以創(chuàng)新能力為導(dǎo)向的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)

向志華　賴(lài)小平

摘? ?要：文章結(jié)合應(yīng)用型本科學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)、現(xiàn)狀及計(jì)算機(jī)行業(yè)的人才需求，按照教學(xué)難度遞增，層次化設(shè)計(jì)實(shí)踐內(nèi)容，改善實(shí)踐教學(xué)方法和評(píng)價(jià)機(jī)制，建立以教師為主線(xiàn)，以學(xué)生對(duì)象為主體的實(shí)踐課程教學(xué)體系，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生創(chuàng)新能力，為國(guó)家培養(yǎng)創(chuàng)新型計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)人才。

關(guān)鍵詞：“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”;實(shí)踐教學(xué);人才培養(yǎng);創(chuàng)新

1? ? “數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)的意義

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”課程作為一門(mén)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的核心課程，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力、算法設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力有非常重要的意義[1-2]。學(xué)生通過(guò)課堂知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)、上機(jī)編程和調(diào)試算法，掌握算法的設(shè)計(jì)思路，進(jìn)一步提高算法分析和設(shè)計(jì)水平。為了培養(yǎng)學(xué)生的程序開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新能力，必須對(duì)已有的教學(xué)模式進(jìn)行改革，構(gòu)建符合應(yīng)用型本科院校創(chuàng)新人才培養(yǎng)需求的實(shí)踐教學(xué)體系，從而提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)和實(shí)踐創(chuàng)新能力[3]。

2? ? 實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀分析

在該課程的學(xué)習(xí)過(guò)程中，需要將以往高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的編程基礎(chǔ)融入數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計(jì)中。雖然在教學(xué)過(guò)程中理論、實(shí)踐教學(xué)同步進(jìn)行，但現(xiàn)有的實(shí)踐教學(xué)體系教學(xué)效果并不理想，主要存在以下問(wèn)題。

2.1? 理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)，對(duì)實(shí)踐課堂不夠重視

課程內(nèi)容的抽象性和邏輯性很強(qiáng)，有些學(xué)生在學(xué)習(xí)中會(huì)因?yàn)槔碚摳鷮?shí)踐銜接得不夠緊密，無(wú)法將所學(xué)算法編碼調(diào)試出來(lái)，從而喪失學(xué)習(xí)積極性。

學(xué)生程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)薄弱，缺乏計(jì)算思維能力，對(duì)課堂實(shí)訓(xùn)重視度不夠，達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)效果。

2.2? 參加競(jìng)賽或考試通過(guò)率低

學(xué)生對(duì)程序員考試、軟件設(shè)計(jì)師以及各類(lèi)程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽等各類(lèi)題型掌握得不夠深入，導(dǎo)致參加各類(lèi)考證的通過(guò)率低、參加競(jìng)賽的獲獎(jiǎng)率及獲獎(jiǎng)等級(jí)不高。

3? ? 實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)方案

3.1? 制定實(shí)踐教學(xué)大綱

以學(xué)生的創(chuàng)新能力為培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合應(yīng)用型本科學(xué)生特點(diǎn)，秉承“重實(shí)踐、強(qiáng)能力”的理念，對(duì)珠三角軟件行業(yè)的發(fā)展進(jìn)行調(diào)研，對(duì)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”課程在工作崗位中的應(yīng)用情況進(jìn)行分析，結(jié)合職業(yè)考證要求，制定并修改教學(xué)大綱。

3.2? 合理設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容

實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容要加強(qiáng)注重知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，按照“讀，仿，改，創(chuàng)”的模式組織教學(xué)內(nèi)容[4]，合理設(shè)計(jì)難度呈階梯式的微項(xiàng)目實(shí)踐，主要有以下3種方式：驗(yàn)證型實(shí)踐、設(shè)計(jì)型實(shí)踐及綜合應(yīng)用型實(shí)踐[5]。

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”實(shí)踐教學(xué)中，驗(yàn)證型和設(shè)計(jì)型實(shí)踐主要以個(gè)人實(shí)踐為主，綜合應(yīng)用型實(shí)踐以團(tuán)隊(duì)實(shí)踐為主，主要注重學(xué)生團(tuán)隊(duì)精神、創(chuàng)新實(shí)踐能力。在大部分的應(yīng)用型本科院校，學(xué)生編程基礎(chǔ)各不相同，上機(jī)時(shí)間也有限，所以將實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)按難度分階段、分層次的階梯式微項(xiàng)目。對(duì)于一些復(fù)雜的綜合應(yīng)用型實(shí)踐，若課內(nèi)時(shí)間難以完成，學(xué)生可以利用課外時(shí)間自主學(xué)習(xí)。各階段實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容安排如表1所示。

3.2.1? 驗(yàn)證型實(shí)踐

驗(yàn)證型實(shí)踐微項(xiàng)目主要來(lái)源于教材中的基礎(chǔ)算法設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本算法的驗(yàn)證。在學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識(shí)后，將抽象算法的執(zhí)行過(guò)程進(jìn)行演示，并將相關(guān)內(nèi)容以作業(yè)的形式布置給學(xué)生。學(xué)生在上機(jī)過(guò)程中參考老師的算法和代碼編程進(jìn)行驗(yàn)證，如線(xiàn)性表、棧、隊(duì)列、數(shù)組、樹(shù)、圖這些抽象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造、查找、插入、刪除算法等，通過(guò)對(duì)算法過(guò)程的演示讓學(xué)生對(duì)算法有感性認(rèn)識(shí)，在低難度的情況下能夠自主動(dòng)手，從而快速掌握知識(shí)點(diǎn)。

3.2.2? 設(shè)計(jì)型實(shí)踐

設(shè)計(jì)型實(shí)踐微項(xiàng)目難度中等，綜合了課程內(nèi)容的多個(gè)知識(shí)點(diǎn)。在課程學(xué)習(xí)的中期，加入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)容中較為經(jīng)典的算法設(shè)計(jì)。教師通過(guò)實(shí)踐引導(dǎo)和啟發(fā)，讓學(xué)生自主思考設(shè)計(jì)算法，在上機(jī)過(guò)程中加深對(duì)不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的理解，并靈活掌握算法中數(shù)據(jù)的組織、加工、處理方式。

3.2.3? 綜合應(yīng)用型實(shí)踐

綜合應(yīng)用型實(shí)踐微項(xiàng)目一般在課程后期進(jìn)行，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，充分利用學(xué)校內(nèi)外各項(xiàng)教學(xué)資源開(kāi)展實(shí)施。綜合應(yīng)用型實(shí)踐項(xiàng)目具有創(chuàng)新性，對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力提出了更高的要求，同時(shí)也為學(xué)生提供了更加自主的平臺(tái)。綜合應(yīng)用型實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的來(lái)源主要有兩個(gè)：

（1）來(lái)自學(xué)科競(jìng)賽中經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化的問(wèn)題，如“藍(lán)橋杯”大賽、ACM程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽、團(tuán)體程序設(shè)計(jì)天梯賽等，大賽的歷屆題庫(kù)為綜合應(yīng)用型實(shí)踐教學(xué)提供了豐富的資源。

（2）來(lái)自實(shí)用軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、科研項(xiàng)目等，主要來(lái)自實(shí)際的校園和社會(huì)需求，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)模型建立、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和算法最終實(shí)現(xiàn)的能力。

3.3? 教學(xué)方法的選擇

使用靈活多樣的教學(xué)方法，能讓學(xué)生更好地掌握課程知識(shí)點(diǎn)、開(kāi)拓思維、延伸和擴(kuò)展知識(shí)面。同時(shí)，在實(shí)踐教學(xué)中，還要充分利用已有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)，搭建實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，方便學(xué)生更好地完成各階段實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。

驗(yàn)證型實(shí)踐教學(xué)方法以算法動(dòng)畫(huà)演示和圖示及文字講解為主，引導(dǎo)學(xué)生分析、模仿算法。

設(shè)計(jì)型實(shí)踐通過(guò)對(duì)實(shí)踐內(nèi)容進(jìn)行指導(dǎo)和啟發(fā)，讓學(xué)生自己實(shí)現(xiàn)編程，使其加深對(duì)該種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)及算法的理解。

綜合應(yīng)用型實(shí)踐，采用項(xiàng)目式的教學(xué)模式組織課堂教學(xué)，按照軟件工程的指導(dǎo)思想，讓學(xué)生自主組隊(duì)實(shí)訓(xùn)。組內(nèi)成員一起展開(kāi)討論，選出項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，并進(jìn)行需求分析，確定實(shí)施步驟并明確各成員的角色和任務(wù)。通過(guò)項(xiàng)目式的團(tuán)隊(duì)工作，使學(xué)生逐步了解團(tuán)隊(duì)溝通和協(xié)作的方式，熟悉大型項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的流程[6]。教師可以根據(jù)學(xué)生的完成情況，從中選拔優(yōu)秀學(xué)生參加不同級(jí)別的競(jìng)賽。實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及方法分層如圖1所示。

3.4? 建立合理的考核評(píng)價(jià)機(jī)制

在實(shí)踐課程考核中，各部分實(shí)踐內(nèi)容所占的比重如下：驗(yàn)證型實(shí)踐項(xiàng)目（50%），設(shè)計(jì)型實(shí)踐（30%），綜合設(shè)計(jì)型實(shí)踐（20%）。教師須建立合理的考核標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)項(xiàng)目完成情況對(duì)驗(yàn)證型實(shí)踐、設(shè)計(jì)型實(shí)踐進(jìn)行評(píng)價(jià)。綜合設(shè)計(jì)型項(xiàng)目以分組形式進(jìn)行，結(jié)合項(xiàng)目文檔資料以及可執(zhí)行程序，并參考分工及工作量進(jìn)行考核評(píng)價(jià)。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

文章以應(yīng)用型本科院校的辦學(xué)宗旨和特色為基礎(chǔ)，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力為目標(biāo)，構(gòu)建教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的課程實(shí)踐教學(xué)體系，在不同階段利用不同的教學(xué)手段和方法，實(shí)施難度不同的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)。教學(xué)方式由教師單一的指導(dǎo)驗(yàn)證轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生積極主動(dòng)的多形式、創(chuàng)新性學(xué)習(xí)，有效地活躍創(chuàng)新思維，提高創(chuàng)新能力。

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Abstract：This paper combining with the learning characteristics， current situation of application-oriented students and the demand for talents in the computer industry， according to the increasing difficulty of teaching， rationally design hierarchical practical content，and improve practical teaching methods and evaluation mechanism， so to establish a practical teaching system with teachers as the main line and students as the main body， then stimulate students learning interest， improve students innovative ability， and train innovative computer professionals for the country.

Key words：“Data Structure and Algorithm”; practical teaching; talent training; innovation