基于CDIO模式的數據結構實踐教學改革

柴世紅

摘 要：文章闡述了數據結構實踐教學改革，介紹了CDIO的教學理念及如何將其應用在數據結構的實踐教學中：實踐教學的三次結構、實踐教學的具體實施策略。

關鍵詞：CDIO；數據結構；教學改革

一、CDIO教學理念

CDIO是麻省理工學院探索創(chuàng)立的工程教育理念，以真實軟件系統(tǒng)為基礎，將軟件產品從構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運作（Operate）的生命周期作為載體，教導學生分析問題、解決問題的手段和方法，讓學生主動地把課程知識結構融入到學習、實踐的過程當中，培養(yǎng)學生的工程實踐能力[1]。我們在專業(yè)教學實踐中，應用CDIO探索了專業(yè)實踐課程新思路。

二、基于CDIO的實踐教學架構

實驗環(huán)節(jié)要求所有學生獨立完成，在每個章節(jié)理論知識學習完成之后，對該知識點涉及的基本數據結構完成其設計、實現。不限定所使用的語言，可以采用C、Java、C++、matlab、Python語言等，鼓勵學生學習新知識，激發(fā)學生學習興趣。

課程設計環(huán)節(jié)以2～3人為小組進行，選用具有典型應用案例的問題作為實踐題目，讓學生討論設計方案，完成算法實現。在這一過程中，培養(yǎng)鍛煉學生的溝通能力、語言表達能力，并進行團隊合作，這也是CDIO工程能力中強調的目標。

課外創(chuàng)新性實驗項目環(huán)節(jié)，充分利用各級專業(yè)競賽、學生社團活動、學生項目申報等途徑組織培養(yǎng)有能力的學生參與軟件產品開發(fā)。

三、實踐教學實施

1.實施案例

根據CDIO的思想，實踐教學的實施以軟件系統(tǒng)開發(fā)生命周期作為流程，將軟件產品開發(fā)過程中的工作步驟分解為需求分析、系統(tǒng)設計、算法編碼、軟件測試、運行結果分析五個環(huán)節(jié)。尤其在課程設計、課外創(chuàng)新性實驗項目可依據該流程逐步地完成項目，從而將關于該應用涉及的基本知識、技術、開發(fā)平臺、項目實施的基本策略匯聚成整體，對知識的應用有了更深層次的理解。

以“路徑規(guī)劃”應用課程設計為例，學生拿到項目任務及要求“對于某交通網絡圖，找到任意兩點之間的最短路徑”。先進行需求分析，按照軟件工程文檔規(guī)范建立需求分析報告，從而將問題研究透徹。在系統(tǒng)設計的過程中，考慮采用適合的數據結構來對交通網絡建模，這個階段教師可以適當引導，但是不要過多干預，提倡學生“主動學習”，讓學生直接參與到軟件項目的開發(fā)中，引導學生獨立思考問題，讓學生運用知識去操作、應用、主動解決問題和評測[2]，盡量避免讓學生被動地接受知識。

在算法編碼階段，教師要重點訓練學生應用已有技術解決問題的應用能力，編碼能力有限的學生，可以在項目中分擔部分任務，降低難度但仍有學習空間。在軟件測試階段全組共同參與，鍛煉學生的交流能力。

運行結果分析階段進行小組答辯，鍛煉學生總結問題的能力和語言表達的能力。

2.實踐教學實施保障

實踐環(huán)節(jié)的教學需要軟硬件條件的支撐。實驗環(huán)節(jié)安排在專業(yè)實驗室進行；課程設計依托實踐實訓基地完成；課外創(chuàng)新實驗項目在學生社團工作室、項目工作室完成。

基礎實驗項目已經建成了相關指導性文件，并有實驗任務，每個任務包括必做和可選任務，學生可根據實際情況完成。課程設計項目、實習項目已經建立了相應的項目庫，學生可以選擇題目完成。創(chuàng)新性實驗項目主要由學生申報，學生可以自擬題目，也可以參與老師的科研教改項目完成。

四、結語

CDIO教學模式注重工程教育，強調學生的素質培養(yǎng)，教學要達到最優(yōu)效果關鍵在于實踐環(huán)節(jié)完成質量。對實踐環(huán)節(jié)進行分層次設計，在實施過程中遵照軟件生命周期展開。該教學模式強調學生用豐富的項目庫作支撐，在不斷提高教學質量的過程中，積累豐富的教學資源。

參考文獻：

[1]朱亞玲，張睿敏.基于CDIO模式的軟件技術專業(yè)教學改革[J].高教學刊，2016（2）.

[2]易著梁，黃 偉.基于CDIO教育模式軟件技術專業(yè)項目教學實踐[J].計算機教育，2010（11）.