出（FIFO）的特點(diǎn)。

3.2.3 基于CDIO的以項(xiàng)目為載體的實(shí)踐教學(xué)

在學(xué)生理解掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本算法及各章驗(yàn)證性小實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目教學(xué)，即師生共同對一個(gè)完整的項(xiàng)目工作進(jìn)行實(shí)施，這樣的以項(xiàng)目為載體的教學(xué)活動能讓學(xué)生融入有意義的任務(wù)完成的過程中，使學(xué)生自主進(jìn)行有目標(biāo)的學(xué)習(xí)。

①對項(xiàng)目任務(wù)進(jìn)行確定：根據(jù)學(xué)生的掌握和進(jìn)展情況，結(jié)合重難點(diǎn)，教師安排教學(xué)進(jìn)度及內(nèi)容并制定實(shí)用性的項(xiàng)目。教學(xué)過程中首先明確項(xiàng)目任務(wù)，帶領(lǐng)學(xué)生按軟件開發(fā)的流程討論項(xiàng)目的目標(biāo)和任務(wù)，確定項(xiàng)目完成的功能，讓學(xué)生帶著明確的目的去汲取知識；教師依據(jù)所研究的項(xiàng)目安排展開項(xiàng)目內(nèi)容并對學(xué)生提出的難點(diǎn)的項(xiàng)目內(nèi)容做講授；在項(xiàng)目實(shí)踐設(shè)計(jì)時(shí)指導(dǎo)學(xué)生以個(gè)人或小組的形式在所學(xué)過的子項(xiàng)目知識基礎(chǔ)上對項(xiàng)目進(jìn)行擴(kuò)展和鏈接以完成綜合項(xiàng)目。

②對項(xiàng)目任務(wù)進(jìn)行細(xì)化：理論授課時(shí)，教師針對項(xiàng)目的任務(wù)做知識點(diǎn)分析，帶領(lǐng)引導(dǎo)學(xué)生從分析項(xiàng)目任務(wù)到研究數(shù)據(jù)間的結(jié)構(gòu)，提醒引導(dǎo)學(xué)生借助教材及教輔材料講過的算法和知識點(diǎn)思考本項(xiàng)目的算法及偽代碼的描述，隨之教師在課堂上對項(xiàng)目中的難點(diǎn)部分做程序演示，最終要求學(xué)生實(shí)驗(yàn)課時(shí)將程序補(bǔ)充并調(diào)試出結(jié)果［5］。例如，在線性結(jié)構(gòu)的實(shí)踐使用時(shí)可要求學(xué)生完成一個(gè)“圖書目錄管理系統(tǒng)”，通過該項(xiàng)目可讓學(xué)生對信息的存儲結(jié)構(gòu)、管理、查詢以及排序算法有綜合的理解；在樹型結(jié)構(gòu)的使用可要求學(xué)生完成一個(gè)“家族關(guān)系查詢系統(tǒng)”，由該項(xiàng)目可提高學(xué)生對樹、二叉樹、線索二叉樹、最優(yōu)二叉樹的理解與應(yīng)用；在圖形結(jié)構(gòu)的使用可要求學(xué)生完成一個(gè)“公交線路最優(yōu)路徑查詢系統(tǒng)”，通過該項(xiàng)目來鍛煉提高學(xué)生對圖的創(chuàng)建、輸出、最小生成樹構(gòu)建算法及最短路徑算法等的理解與應(yīng)用［6］。

4 考核模式的改革

因數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，在基于CDIO模式的培養(yǎng)要求下，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的考核除了要考核學(xué)生的理論學(xué)習(xí)成績，實(shí)踐成績也不可忽視。為了全面考核目標(biāo)，目前我校計(jì)算機(jī)專業(yè)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程已將課程設(shè)計(jì)拿出單獨(dú)設(shè)立學(xué)分，在理論考核的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充實(shí)踐考核的成績，這種綜合考核方式，既能檢測學(xué)生對理論知識的學(xué)習(xí)掌握情況，又能提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，使學(xué)生的（Skilled）技能、（Innovative）創(chuàng)新、（Collabo-rated）協(xié)作等綜合素質(zhì)得到全面的提高。

［1］嚴(yán)蔚敏，吳偉民.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（C語言版）［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2008.

［2］徐子珊.“算法設(shè)計(jì)與分析”教學(xué)中理論與技術(shù)的平衡［J］.計(jì)算機(jī)教育，2008，（10）：72-73.

［3］劉敏娜，張晉平.基于CDIO理念的軟件工程專業(yè)改革探索［J］.陜西教育（高教版），2013，（9）：61-62.

［4］張強(qiáng)，金義富.基于CDIO工程教育的IT類專業(yè)學(xué)科競賽模式探索［J］.實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2013，（4）：127-131.

［5］宋桂娟，等.基于CDIO的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革與研究［J］.電腦知識與技術(shù)，2010，（3）：755-756.

［6］葉國燦，等.獨(dú)立學(xué)院應(yīng)用型人才培養(yǎng)的系統(tǒng)論思考［J］.產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2013，（17）：141-142.

RESEARCH ON DATA STRUCTURE TEACHING BASED ON THE CDIO PROJECT MODEL

WU Bin WU Qi-lin
（College of Information Engineering，Chaohu College，Chaohu Anhui 238000）

Teaching the course of Data Structure is characterized by the profound theory and the algorithm which is difficult to understand.This paper puts forward integrating the concept of CDIO teaching into experimental teaching of Data Structure，enhancing students′interest，comprehensive ability to practice and innovative ability through taking the projects as the carrier and the questions as the drive，and laying the foundation for learning subsequent courses.

CDIO concept；Data Structure；project-driven；application-oriented talents

楊松水

G642

A

1672-2868（2015）03-0151-03

2015-03-12

巢湖學(xué)院課程教改項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：ch13kcjgxm21）；2014年度省級項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：2014xnfz017）

武彬（1979-），女，安徽巢湖人。巢湖學(xué)院信息工程學(xué)院，助教。研究方向：無線局域網(wǎng)語音。