基于CDIO的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐教學(xué)改革與探索

李 璟,劉懷愚

（淮北師范大學(xué) 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，安徽 淮北 235000）

1 傳統(tǒng)實踐教學(xué)模式中存在的問題

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在計算機(jī)學(xué)科體系中一直處于核心課程的地位，它的實踐環(huán)節(jié)在培養(yǎng)學(xué)生編程思想和編程能力等方面起著至關(guān)重要的作用.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐教學(xué)主要包括兩部分：課程實驗和課程設(shè)計.課程實驗主要是對實驗的基本方法、基本技能以及編程思維等方面進(jìn)行基礎(chǔ)性培訓(xùn)；課程設(shè)計是對實驗綜合能力、軟件編程能力和調(diào)試能力的綜合性訓(xùn)練.

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐教學(xué)目前仍采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，由老師對實驗內(nèi)容的目的、步驟、過程等進(jìn)行設(shè)定和講解，學(xué)生進(jìn)行“按部就班”的操作，得到“意料之中”的結(jié)果.這種模式會使學(xué)生逐漸成為實踐活動的“旁觀者”，自主參與的興趣、動手操作的技能、思考創(chuàng)新的能力不能得到真正的培養(yǎng)，實踐教學(xué)的成效會大打折扣.總體說來，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)實踐教學(xué)模式主要存在以下幾個方面的問題：

1.1 實驗內(nèi)容與實際應(yīng)用脫節(jié)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中包含大量的抽象性、理論性算法，課程實驗的主要教學(xué)內(nèi)容就是對這些算法進(jìn)行驗證，例如線性表的相關(guān)操作、棧的應(yīng)用、哈夫曼樹的構(gòu)造，最小生成樹等.這些實驗項目多以純粹抽象的算法形式呈現(xiàn)，與實際應(yīng)用之間缺少“由實際問題抽象分解為數(shù)學(xué)問題”這一至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，學(xué)生在進(jìn)行實驗時無需對實際問題進(jìn)行抽象建模，無需對解決方法進(jìn)行思考探索，只需將書本上或課堂上已經(jīng)學(xué)習(xí)過的程序代碼錄入到計算機(jī)中，就能獲得毫無懸念并正確的運行結(jié)果.學(xué)生從現(xiàn)實生活或?qū)嶋H應(yīng)用中“發(fā)現(xiàn)問題”、“分析問題”的能力無法通過實驗得到鍛煉，“解決問題”能力的培養(yǎng)更是無從談起.

1.2 實踐過程中主體角色錯位

目前的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐教學(xué)方法仍局限于“教師先演示，學(xué)生后操作”的形式，整個過程中教師處于中心地位，學(xué)生圍繞著教師對實踐目的、內(nèi)容和步驟的講解而進(jìn)行實踐，幾乎沒有以學(xué)生為中心開展的互動活動.學(xué)生感受不到自己才是實踐過程的絕對主體，認(rèn)為自己只是實踐活動的被動參與者，在實踐過程中只需按照步驟性的實踐內(nèi)容進(jìn)行操作即可.這種錯覺會使學(xué)生對實踐過程的興趣大大降低，對實踐活動主動參與的意識逐步失去，對實踐內(nèi)容自主性的思考基本喪失，很難實現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力的實踐教學(xué)目標(biāo).

1.3 考核評價方式傳統(tǒng)單一

實踐的考核評價既是實踐教學(xué)開展成功與否的反饋，又是隨后教學(xué)活動如何開展的導(dǎo)向，在整個實踐教學(xué)活動中起到總結(jié)和指導(dǎo)的作用.但是，目前的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐考核評價還是主要依賴學(xué)生提交的實驗報告和課程設(shè)計報告，這種傳統(tǒng)單一的考核評價方式使學(xué)生片面地關(guān)注實驗報告整潔與否和篇幅長短，只追求實驗結(jié)果，不注重實驗過程中的方法和技能.因此，利用這種方式得到的考核成績和評價結(jié)果無法反映學(xué)生真實的實踐水平，更無法對整個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐課程真正起到反饋和導(dǎo)向作用.

2 將CDIO理念融入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐教學(xué)

2000 年，美國麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)聯(lián)合發(fā)起研究，提出了將“做中學(xué)”貫穿工程項目構(gòu)思 (Conceive)、設(shè)計 (Design)、實現(xiàn)(Implement)和運轉(zhuǎn)(Operate)四個生命過程的CDIO教育創(chuàng)新模式[1].它是一種“基于項目的教育和學(xué)習(xí)”方式，讓學(xué)生主動地、實踐地參與到理論到實踐的轉(zhuǎn)化過程中來，更加重視學(xué)生實踐的積極性和主動性，更加注重培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊意識和創(chuàng)新能力[2].傳統(tǒng)實踐教學(xué)模式中對這些能力的培養(yǎng)恰恰是有所欠缺的，因此將CDIO理念應(yīng)用到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐教學(xué)中很有必要，在實踐教學(xué)內(nèi)容、實踐教學(xué)活動和實踐考核評價等方面進(jìn)行探索具有非常重要的意義.

2.1 更新實踐項目內(nèi)容，形成多層次的實踐教學(xué)體系

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程實驗的內(nèi)容主要以驗證型實驗為主，為激發(fā)學(xué)生的實踐興趣，鍛煉學(xué)生探索精神和動手能力，可以適當(dāng)增加綜合型和設(shè)計型的實驗.這些新增的實驗項目，一方面可以進(jìn)行重新選題，另一方面可以對原有的驗證型實驗進(jìn)行修改，表1中列出了部分由驗證型實驗修改而成的綜合型或設(shè)計型實驗項目.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計是對課程實驗的應(yīng)用總結(jié)和綜合演練，它的內(nèi)容要具有實際意義，并且兼顧綜合性、代表性和趣味性.因此，在更新課程設(shè)計的題目內(nèi)容時要擴(kuò)展思路和渠道，選擇來自企業(yè)一線、專業(yè)競賽、創(chuàng)新實驗項目和教師本人研究項目的子課題作為課程設(shè)計題目，教師對這些題目進(jìn)行有針對性的修改，使其更符合學(xué)生的思路和知識點的運用.

表1 部分由驗證型轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合型或設(shè)計型的實驗項目

對課程實驗項目和課程設(shè)計題目進(jìn)行擴(kuò)充更新后，課程實驗與課堂教學(xué)同步開展驗證型、綜合型和設(shè)計型實驗項目，課程設(shè)計在課程開設(shè)本學(xué)期末或下學(xué)期初進(jìn)行，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐教學(xué)內(nèi)容根據(jù)教學(xué)進(jìn)度依次呈現(xiàn)，貫穿了整個教學(xué)過程.不同類型的實驗項目和課程設(shè)計有不同的培養(yǎng)目標(biāo)和方法，從而形成了多層次的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐教學(xué)體系，如圖1所示.

2.2 開展實踐教學(xué)活動，營造學(xué)生為中心的實踐教學(xué)氛圍

實踐教學(xué)中需要教師對實驗項目或?qū)嵺`活動進(jìn)行必要的講解和演示，需要教師在學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探索時給予引導(dǎo)和幫助，但教師不是實踐的主角，他們只是教學(xué)過程的組織者和指導(dǎo)者，學(xué)生才是整個實踐過程的絕對主體.因此，在實踐教學(xué)中應(yīng)改變教師為主導(dǎo)的傳統(tǒng)教學(xué)模式，將學(xué)生需求作為教學(xué)導(dǎo)向，從學(xué)生的角度設(shè)計實踐環(huán)節(jié)，開展實踐活動，努力營造學(xué)生為中心的實踐教學(xué)氛圍.

表2 不同階段的實踐教學(xué)活動

CDIO教學(xué)模式倡導(dǎo)圍繞學(xué)生進(jìn)行教育和學(xué)習(xí)，以此為理論依據(jù)在實踐前、實踐中和實踐后三個階段進(jìn)行改革與嘗試，在不同階段以學(xué)生為中心開展不同的教學(xué)活動，進(jìn)行形式多樣的實踐教學(xué)，使學(xué)生真正積極主動地參與到實踐中，使實踐操作進(jìn)入一種自覺和創(chuàng)造的狀態(tài).

2.3 轉(zhuǎn)變實踐考核方式，構(gòu)建更為規(guī)范的實踐考核體系

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐考核主要根據(jù)實驗報告和課程設(shè)計報告對學(xué)生各方面的表現(xiàn)進(jìn)行評分，這種方式顯然是不科學(xué)的.它僅僅能體現(xiàn)學(xué)生對實踐理論知識的掌握程度，很難反映學(xué)生真實的實踐水平.因此，必須轉(zhuǎn)變實踐考核方式，積極探索和運用新的考核評價方法，使考核評價在培養(yǎng)學(xué)生實踐創(chuàng)新能力中發(fā)揮客觀的反饋功能和積極的導(dǎo)向作用.在構(gòu)建新的實踐考核體系時融入CDIO理念，使考核內(nèi)容和方式中除了包括傳統(tǒng)方式中已有的理論內(nèi)容和提交報告外，更偏重對學(xué)生實踐能力的考核和評價.將學(xué)生實踐態(tài)度、動手操作、實驗創(chuàng)新和團(tuán)隊協(xié)作等方面的表現(xiàn)也作為重要的考核內(nèi)容，并且采用教師評分與學(xué)生自評和互評相結(jié)合的考核方式.

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程實驗采用的是單獨設(shè)課的形式，學(xué)期末需要對學(xué)生進(jìn)行期末考試，因此在考核中主要考慮學(xué)生平時表現(xiàn)、期末考核兩個方面，每個方面包括若干考核點，力求能真實反映學(xué)生在課程實驗中對基礎(chǔ)理論、基本方法的掌握程度和編程思維和能力的真實水平.對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計的考核評價借鑒了CDIO中的項目推介形式，在考核時需要學(xué)生進(jìn)行口頭報告、實際演示和現(xiàn)場解答，根據(jù)同組學(xué)生互評和自評結(jié)果給出團(tuán)隊協(xié)作評價，結(jié)合課程設(shè)計過程中的實踐表現(xiàn)與提交的課程設(shè)計報告進(jìn)行評分，從現(xiàn)場表現(xiàn)、平時表現(xiàn)和成果表現(xiàn)三個方面綜合評定課程設(shè)計成績.

通過這種內(nèi)容全面和形式多樣的綜合考核，能促使學(xué)生在實踐中注重動手操作，獨立思考、質(zhì)疑求證和團(tuán)隊協(xié)作，從而逐步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、實踐能力和團(tuán)隊意識.表3中列出了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程實驗和課程設(shè)計的主要考核內(nèi)容和分值比例.

表3 考核的內(nèi)容及各項比例

3 結(jié)束語

CDIO的培養(yǎng)理念為改革數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐教學(xué)傳統(tǒng)模式提供了理論依據(jù)，本文根據(jù)目前在實踐教學(xué)中存在的問題，從更新教學(xué)內(nèi)容、豐富教學(xué)活動和轉(zhuǎn)變考核方式三個方面進(jìn)行改革探索，不斷提高實踐教學(xué)質(zhì)量和效果，實現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實踐教學(xué)目標(biāo).

〔1〕查建中.論“做中學(xué)”戰(zhàn)略下的 CDIO 模式[J].高等工程教育研究，2008,16(3):1-6.

〔2〕顧佩華,沈民奮,李升平，等.從 CDIO 到 EIPCDIO——汕頭大學(xué)工程教育與人才培養(yǎng)模式探索[J].高等工程教育研究，2008,16(1):12-20.

〔3〕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,2009.