基于ICPC問題驅(qū)動的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)改革研究

向程冠+熊世桓+熊偉程+左羽

摘 要：《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程是計算機專業(yè)的核心“飯碗”課程之一，然而在傳統(tǒng)的教學(xué)中教師往往只教理論，沒有實際的代碼實現(xiàn)過程演示，講解的例子缺乏應(yīng)用性，學(xué)生學(xué)得枯燥無味。課題組經(jīng)過教學(xué)改革，將ACM/ICPC問題驅(qū)動引入課堂教學(xué)，采用問題驅(qū)動的教學(xué)方法，并貫穿于整個理論教學(xué)、實驗實訓(xùn)的過程，組織學(xué)生參加程序，以競促學(xué)，以競促教，提高學(xué)生的算法設(shè)計能力，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 算法設(shè)計 ACM/ICPC 問題驅(qū)動

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（b）-0179-02

在高校計算機專業(yè)的課程中，《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》一直處于核心地位，與程序設(shè)計課程是計算機專業(yè)的“飯碗”課程，傳統(tǒng)的教學(xué)中一般是老師講學(xué)生聽，教學(xué)過程一直由老師主導(dǎo)，學(xué)生處在觀眾位置，教師只講原理，從不展示實現(xiàn)過程，脫離實際應(yīng)用，導(dǎo)致學(xué)生動手能力差，不能將理論應(yīng)用于實踐。怎么上好這門課程、如何進行教學(xué)改革一直是高校課程改革的重要課題。

1 背景及意義

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》是計算機相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程[1]。課程從ADT思想出發(fā)，主要有線型、樹型和圖型三大類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、查找和排序兩大類基本算法以及算法分析的基礎(chǔ)[2]。培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計算法、開發(fā)程序的能力，使學(xué)生能夠根據(jù)實際問題的需要，選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及設(shè)計出相應(yīng)的算法；通過實驗，進一步鍛煉學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實際問題的能力。為學(xué)生學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)、編譯原理和數(shù)據(jù)庫等后續(xù)課程奠定基礎(chǔ)。ACM/ICPC（ACM International Collegiate Programming Contest，國際大學(xué)生程序設(shè)計競賽）是由美國計算機協(xié)會（ACM）主辦的一項旨在展示大學(xué)生創(chuàng)新能力、團隊精神和在壓力下編寫程序、分析和解決問題能力的年度競賽，經(jīng)過近40年的發(fā)展，已經(jīng)成為全球最有影響力、參賽水平最高的大學(xué)生程序設(shè)計競賽[4]。顯然，前者在于傳授知識，后者在于檢驗、使用知識，二者具有辯證統(tǒng)一的關(guān)系。在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，通常把已有的經(jīng)典算法通過代碼直接給學(xué)生講解，學(xué)生處于“要我學(xué)”的模式，實驗教學(xué)中只是要求學(xué)生驗證即可[3]，學(xué)生主要是“聽中學(xué)”，由于其學(xué)習(xí)難度大，即使部分學(xué)生可以聽懂，但要編程實現(xiàn)時卻無從下手。而ACM/ICPC題庫中涵蓋了線性結(jié)構(gòu)、樹型結(jié)構(gòu)、圖結(jié)構(gòu)和集合的知識運用，并且題目具有趣味性，將ACM/ICPC的模式應(yīng)于到《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的教學(xué)改革中，以ACM/ICPC問題驅(qū)動教學(xué)，以競促學(xué)，以競促教，變“聽中學(xué)”為“做中學(xué)”，對于培養(yǎng)學(xué)生的自主探索能力和創(chuàng)新能力具有深遠的意義。

2 基于ACM/ICPC問題驅(qū)動的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)改革

2.1 基于ACM/ICPC問題驅(qū)動的理論教學(xué)改革

ACM/ICPC中的題目不僅專業(yè)性強、覆蓋面廣（囊括了線性結(jié)構(gòu)、樹型結(jié)構(gòu)、圖型結(jié)構(gòu)和集合的知識點），而且具有味性、實用性、創(chuàng)新性。在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的教學(xué)中，傳授理論知識前將ACM/ICPC問題先拋出來，促使學(xué)生尋求解題的方法及所需理論知識，將教學(xué)活動變成“困惑——探索——掌握”的問題解決過程，變傳統(tǒng)的“聽中學(xué)”為“做中學(xué)”。在理論教學(xué)中針對一個知識點結(jié)合一個ACM問題，如果問題太難可遵循ACM出題的原則設(shè)計問題。

2.2 基于ACM/ICPC問題驅(qū)動的實驗教學(xué)改革

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》是一門實踐性很強的課程，在實驗教學(xué)中，將理論課上提出的ACM問題作為基本實驗，及時運用所學(xué)知識解決實際問題。嚴格按照ACM/ICPC 競賽的方式，將學(xué)生分成三人一個組，并要求每個小組的學(xué)生在POJ（PKU Online Jude，北京大學(xué)在線評測系統(tǒng)）中完成實驗，把每次實驗當(dāng)成一次競賽，根據(jù)學(xué)生完成的情況及排名評定實驗成績，這將使學(xué)生重視每次實驗，對于提高學(xué)生團隊協(xié)作能力有很大幫助，提高學(xué)生運用所學(xué)知識解決實際問題的能力。

2.3 “以競促學(xué)、以競促教”模式研究

對于新建的應(yīng)用型本科院校，計算機專業(yè)的培養(yǎng)方案中明確要求學(xué)生四年內(nèi)擁有“六個一”，其中一次競賽獲獎排在首位，這也符合學(xué)校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的方針。在教學(xué)中，可以鼓勵、引導(dǎo)學(xué)生參加ACM/ICPC競賽，可行參加省賽。因為ACM/ICPC的難度大，對教師也是考驗，可每年先組織教師外出參加ACM/ICPC學(xué)習(xí)（如北京大學(xué)每年暑期均會開辦ACM/ICPC競賽訓(xùn)練班），參加學(xué)習(xí)的教師再指導(dǎo)幾組學(xué)生，對學(xué)生集中培訓(xùn)，強化《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》知識在ACM/ICPC競賽中的應(yīng)用，增強師生教學(xué)默契，教學(xué)相長，提高學(xué)生團隊實戰(zhàn)能力。

2.4 結(jié)合ACM/ICPC模式改進《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)計劃

合理調(diào)整《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)中理論與實踐學(xué)時的分配，注重實踐環(huán)節(jié)，將ACM/ICPC題庫中的經(jīng)典題目作為理論課的問題驅(qū)動[5]，要求學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識后解決給出的實際問題，并將提出的問題作為實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的一部分內(nèi)容，讓學(xué)生在實驗課程中編程解決實際問題。

2.5 結(jié)合ACM/ICPC模式改革實驗考核方法

學(xué)生實驗完全在POJ（PKU Online Jude，北京大學(xué)在線評測系統(tǒng)）中完成，要求3個同學(xué)一組，精誠合作，共同完成，培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作能力。成績評定按照ACM/ICPC競賽規(guī)則進行，即根據(jù)提交成功的題目數(shù)量、運行結(jié)果與排名評定實驗成績。

2.6 組織學(xué)生參加每年度的ACM/ICPC程序設(shè)計競賽，提升知識運用能力

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)的重點應(yīng)從“被動灌輸知識”向“主動運用知識”轉(zhuǎn)變，積極組織學(xué)生參加ACM/ICPC競賽，可有效將所學(xué)知識運用于實踐，由于部分地區(qū)對于ACM/ICPC的引入較晚，目前還沒有ACM/ICPC賽區(qū)，可以組織學(xué)生參加其它地區(qū)的比賽，為營造ACM/ICPC氛圍貢獻力量。

3 結(jié)語

將ACM/ICPC問題驅(qū)動引入《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課堂教學(xué)，將競賽試題在課前分配給學(xué)生，要求學(xué)習(xí)相關(guān)章節(jié)的知識后，用所學(xué)知識解決問題，并通過代碼完成，采用競賽規(guī)則評判學(xué)生的實驗成績，可有效將所學(xué)知識轉(zhuǎn)化為解決問題的技能，從而提高了學(xué)生的算法設(shè)計能力和程序編寫能力，為今后《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的教學(xué)改革提供參考，推動學(xué)校教學(xué)改革的進程。

參考文獻

[1] 徐惠紅.《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)改革的探索[J].福建電腦，2005（11）：162，146.

[2] 李紅.談高職數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課的教學(xué)[J].遼寧教育行政學(xué)院學(xué)院，2008（4）：81-82.

[3] 詹嘉紅，藍宗輝，宋鳳艷.探究式教學(xué)法在生物化學(xué)實驗教學(xué)中的運用[J].實驗室研究與探索，2008（9）：91-93.

[4] 藺永政，朱紅巖.學(xué)科競賽促進計算機類創(chuàng)新型人才培養(yǎng)和深化實踐教學(xué)改革的探討[J].大學(xué)教育，2013（13）：114-115.

[5] 程林輝.《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)改革探討[J].軟件導(dǎo)刊，2015（5）：176-177.