數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)范式改革與實(shí)踐——以河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)為例

張榮梅，朱智清，梁曉琳

（河北經(jīng)貿(mào)大學(xué) 信息技術(shù)學(xué)院，河北 石家莊 050061）

課程教學(xué)范式改革是在新的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)和教育形勢(shì)下，針對(duì)我國(guó)高等教育普遍存在的問(wèn)題提出的一項(xiàng)重要改革舉措。課程教學(xué)范式是指在課程教學(xué)實(shí)踐中，教學(xué)共同體成員所秉持的信念與價(jià)值、采取的技術(shù)及形式、形成的特質(zhì)及效果的總稱。應(yīng)用型大學(xué)課程教學(xué)范式改革，是改變以“傳授知識(shí)—接受知識(shí)”和以教師為中心、以課堂為中心、以教材為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式，構(gòu)建以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體，以研究、探索、協(xié)作等為特點(diǎn)的，師生互動(dòng)的全新的注重學(xué)生應(yīng)用能力培養(yǎng)的教學(xué)范式。

2013年數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程被遴選為河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)首批課程教學(xué)范式改革課程。課程組成員以“自主、合作、探究”為教學(xué)理念，重新確立課程教學(xué)目標(biāo)，優(yōu)化課程內(nèi)容，科學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)模式，創(chuàng)新教學(xué)方法，強(qiáng)化過(guò)程評(píng)價(jià)，細(xì)化考核指標(biāo)體系等，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)從“以教師為中心”向“學(xué)生主體、教師主導(dǎo)”的轉(zhuǎn)變，在2012級(jí)計(jì)算機(jī)類專業(yè)進(jìn)行了嘗試與探索，取得了一定的效果，為進(jìn)一步改革奠定了基礎(chǔ)。

一、重新確立課程教學(xué)目標(biāo)與要求

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”是計(jì)算機(jī)類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，是計(jì)算機(jī)專業(yè)課程體系中的核心課程之一；是設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)編譯程序、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和其他系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件的重要基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)類專業(yè)課程體系中具有承上啟下的重要地位與作用。

課程教學(xué)范式改革要求課程目標(biāo)從過(guò)去的知識(shí)傳遞單一目標(biāo)向“以知識(shí)傳遞為載體，以應(yīng)用能力培養(yǎng)到創(chuàng)造能力培養(yǎng)為梯級(jí)目標(biāo)”轉(zhuǎn)變。通過(guò)本門課程的學(xué)習(xí)，掌握各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的抽象數(shù)據(jù)類型的定義、各種操作的原理；掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中基本操作的算法，能夠從時(shí)間和空間上分析算法的優(yōu)劣并能夠設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)算法的C++程序；掌握利用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的一般性方法，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維（邏輯思維和抽象思維）能力以及形式化思維方法，能為具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)選擇適當(dāng)?shù)倪壿嫿Y(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)并設(shè)計(jì)良好的算法，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的實(shí)踐能力。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，提高學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜程序的能力，能夠編寫(xiě)出符合軟件工程規(guī)范和性能良好的軟件系統(tǒng)。

二、科學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)模式，改革教學(xué)范式

1.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，拓展實(shí)踐內(nèi)容。根據(jù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，以應(yīng)用能力培養(yǎng)為核心，以“公共課管用、基礎(chǔ)課夠用、專業(yè)課適用”為原則，進(jìn)一步重組和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，給予學(xué)生自主學(xué)習(xí)和個(gè)性化學(xué)習(xí)的空間。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容豐富，包括理論教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。我們按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型將課程內(nèi)容分為4個(gè)單元，第1單元為線性結(jié)構(gòu)，是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的基礎(chǔ)；第2單元為樹(shù)形結(jié)構(gòu)，包括樹(shù)、二叉樹(shù)、森林的存儲(chǔ)、遍歷等及其應(yīng)用，內(nèi)容較難；第3單元為圖形結(jié)構(gòu)，包括無(wú)向圖、有向圖的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、遍歷以及圖的應(yīng)用；第4單元為查找與排序，包括靜態(tài)查找、動(dòng)態(tài)查找以及插入排序、歸并排序、基數(shù)排序等內(nèi)容。第1單元是入門的基礎(chǔ)，采用講授＋動(dòng)畫(huà)演示＋案例＋實(shí)踐的方式進(jìn)行精講，以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體；第2-3單元，采用討論＋講授＋動(dòng)畫(huà)演示＋案例＋實(shí)踐的方式進(jìn)行精講；第4單元，在學(xué)生有了一定基礎(chǔ)時(shí)，采用學(xué)生上臺(tái)講解的方式進(jìn)行。

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”是應(yīng)用性很強(qiáng)的一門課。課程組重新編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱中規(guī)定了必做實(shí)驗(yàn)4個(gè)與選作實(shí)驗(yàn)6個(gè)，并要求學(xué)生按小組課前完成算法設(shè)計(jì)、代碼調(diào)試，按照軟件工程的思想編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，課上進(jìn)行答辯，講解設(shè)計(jì)思路、演示程序。為提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力，精心設(shè)計(jì)了與實(shí)際應(yīng)用緊密且難易結(jié)合的課程設(shè)計(jì)題目23個(gè)，如：約瑟夫鏈、迷宮求解問(wèn)題、停車場(chǎng)管理、銀行排隊(duì)模擬系統(tǒng)、醫(yī)院選址問(wèn)題等。自學(xué)期中開(kāi)始，學(xué)生每2～3人為一組進(jìn)行選題、課程設(shè)計(jì)，學(xué)期末任課教師組織課程設(shè)計(jì)的驗(yàn)收、答辯。

2.教學(xué)結(jié)構(gòu)體系化。構(gòu)建“課堂多媒體教學(xué)＋實(shí)驗(yàn)教學(xué)＋網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)＋課程設(shè)計(jì)”四位一體的完整教學(xué)體系。學(xué)生通過(guò)課堂多媒體的理論學(xué)習(xí)，在每章講完以后對(duì)所布置的實(shí)驗(yàn)題目上機(jī)實(shí)踐，基本上對(duì)所學(xué)內(nèi)容有了初步的了解。為進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的知識(shí)掌握，學(xué)生在課下還可以就布置的課程設(shè)計(jì)題目在網(wǎng)絡(luò)課堂上進(jìn)一步地學(xué)習(xí)。

3.教學(xué)方法多元化。針對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程理論性強(qiáng)、教學(xué)重點(diǎn)部分抽象且難以理解等問(wèn)題，在課堂講授中，我們綜合采用了“啟發(fā)式＋討論式＋案例教學(xué)＋動(dòng)畫(huà)演示法＋參與式”等多種教學(xué)方法。針對(duì)每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，精心設(shè)計(jì)了討論題，組織學(xué)生結(jié)合實(shí)際搞好課堂討論，幫助學(xué)生理解所講的知識(shí)點(diǎn)，增強(qiáng)學(xué)生們的自信心和求知欲，鞏固所學(xué)知識(shí)。在教學(xué)過(guò)程中引入案例，構(gòu)建其數(shù)學(xué)模型，啟發(fā)學(xué)生解決該問(wèn)題常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，引領(lǐng)學(xué)生設(shè)計(jì)算法并要求學(xué)生課后上機(jī)調(diào)試運(yùn)行。這樣由淺入深，強(qiáng)化了學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，增強(qiáng)了成就感和編程興趣，進(jìn)一步體會(huì)到“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的重要性。對(duì)于難以理解的知識(shí)點(diǎn)，充分利用多媒體教學(xué)手段，設(shè)計(jì)制作出模擬動(dòng)畫(huà)，將抽象內(nèi)容可視化，有利于學(xué)生對(duì)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”知識(shí)的理解。

4.強(qiáng)化教學(xué)協(xié)作，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。努力探索構(gòu)建以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體，以研究、探索、協(xié)作等為特點(diǎn)，師生互動(dòng)的全新的注重學(xué)生應(yīng)用能力培養(yǎng)的教學(xué)范式，變“單向”教學(xué)模式為“雙向”，使學(xué)生很好地參與到課堂教學(xué)中。

開(kāi)課之初，將全班同學(xué)5～6人分為一組，可分為若干個(gè)小組。小組長(zhǎng)負(fù)責(zé)組織小組內(nèi)討論學(xué)習(xí)，協(xié)作完成實(shí)驗(yàn)程序。在教學(xué)過(guò)程中，教師指導(dǎo)學(xué)生自學(xué)，帶著問(wèn)題進(jìn)行課前主動(dòng)預(yù)習(xí)。開(kāi)設(shè)討論課，要求學(xué)生事先查閱相關(guān)文獻(xiàn)、寫(xiě)出討論提綱，對(duì)某一問(wèn)題形成自己的獨(dú)特看法。開(kāi)設(shè)10～15分鐘學(xué)生講授課，在學(xué)生對(duì)該課程入門后嘗試教學(xué)，以小組為單位組織課堂教學(xué)，圍繞一個(gè)知識(shí)點(diǎn)組織教與學(xué)，教師協(xié)助、指導(dǎo)，學(xué)生由被動(dòng)的接受者變?yōu)橹鲃?dòng)的參與者。

5.構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)課堂，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供豐富的教學(xué)資源?；趯W(xué)校的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)建立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的網(wǎng)絡(luò)課堂。網(wǎng)絡(luò)課堂不僅涵蓋了課程的基本信息（課程簡(jiǎn)介、教學(xué)大綱、課程性質(zhì)和任務(wù)、多媒體課件、網(wǎng)站資源等），還給出了“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的典型應(yīng)用案例、實(shí)踐教學(xué)案例、拓展訓(xùn)練題目、在線測(cè)試、考研園地。同時(shí)學(xué)生可以在網(wǎng)絡(luò)課堂中提交作業(yè)，學(xué)習(xí)論壇為師生、生生互動(dòng)提供了一個(gè)新的交互平臺(tái)，師生可以在此對(duì)學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)、疑難問(wèn)題、教學(xué)建議等進(jìn)行無(wú)拘無(wú)束的交流。此外，課外資源鏈接，包括國(guó)家級(jí)精品課資源網(wǎng)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程（http：//www.jingpinke.com/course）、學(xué)科競(jìng)賽網(wǎng)（Http：//www.lanqiao.org）和軟件設(shè)計(jì)練習(xí)系統(tǒng)（http：//lx.lanqiao.org）等，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供了多層次的課外閱讀材料。

6.實(shí)驗(yàn)教學(xué)層次化。構(gòu)建了設(shè)計(jì)型—綜合型—拓展型的多層次實(shí)踐教學(xué)模式。針對(duì)實(shí)驗(yàn)課時(shí)緊張的現(xiàn)實(shí)情況，要求學(xué)生在課外完成程序設(shè)計(jì)調(diào)試，實(shí)驗(yàn)課上以小組為單位進(jìn)行演示答辯。自第8周開(kāi)始學(xué)生選擇“課程設(shè)計(jì)”題目，為避免抄襲，規(guī)定每個(gè)題目最多3人，獨(dú)立完成需求分析、設(shè)計(jì)、編碼、調(diào)試、測(cè)試并撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告，提高了學(xué)生的實(shí)踐能力。

7.強(qiáng)化過(guò)程評(píng)價(jià)，改革考試方式。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程考核方式改革是教學(xué)改革的重要內(nèi)容，考試成績(jī)=10%平時(shí)成績(jī)＋30%綜合程序設(shè)計(jì)成績(jī)＋60%期末?？己酥笜?biāo)體系如下：

平時(shí)成績(jī)滿分100分，其中：到課率10分、學(xué)生參與教學(xué)的主動(dòng)性20分、實(shí)驗(yàn)報(bào)告20分、平時(shí)作業(yè)20分、單元測(cè)試30分。具體而言：（1）到課率10分：課堂隨機(jī)點(diǎn)名3次。超過(guò)3次未到，課堂到課成績(jī)計(jì)0分。全勤計(jì)10分，一次未到扣4分，兩次未到扣8分。（2）學(xué)生參與教學(xué)的主動(dòng)性20分：鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)參與到課堂上，一學(xué)期每組組織課堂討論2次，每次10分。課前分配給各小組課堂討論的題目，課后由小組長(zhǎng)組織小組準(zhǔn)備課上講解內(nèi)容。思路清晰、準(zhǔn)備充分、講解準(zhǔn)確者，計(jì)滿分；準(zhǔn)備不充分、講解不清楚者，計(jì)6分；未準(zhǔn)備者，計(jì)0分。（3）實(shí)驗(yàn)報(bào)告20分：4次實(shí)驗(yàn)課，每次5分。課上答辯流利并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)課堂提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告者，計(jì)5分；課上未能答辯但課后能夠完成并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告者，計(jì)3分；未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告者，計(jì)0分。（4）作業(yè)20分：4次大作業(yè)包括線性結(jié)構(gòu)、樹(shù)型結(jié)構(gòu)、圖型結(jié)構(gòu)、查找與排序，每次計(jì)5分，共20分。作業(yè)獨(dú)立認(rèn)真完成者，計(jì)20分；作業(yè)基本獨(dú)立認(rèn)真完成者，計(jì)3分；未交作業(yè)者，計(jì)0分。（5）單元測(cè)試30分：1次學(xué)期期中小測(cè)+4次網(wǎng)絡(luò)在線測(cè)試，每次計(jì)6分。課程綜合程序設(shè)計(jì)滿分100分，其中：程序功能50分、算法效率30分和算法創(chuàng)新20分。具體而言：（1）程序功能完善、界面友好、運(yùn)行穩(wěn)定者，計(jì)50分；程序功能基本完善、界面基本友好、運(yùn)行基本穩(wěn)定者，計(jì)30分；程序功能不全、界面不友好、程序運(yùn)行有重大缺陷者，計(jì)0分。（2）算法時(shí)間效率和空間效率高者，計(jì)30分；算法時(shí)間效率或空間效率一個(gè)較高另一個(gè)可以接受者，計(jì)20分；算法時(shí)間效率或空間效率不可接受，計(jì)0分。（3）算法設(shè)計(jì)有較大創(chuàng)新者，計(jì)20分；算法設(shè)計(jì)有一定創(chuàng)新者，計(jì)10分；算法設(shè)計(jì)無(wú)創(chuàng)新者，計(jì)0分。

期末考試滿分為100分，以閉卷考試的形式進(jìn)行，突出算法設(shè)計(jì)與動(dòng)手操作。其中：基本理論、概念30分，操作30分，算法設(shè)計(jì)40分。

三、教學(xué)范式改革效果實(shí)證

課程結(jié)束后，我們按照學(xué)生以組為單位進(jìn)行了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)范式改革的效果調(diào)研，得到如下結(jié)果。

1.范式改革轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式，分組、課堂討論、課上講授等方式，增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，調(diào)動(dòng)了積極性。通過(guò)自學(xué)、查閱相關(guān)資料，學(xué)生既學(xué)到了許多新的知識(shí)，補(bǔ)充了課堂教學(xué)的內(nèi)容，開(kāi)拓了視野，也鍛煉了自學(xué)能力，提高了學(xué)習(xí)的自主性。

2.通過(guò)課程設(shè)計(jì)，提高了學(xué)生的實(shí)踐能力，達(dá)到了課程的教學(xué)目標(biāo)。尤其是在課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，針對(duì)題目的要求進(jìn)行需求分析，選擇數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、綜合應(yīng)用經(jīng)典算法到程序設(shè)計(jì)、代碼調(diào)試、撰寫(xiě)技術(shù)報(bào)告整個(gè)過(guò)程的訓(xùn)練，提高了分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，學(xué)生自己也有成就感。

3.網(wǎng)絡(luò)課堂增進(jìn)了同學(xué)及師生之間的交流，豐富的教學(xué)資源，如課外資料，開(kāi)拓了學(xué)生的視野，為自主學(xué)習(xí)提供了基礎(chǔ)。

4.在課時(shí)允許的情況下增加習(xí)題課，給更多同學(xué)上臺(tái)的機(jī)會(huì)，加大網(wǎng)絡(luò)課堂中的互動(dòng)。

四、結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)需要課程教學(xué)范式改革，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程范式改革結(jié)合了計(jì)算機(jī)類專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)與定位，具有較強(qiáng)的應(yīng)用性和實(shí)踐性，為同類課程的范式改革提供了借鑒。由于課程教學(xué)范式改革是一個(gè)綜合性的課題，涉及教學(xué)共同體中的教師、學(xué)生、環(huán)境，在今后的教學(xué)過(guò)程中需進(jìn)一步轉(zhuǎn)變思想，充分理解“自主、協(xié)作、探究”的內(nèi)涵；在優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、強(qiáng)化教學(xué)協(xié)作、轉(zhuǎn)變教學(xué)方式、強(qiáng)化過(guò)程評(píng)價(jià)等方面有待深化、完善和研究，課程教學(xué)范式改革任重而道遠(yuǎn)。

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