基于CDIO理念的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)改革初探

史君華, 程舒慧，馮玉婷，郭玉堂

(合肥師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)學(xué)院，安徽 合肥 230061)

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基于CDIO理念的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)改革初探

史君華, 程舒慧，馮玉婷，郭玉堂

(合肥師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)學(xué)院，安徽 合肥 230061)

細(xì)致分析了“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程現(xiàn)狀及存在的問題，介紹了CDIO工程教育模式，提出基于CDIO理念的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程在培養(yǎng)目標(biāo)及課程標(biāo)準(zhǔn)修訂、教學(xué)體系、教學(xué)方法、考核方式等環(huán)節(jié)具體的改革措施。實(shí)踐表明，該項(xiàng)改革是必要且卓有成效的。

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

1 “數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程現(xiàn)狀與問題分析

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”是計(jì)算機(jī)及其相關(guān)專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一。通過該門課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生透徹地理解各種數(shù)據(jù)對象的特點(diǎn)，學(xué)會數(shù)據(jù)的組織方法和算法實(shí)現(xiàn)，從而進(jìn)一步培養(yǎng)良好的程序設(shè)計(jì)能力。因此，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的學(xué)習(xí)質(zhì)量將直接影響計(jì)算機(jī)軟件系列課程的學(xué)習(xí)效果，從而直接關(guān)系到對應(yīng)的計(jì)算機(jī)類應(yīng)用型人才培養(yǎng)結(jié)果。

目前，我校“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)過程中主要存在以下問題[1]：(1)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的學(xué)習(xí)，需要“高級語言程序設(shè)計(jì)(如C語言)”等課程的支撐，由于之前兩門課程開設(shè)時間間隔一學(xué)期，“高級語言程序設(shè)計(jì)”沒有學(xué)好的學(xué)生，就很難繼續(xù)學(xué)習(xí)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程；(2)學(xué)生理解和學(xué)習(xí)能力有限，入門難，課程內(nèi)容抽象、瑣碎，涉及很多概念和算法，使學(xué)生難以構(gòu)建完整的知識體系；(3)學(xué)生自主性、探索性學(xué)習(xí)不夠，對知識掌握達(dá)不到深度，“被動學(xué)習(xí)”導(dǎo)致學(xué)生課上聽的懂，課后看不懂的現(xiàn)象存在；(4)部分學(xué)生編程實(shí)踐能力較差，算法轉(zhuǎn)化為程序時，受到程序設(shè)計(jì)語言語法的約束，往往調(diào)試程序時間較長，一旦出錯，就想放棄，使實(shí)踐能力難以提高。

因此，我們引入CDIO工程教育改革的理念，緊緊圍繞完成項(xiàng)目工作任務(wù)的需要來選擇和組織“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程內(nèi)容，突出工作任務(wù)與知識的聯(lián)系，讓學(xué)生在職業(yè)實(shí)踐活動的基礎(chǔ)上掌握知識和技能，增強(qiáng)課程內(nèi)容與職業(yè)能力要求的相關(guān)性，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和就業(yè)能力。

2 CDIO工程教育模式

CDIO代表構(gòu)思( Conceive)、設(shè)計(jì)( Design)、實(shí)現(xiàn)( Implement)和運(yùn)作( Operate)，是由美國麻省理工學(xué)院( M IT) 等四所大學(xué)合作開發(fā)的一整套工程教育理念和實(shí)施體系，是一種國際化高等工程教育的創(chuàng)新模式[2]。目前，國內(nèi)有越來越多的高?；贑DIO 模式改革人才培養(yǎng)模式，優(yōu)化課程體系，改進(jìn)實(shí)踐教學(xué)體系，讓學(xué)生以主動的、實(shí)踐的、課程之間有聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)，以培養(yǎng)能更好滿足社會需求的工程技術(shù)人才。這種模式不僅注重培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的專業(yè)技術(shù)知識，更關(guān)注對學(xué)生實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。

3 基于CDIO理念的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程改革措施

3.1 深入學(xué)習(xí)CDIO理念，修訂課程培養(yǎng)目標(biāo)及課程標(biāo)準(zhǔn)，精心選擇教學(xué)內(nèi)容

將CDIO 工程教育理念引入“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程培養(yǎng)目標(biāo)，完善理論課程、實(shí)驗(yàn)課程及課程設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)體系。在制定CDIO的一體化課程培養(yǎng)目標(biāo)時，通過知識間的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)個人、團(tuán)隊(duì)，產(chǎn)品、過程等要素的發(fā)展，通過全盤考慮、綜合設(shè)計(jì)與規(guī)劃，確定知識目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)，以及可實(shí)現(xiàn)且操作性高的課程標(biāo)準(zhǔn)。

教學(xué)內(nèi)容方面，通過對已畢業(yè)學(xué)生的問卷調(diào)查信息反饋以及去企業(yè)實(shí)地調(diào)研，考慮本院學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)情，去除“廣義表”、“B-樹”等教學(xué)內(nèi)容，突出應(yīng)用性和實(shí)效性，讓學(xué)生重點(diǎn)掌握每種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存儲方式及其相應(yīng)的算法和應(yīng)用。

3.2 構(gòu)建基于CDIO的“教—學(xué)—做—賽”一體化教學(xué)體系

為實(shí)現(xiàn)基于CDIO理念的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建“教—學(xué)—做—賽”一體化教學(xué)體系[3]，包括理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)及學(xué)生競賽四個環(huán)節(jié)。學(xué)生在理論課程中掌握基本知識及原理，實(shí)驗(yàn)課程中將知識轉(zhuǎn)化為實(shí)踐技能，在課程設(shè)計(jì)中以項(xiàng)目的形式將各知識點(diǎn)串聯(lián)，驗(yàn)收時要求提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告并以小組的形式進(jìn)行匯報(bào)、問答，這不僅強(qiáng)化學(xué)生構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)及運(yùn)作的系統(tǒng)能力，更培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作意識及創(chuàng)新精神。在課程設(shè)計(jì)中表現(xiàn)較好、學(xué)有余力或是對編程、課外活動頗感興趣的同學(xué)還可以參加本院大學(xué)生創(chuàng)新競賽團(tuán)隊(duì)，如仿人實(shí)體機(jī)器人創(chuàng)新小組、Robocup機(jī)器人足球創(chuàng)新小組，由專門的指導(dǎo)教師指導(dǎo)學(xué)生參加省級及國家級相關(guān)競賽，在團(tuán)隊(duì)中開拓思維，努力創(chuàng)新，探索解決問題的方法，解決實(shí)際問題。

3.3 設(shè)計(jì)CDIO一體化教學(xué)方法

由于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容較分散，難點(diǎn)多，但各章知識點(diǎn)之間又有一定的聯(lián)系，因此，在授課過程中，除了常規(guī)的教學(xué)方法之外，需靈活引入工程項(xiàng)目教學(xué)法，即在教學(xué)中將理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的綜合能力。例如，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的首次課程中，可以將實(shí)際項(xiàng)目“班級成員管理系統(tǒng)”引入教學(xué)，與學(xué)生共同探討，如何按照工程化的思路，根據(jù)需求分析、總體設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、測試驗(yàn)收來解決問題，從而引出后面各章要學(xué)習(xí)的大致內(nèi)容，給學(xué)生一個總體印象，明確學(xué)習(xí)各章所學(xué)的知識有什么作用和效果，并將這一例子穿插在整個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中，如通過求解“班級成員管理系統(tǒng)”中數(shù)據(jù)如何增加、修改、刪除，讓學(xué)生學(xué)習(xí)順序表、鏈表、隊(duì)列等多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的初始化、增加(修改、刪除)結(jié)點(diǎn)的算法等；通過對“班級成員管理系統(tǒng)”中數(shù)據(jù)的查找、排序，學(xué)習(xí)在不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上的查找和排序算法。以層層遞進(jìn)的方式引入知識點(diǎn)，為學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)及探究學(xué)習(xí)的機(jī)會，克服學(xué)生對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程知識瑣碎、零散的感覺，使學(xué)生直觀地看到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程所學(xué)知識在實(shí)際項(xiàng)目中的運(yùn)用。

3.4 豐富教學(xué)手段，利用網(wǎng)絡(luò)多渠道為學(xué)生答疑、解惑

從學(xué)生的角度來看，常規(guī)的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程概念多且復(fù)雜，教學(xué)內(nèi)容難以理解，而隨著計(jì)算機(jī)科技的發(fā)展與網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)的進(jìn)步，多媒體輔助教學(xué)把文本、圖像、動畫等融入到傳統(tǒng)教學(xué)中去，具有簡單直觀，形象生動，具體活潑的特點(diǎn)，從而可以使學(xué)生從感性上加強(qiáng)對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的理解，已經(jīng)成為傳統(tǒng)教學(xué)方式的有力補(bǔ)充。

在豐富教學(xué)手段的過程中，必須要明確學(xué)生是主體，教師是提綱挈領(lǐng)，課件與演示是輔助理解，切忌讓多媒體課件成為主體，不顧學(xué)生的理解與感受，要時刻體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，在關(guān)鍵知識點(diǎn)與難點(diǎn)上一定要加強(qiáng)教師的講解與引領(lǐng)，同時更加注重與學(xué)生的互動和反饋，避免學(xué)生成為課件的“看客”。

可以通過學(xué)校網(wǎng)站的“網(wǎng)絡(luò)教學(xué)”，對該課程進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)輔導(dǎo)答疑。在網(wǎng)站上上傳本課程的資料，諸如課程PPT、習(xí)題答案等，并開設(shè)討論區(qū)，使學(xué)生可以在網(wǎng)絡(luò)上互相問答，從而讓教師更快、更全面的了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，及時解惑答疑。

另外，提倡教師和學(xué)生在課堂外，通過即時通訊、網(wǎng)上論壇、在線交流等多種方式進(jìn)行互動與學(xué)習(xí)，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和效率。教師可以指導(dǎo)學(xué)生觀看“愛課程”網(wǎng)站上有關(guān)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的教學(xué)視頻，補(bǔ)充所學(xué)。

3.5 改革“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的考核方式

對學(xué)生的綜合考核與評價是CDIO的重要思想之一，也是檢驗(yàn)最終教學(xué)成果的重要步驟。單一的考核方式已經(jīng)不能全面衡量一個學(xué)生的總體學(xué)習(xí)情況，要堅(jiān)持理論與實(shí)踐，過程監(jiān)控與期末考核兩手抓的原則[4]。根據(jù)我院學(xué)生的學(xué)情，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論課程的最后總評成績由平時成績(占30%)和期末成績(占70%)構(gòu)成，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)成績由平時成績(占50%)和期末成績(占50%)構(gòu)成，其中，實(shí)驗(yàn)課期末成績首次采用浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)能力考試(Programming Ability Test，簡稱PAT)平臺，由學(xué)生上機(jī)考試決定，該平臺是由浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院組織的統(tǒng)一考試，旨在培養(yǎng)和展現(xiàn)學(xué)生分析問題、解決問題和計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的能力，能較科學(xué)評價計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)人才，真正檢測學(xué)生實(shí)際動手編程及獨(dú)立解決問題的能力，為企業(yè)選拔工程型人才提供了參考標(biāo)準(zhǔn)。

4 教學(xué)改革效果

通過對本院15網(wǎng)絡(luò)工程班學(xué)生進(jìn)行“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)改革，取得較好的效果。首先，學(xué)生學(xué)習(xí)熱情高漲，由于采用CDIO工程化教育的思想，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，能及時將學(xué)到的理論知識應(yīng)用于實(shí)踐，通過對實(shí)際問題的解決，使學(xué)生進(jìn)一步明確學(xué)習(xí)目的，從而能更好的進(jìn)行主動學(xué)習(xí)；其次，學(xué)生算法分析、設(shè)計(jì)及編程能力大大增強(qiáng)，團(tuán)隊(duì)合作意識及綜合能力進(jìn)一步提升；另外，學(xué)生的創(chuàng)新能力得到鍛煉，在近幾年的大學(xué)生Fira及Robocup機(jī)器人大賽中，我院學(xué)生屢獲佳績，使學(xué)生體會到學(xué)習(xí)的樂趣，并為將來走向工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語

在“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的建設(shè)過程中，我們引入并實(shí)施 CDIO工程化教學(xué)理念，針對培養(yǎng)目標(biāo)及課程標(biāo)準(zhǔn)修訂、教學(xué)體系、教學(xué)方法、考核方式等環(huán)節(jié)進(jìn)行課程改革，提出“教—學(xué)—做—賽”一體化方針。實(shí)踐表明，這種教學(xué)方式能夠大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，系統(tǒng)的提升學(xué)生對專業(yè)知識的主動學(xué)習(xí)及編程實(shí)踐能力，同時也增強(qiáng)了學(xué)生的工程素養(yǎng)，從而培養(yǎng)出符合 CDIO 工程教育模式理念的“厚基礎(chǔ)、強(qiáng)實(shí)踐”的應(yīng)用型人才。

[1] 李璟. CDIO理念與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)改革[J]. 牡丹江師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2015(1):58-59.

[2] 李竹林, 張根耀, 王文發(fā), 許淳. 基于 CDIO 的計(jì)算機(jī)專業(yè)課程教學(xué)改革與效果分析[J]. 計(jì)算機(jī)教育.2014(16):64-66.

[3] 曾曉輝, 文展, 付琳. CDIO 模式下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)體系探索[J].計(jì)算機(jī)教育.2015,(2):36-39.

[4] 李璟, 劉懷愚. 基于CDIO 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐教學(xué)改革與探索[J]. 赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版 ).2015 (6) :266-268.

2016-12-10

安徽省質(zhì)量工程教學(xué)研究項(xiàng)目(項(xiàng)目編號：2014jyxm282，2015jyxm272)、安徽省振興計(jì)劃——專業(yè)改造與新專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號：2014zytz021)

史君華(1981-)，女，副教授，安徽省合肥市人，碩士研究生，主要研究領(lǐng)域?yàn)槿斯ぶ悄芘c數(shù)據(jù)挖掘。

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1674-2273(2017)03-0071-03