基于項(xiàng)目引導(dǎo)的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計(jì)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革

李彤巖+張敏+馬文英

摘要：《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》是計(jì)算機(jī)相關(guān)工科專業(yè)的重要理論技術(shù)課，傳統(tǒng)的教學(xué)方法偏重理論教學(xué)，教學(xué)枯燥且效果不好。本文將CDIO的理念應(yīng)用到《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計(jì)》這門課程中，將項(xiàng)目和教學(xué)結(jié)合的思想引入到教學(xué)環(huán)節(jié)和實(shí)踐環(huán)節(jié)中，針對(duì)重點(diǎn)章節(jié)設(shè)計(jì)了工程實(shí)踐項(xiàng)目，使學(xué)生完成項(xiàng)目的同時(shí)鞏固對(duì)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，這樣既鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手創(chuàng)新能力，也培養(yǎng)了學(xué)生的工程實(shí)踐能力。通過教學(xué)實(shí)踐證明，采用項(xiàng)目結(jié)合教學(xué)的教學(xué)模式能夠有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使得教學(xué)取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：CDIO；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計(jì)；工程實(shí)踐

1. 引言

CDIO是2001年由美國麻省理工學(xué)院聯(lián)合瑞典的查爾姆斯技術(shù)大學(xué)、林克平大學(xué)以及皇家技術(shù)學(xué)院等高校，共同開發(fā)的一種全新的工程教育理念和實(shí)施體系[1，2]。CDIO工程教育模式注重培養(yǎng)學(xué)生掌握工程基礎(chǔ)理論知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。在該模式培養(yǎng)下，學(xué)生能夠得到團(tuán)隊(duì)精神培養(yǎng)和實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)，更進(jìn)一步地把自己鍛煉成為高水平的工程師。

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計(jì)》是我校重點(diǎn)參與CDIO改革的一門核心必修課。該課程的抽象性、靈活性較高，其基礎(chǔ)課程是高級(jí)程序語言設(shè)計(jì)，如C語言。而其又是操作系統(tǒng)、軟件工程、數(shù)據(jù)庫、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等課程的基礎(chǔ)課，所以《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計(jì)》在計(jì)算機(jī)體系中起到承上啟下的作用。該課程不僅是一般程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，更是實(shí)現(xiàn)大型應(yīng)用程序的重要基礎(chǔ)。學(xué)生通過學(xué)習(xí)該課程，可以提高編程能力以及算法設(shè)計(jì)的能力。然而在實(shí)際教學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中，反映出來的問題是該課程教授起來的效果不好，學(xué)生學(xué)習(xí)起來難度很大。

因此，本文重點(diǎn)研究在CDIO模式下《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計(jì)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革方法。通過CDIO理念的灌輸和教學(xué)、實(shí)驗(yàn)改革措施的實(shí)施，不僅使學(xué)生更好的掌握這門重要的學(xué)科，而且能夠讓學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、編程思想和編程理念產(chǎn)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。為以后的工程實(shí)踐奠定好的基礎(chǔ)。

2. 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的改革

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計(jì)》課程抽象性較強(qiáng)，平時(shí)的理論知識(shí)講授并不能將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的相關(guān)算法表述的非常清楚。學(xué)生對(duì)于概念性的知識(shí)感覺已經(jīng)掌握，一旦遇到實(shí)際問題無從下手。所以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)非常重要。通過實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和訓(xùn)練，才能讓學(xué)生更好的理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法，增加學(xué)生的動(dòng)手能力和程序設(shè)計(jì)能力。以著重培養(yǎng)實(shí)踐型人才為目標(biāo)，本課程加大了實(shí)踐教學(xué)部分的比重，并將項(xiàng)目的思想引入到實(shí)驗(yàn)中去。讓學(xué)生參與到具體的項(xiàng)目開發(fā)，在實(shí)踐的過程中完成對(duì)理論知識(shí)的強(qiáng)化和鞏固，并初步形成團(tuán)隊(duì)意識(shí)。下面以“樹”這章為例來說明這種項(xiàng)目引導(dǎo)模式的具體實(shí)施過程。

“樹”這章是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)核心的一個(gè)章節(jié)，也是學(xué)生接觸到的第一個(gè)非線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。該章節(jié)的程序算法設(shè)計(jì)相比較前幾個(gè)章節(jié)來說更加抽象難懂，因此原先的教學(xué)將本章的重點(diǎn)放在遍歷的幾種算法理論教學(xué)中。教學(xué)的結(jié)果是雖然學(xué)生可以掌握該章的理論方法，并能夠熟練完成習(xí)題，但是一遇到具體的程序設(shè)計(jì)就無從下手，而樹型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用又是最廣泛的。怎么才能將理論和應(yīng)用充分地結(jié)合起來，引起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣呢？本文介紹了一種將項(xiàng)目引入教學(xué)的改革方式。在本學(xué)院大數(shù)據(jù)挖掘團(tuán)隊(duì)中，有一個(gè)項(xiàng)目是“基于數(shù)據(jù)挖掘的告警相關(guān)性分析”，就是利用數(shù)據(jù)挖掘的方法來尋找告警之間的關(guān)聯(lián)，從而查找故障的根源。在運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘算法時(shí)，主要通過樹形結(jié)構(gòu)來構(gòu)造頻繁模式樹（見圖1），查找頻繁項(xiàng)的時(shí)候需要遍歷頻繁模式樹，從而通過頻繁項(xiàng)來生成關(guān)聯(lián)規(guī)則。學(xué)生通過組合團(tuán)隊(duì)來參與此項(xiàng)目的開發(fā)。完成項(xiàng)目開發(fā)以后，學(xué)生不僅能夠熟練的掌握樹型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造方法、遍歷方法及相關(guān)理論，而且能夠在具體的工程實(shí)踐中去解決生活中的問題，可以激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣，也能培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。這樣，這么有難度的一章就輕松的通過完成項(xiàng)目的方式解決了。同樣的可以設(shè)計(jì)“網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化”的項(xiàng)目引入“圖”的實(shí)驗(yàn)中，將“排隊(duì)論解決網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包優(yōu)化傳輸問題”項(xiàng)目引入“線性表，鏈表”的實(shí)驗(yàn)中。

3. 總結(jié)

本文介紹了基于CDIO的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計(jì)》實(shí)驗(yàn)課程改革方法，通過將項(xiàng)目引入課程教學(xué)，能夠激發(fā)學(xué)生和教師的積極性、主動(dòng)性。通過通信工程試點(diǎn)班級(jí)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了以上提出方法的有效性和科學(xué)性，今后可以逐步擴(kuò)大到在所有班級(jí)和專業(yè)中推廣使用。

4. 致謝

本文由成都信息工程大學(xué)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計(jì)》精品在線課程項(xiàng)目支持。

圖1 根據(jù)告警數(shù)據(jù)構(gòu)造頻繁模式樹

參考文獻(xiàn)

[1] Berggren K. CDIO： Aninternation alinitiative for reforming engineering education. World Transactions on Engineering and Technology Education， 3（l）， 49-52.

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[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， 2001

[4] 楊曉光. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)例教程[M]. 北京： 清華大學(xué)出版社&北京交通大學(xué)出版社， 2008

[5] 劉麗杰. 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)改革研究[J]. 長江大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）. 2011， 2（8）：132-134

[6] 馬曉波. 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)改革探討[J]. 軟件導(dǎo)刊. 2010， 3（9）： 183-184

作者簡介：李彤巖，女，講師， 2010年畢業(yè)于電子科技大學(xué)，獲通信與信息系統(tǒng)專業(yè)博士學(xué)位。現(xiàn)為通信工程學(xué)院計(jì)算機(jī)通信教研室講師。endprint