淺談高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)班《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)改革

趙鵬

（黑龍江大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080）

一、引言

近年來(lái)，教育部等部委在國(guó)家層面上組織實(shí)施了一系列拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)計(jì)劃。黑龍江大學(xué)在2004年也設(shè)立了相關(guān)專業(yè)的創(chuàng)新人才實(shí)驗(yàn)班，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)班就是其中之一。該實(shí)驗(yàn)班致力于培養(yǎng)適應(yīng)計(jì)算機(jī)科學(xué)快速發(fā)展的需要，掌握計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)相關(guān)的基礎(chǔ)理論和實(shí)踐技能，具有較高的文化素質(zhì)和國(guó)際視野以及良好的創(chuàng)新意識(shí)和探索精神，了解計(jì)算機(jī)學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)，具備黑龍江大學(xué)特色的厚基礎(chǔ)、強(qiáng)實(shí)踐、專門(mén)化的高層次計(jì)算機(jī)科學(xué)研究型人才。結(jié)合該培養(yǎng)目標(biāo)，我院制定了實(shí)驗(yàn)班單獨(dú)的培養(yǎng)方案、教學(xué)模式及教學(xué)要求?！稊?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心課程，在實(shí)驗(yàn)班課程設(shè)置中起著承上啟下的重要作用，該課程的學(xué)習(xí)效果直接影響學(xué)生們的研究能力、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力，筆者在多年講授《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)驗(yàn)班培養(yǎng)目標(biāo)及學(xué)生個(gè)體特色，對(duì)該課程的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了一些改革，取得了一些成果。

二、教學(xué)模式的改革

教學(xué)模式是教學(xué)基礎(chǔ)理論的具體化，也是教學(xué)具體經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和概括。傳統(tǒng)的填鴨式的教學(xué)模式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代學(xué)生，特別是有一定自學(xué)能力和創(chuàng)新思維的實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的需要。目前，國(guó)內(nèi)外較有影響的現(xiàn)代教學(xué)模式主要有：掌握學(xué)習(xí)模式、發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)模式、程序教學(xué)模式、案例教學(xué)模式和最優(yōu)化教學(xué)模式。筆者在研究上述教學(xué)模式的基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)驗(yàn)班教學(xué)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了一套多維教學(xué)模式，以適應(yīng)拔尖人才培養(yǎng)的需求，具體體現(xiàn)：

第一，課程知識(shí)體系的預(yù)熱。為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，筆者在正式授課前一周或第一次授課時(shí)會(huì)把該課程的相關(guān)研究問(wèn)題、研究成果、國(guó)內(nèi)外關(guān)于某問(wèn)題的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布給學(xué)生，使學(xué)生對(duì)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的知識(shí)體系和框架有大概的理解和認(rèn)知，使學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)能夠做到有的放矢，明確所學(xué)知識(shí)的研究和應(yīng)用動(dòng)態(tài)，有利于培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的研究能力。

第二，變被動(dòng)式接受學(xué)習(xí)模式為基于問(wèn)題的探究式主動(dòng)學(xué)習(xí)模式。被動(dòng)式接受學(xué)習(xí)模式的缺點(diǎn)是學(xué)生基礎(chǔ)不扎實(shí)，學(xué)生主觀能動(dòng)性差，理論與實(shí)踐脫節(jié)。基于問(wèn)題的探究式主動(dòng)學(xué)習(xí)模式是指學(xué)生在教師指導(dǎo)下，確定研究專題，主動(dòng)地獲取知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)、解決問(wèn)題的學(xué)習(xí)活動(dòng)。這種學(xué)習(xí)模式重視學(xué)生的自主活動(dòng)，提供并創(chuàng)造學(xué)生主動(dòng)探究、獨(dú)立操作、自由表達(dá)的“土壤”以及良好的氛圍，學(xué)生在其中創(chuàng)新和實(shí)踐，建立一種主動(dòng)發(fā)現(xiàn)、獨(dú)立思考的積極的學(xué)習(xí)方式。這種方式能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，給學(xué)生提供開(kāi)放的學(xué)習(xí)空間，有利于發(fā)現(xiàn)和開(kāi)發(fā)學(xué)生多方面的智慧潛能，同時(shí)，教師與學(xué)生在共同探求新知的過(guò)程中也能夠不斷提高，形成“教”“學(xué)”互長(zhǎng)，“學(xué)”“教”相輔的良性循環(huán)。通過(guò)實(shí)踐，這種方式確實(shí)使實(shí)驗(yàn)班學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)深度有了很大提高，同時(shí)也提高了學(xué)生的溝通和表達(dá)能力。

三、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法的改革

教學(xué)內(nèi)容和方法的改革是關(guān)系到能否培養(yǎng)出復(fù)合型創(chuàng)新人才的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

第一，《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的知識(shí)點(diǎn)眾多而復(fù)雜。為了強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的基礎(chǔ)能力，筆者對(duì)該課程的傳統(tǒng)內(nèi)容加以精煉，將普通的輔助性知識(shí)交給學(xué)生自學(xué)，注重基礎(chǔ)理論的講授，同時(shí)加強(qiáng)新理論、新技術(shù)的介紹，充實(shí)案例的分析內(nèi)容，以豐富教學(xué)內(nèi)容。在教學(xué)內(nèi)容上筆者著重理論知識(shí)的傳統(tǒng)性和扎實(shí)性相結(jié)合、研究問(wèn)題的應(yīng)用性和前沿性相結(jié)合，使學(xué)生把更多的精力放到對(duì)知識(shí)的深入研究上。另外，實(shí)驗(yàn)班教學(xué)重視教學(xué)內(nèi)容的啟發(fā)性和生動(dòng)性，重視理論與實(shí)踐的結(jié)合，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維，提高學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論與專業(yè)知識(shí)的應(yīng)用能力，達(dá)到實(shí)驗(yàn)班學(xué)生“重思維、強(qiáng)實(shí)踐”的培養(yǎng)目標(biāo)。

第二，在教學(xué)方法的改革上，我們積極探索采用現(xiàn)代化教學(xué)手段（包括重點(diǎn)知識(shí)雙語(yǔ)教學(xué)）以增加課堂信息量和教學(xué)的直觀性，除了把傳統(tǒng)的板書(shū)式教學(xué)更新為“板書(shū)——多媒體——網(wǎng)絡(luò)”多維模式上以外，我們大力推進(jìn)案例式驅(qū)動(dòng)結(jié)合討論的教學(xué)方法。我們精選和各章知識(shí)結(jié)合性強(qiáng)、銜接性好的案例，通過(guò)對(duì)實(shí)際應(yīng)用案例的引導(dǎo)、案例解決方案的對(duì)比分析以及師生之間的研討、生生之間的辯論等方法，使實(shí)驗(yàn)班學(xué)生對(duì)知識(shí)有更加全面和深刻的掌握。我們?cè)谡n堂教學(xué)中會(huì)營(yíng)造寬松的、師生互動(dòng)的、自由討論的課堂氛圍，培養(yǎng)學(xué)生的互助協(xié)作能力和團(tuán)隊(duì)精神。課堂上讓學(xué)生成為知識(shí)的發(fā)現(xiàn)者、探索者，然后在老師引導(dǎo)下通過(guò)討論、辯論不斷深入。這種教學(xué)方法有利于發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。此外，案例式驅(qū)動(dòng)結(jié)合討論的教學(xué)方法能使學(xué)生從被動(dòng)接受知識(shí)的單向思維轉(zhuǎn)變?yōu)椤鞍l(fā)現(xiàn)問(wèn)題——用知識(shí)解決問(wèn)題——強(qiáng)化知識(shí)”的雙向思維，這種雙向思維模式對(duì)于學(xué)生把學(xué)習(xí)到的知識(shí)從片面的“點(diǎn)”到整體的“面”的梳理是十分關(guān)鍵的，而這種思維能力的提高也是實(shí)驗(yàn)班學(xué)生從事科學(xué)研究和工程實(shí)踐的重要基礎(chǔ)。這種教學(xué)方法改革在幾年的教學(xué)實(shí)踐中也取得了不錯(cuò)的效果，既優(yōu)化了課堂教學(xué)、提高了教學(xué)效率，也充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，增強(qiáng)了學(xué)生的成功感和自信心，提高了教學(xué)質(zhì)量。

四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)是該課程教學(xué)過(guò)程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。結(jié)合實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的能力和個(gè)性特點(diǎn)，我們精化了實(shí)驗(yàn)班實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課題內(nèi)容和要求，特別是課程設(shè)計(jì)中綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和要求。以其中的“校園導(dǎo)游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”為例，實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的課題內(nèi)容要比同專業(yè)普通班多了“采用多種方法實(shí)現(xiàn)任意景點(diǎn)間的路徑查詢”?！稊?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程設(shè)計(jì)在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的要求上也比普通班嚴(yán)格，比如必須使用可視化圖形界面（可視化編程語(yǔ)言由學(xué)生自學(xué)），在課題設(shè)計(jì)上要體現(xiàn)重點(diǎn)知識(shí)的擴(kuò)展性和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，在功能實(shí)現(xiàn)上要體現(xiàn)出直觀性和實(shí)用性；在課程設(shè)計(jì)的項(xiàng)目報(bào)告中要確立問(wèn)題的分析、解決方案，項(xiàng)目實(shí)施的細(xì)節(jié)、不同算法解決問(wèn)題的性能都要有明確的闡述。我們不僅對(duì)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求加以改進(jìn)，而且注重課程設(shè)計(jì)的過(guò)程性考核評(píng)估，加強(qiáng)并細(xì)化了考核評(píng)估的細(xì)節(jié)和標(biāo)準(zhǔn)并采用課題團(tuán)隊(duì)答辯的考核方式，增加了考核的合理性。通過(guò)幾年的實(shí)踐，使實(shí)驗(yàn)班學(xué)生綜合性程序設(shè)計(jì)能力和編程能力有了顯著提高，更重要的是這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式能使課堂上探究式學(xué)習(xí)成果和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，形成立體式教學(xué)模式，保證學(xué)生既“重基礎(chǔ)”，又“強(qiáng)實(shí)踐”，為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課知識(shí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

五、實(shí)驗(yàn)班學(xué)習(xí)效果評(píng)估

為了檢驗(yàn)改革成果，筆者從兩個(gè)方面對(duì)實(shí)驗(yàn)班的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行了評(píng)估。

（一）改革前后整體比較評(píng)估

通過(guò)對(duì)近幾年和幾年前《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程期中和期末考試的成績(jī)分析以及課程設(shè)計(jì)的考核結(jié)果可以看出，實(shí)驗(yàn)班學(xué)生經(jīng)過(guò)這些改革方法和措施的實(shí)施，在基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度上以及對(duì)綜合問(wèn)題的解決能力有很大進(jìn)步，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性也有了很大提高。

（二）個(gè)人能力縱向評(píng)估

通過(guò)針對(duì)實(shí)驗(yàn)班學(xué)生關(guān)于“發(fā)展人際溝通能力”“協(xié)調(diào)組織能力”“解決現(xiàn)實(shí)世界中復(fù)雜問(wèn)題能力”“分析問(wèn)題能力”“增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)意識(shí)”“邏輯思維及批判思維”等問(wèn)題采用不記名調(diào)查問(wèn)卷，課堂上對(duì)學(xué)生回答問(wèn)題的效果評(píng)估以及團(tuán)隊(duì)答辯等方式，對(duì)學(xué)生的綜合素質(zhì)進(jìn)行縱向評(píng)估。通過(guò)評(píng)估可以看出，實(shí)驗(yàn)班學(xué)生不僅在學(xué)習(xí)、研究、實(shí)踐能力上有所提高，而且也對(duì)這些改革方法有著積極的認(rèn)可態(tài)度。

筆者通過(guò)多年《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)這門(mén)課程的實(shí)驗(yàn)班教學(xué)從教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變、教學(xué)內(nèi)容的精化、教學(xué)方法的改進(jìn)、實(shí)踐教學(xué)的改革等方面對(duì)實(shí)驗(yàn)班《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)做了一些積極有益的嘗試，希望這些嘗試能使學(xué)生基礎(chǔ)理論的研究能力和計(jì)算機(jī)工程實(shí)踐能力有顯著提高，也希望這些嘗試能和同行們共勉。

［1］清華大學(xué)交叉信息研究院.拔尖創(chuàng)新學(xué)術(shù)人才培養(yǎng)之改革與實(shí)踐——以清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)實(shí)驗(yàn)班為例［J］.北京教育（高教版），2013，（9）.

［2］布輝，劉冉.研究性學(xué)習(xí)教學(xué)模式在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中的應(yīng)用［J］.電腦知識(shí)與技術(shù)，2011，（3）.

［3］趙紅丹，王希杰.任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.福建電腦，2010，（1）.

［4］侯小靜，石念峰.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中研究性學(xué)習(xí)模式的探討［J］.電腦知識(shí)與技術(shù)，2010，（4）.