數據結構課程教學范式改革與實踐

張榮梅　朱智清　梁曉琳

摘要：數據結構課程是計算機類專業的基礎課，目標是培養學生的計算機思維能力以及形式化思維方法，能為具體應用所涉及的數據選擇適當的邏輯結構、存儲結構并設計良好的算法。為此，以數據結構課程為試點，在教學理念、課程教學目標、課程內容、教學方式、考核方式等多方面進行創新改革，構建適合應用型創新人才培養的課程教學范式非常必要。

關鍵詞：數據結構課程；教學范式；教學改革；應用能力；創造能力；網絡課堂；實踐教學模式；應用創新型人才

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1673-1573（2014）03-0107-03

課程教學范式改革是在新的經濟形勢和教育形勢下，針對我國高等教育普遍存在的問題提出的一項重要改革舉措。課程教學范式是指在課程教學實踐中，教學共同體成員所秉持的信念與價值、采取的技術及形式、形成的特質及效果的總稱。應用型大學課程教學范式改革，是改變以“傳授知識—接受知識”和以教師為中心、以課堂為中心、以教材為中心的傳統教學模式，構建以教師為主導、學生為主體，以研究、探索、協作等為特點的，師生互動的全新的注重學生應用能力培養的教學范式。

2013年數據結構課程被遴選為河北經貿大學首批課程教學范式改革課程。課程組成員以“自主、合作、探究”為教學理念，重新確立課程教學目標，優化課程內容，科學設計教學模式，創新教學方法，強化過程評價，細化考核指標體系等，實現課程教學從“以教師為中心”向“學生主體、教師主導”的轉變，在2012級計算機類專業進行了嘗試與探索，取得了一定的效果，為進一步改革奠定了基礎。

一、重新確立課程教學目標與要求

“數據結構”是計算機類專業的一門專業基礎課程，是計算機專業課程體系中的核心課程之一；是設計和實現編譯程序、操作系統、數據庫系統和其他系統軟件、應用軟件的重要基礎，在計算機類專業課程體系中具有承上啟下的重要地位與作用。

課程教學范式改革要求課程目標從過去的知識傳遞單一目標向“以知識傳遞為載體，以應用能力培養到創造能力培養為梯級目標”轉變。通過本門課程的學習，掌握各種數據結構的抽象數據類型的定義、各種操作的原理；掌握數據結構中基本操作的算法，能夠從時間和空間上分析算法的優劣并能夠設計實現算法的C++程序；掌握利用計算機解決問題的一般性方法，培養學生的計算機思維（邏輯思維和抽象思維）能力以及形式化思維方法，能為具體應用所涉及的數據選擇適當的邏輯結構、存儲結構并設計良好的算法，培養學生分析問題解決問題的實踐能力。通過課程設計，提高學生設計實現復雜程序的能力，能夠編寫出符合軟件工程規范和性能良好的軟件系統。

二、科學設計教學模式，改革教學范式

1. 優化教學內容，拓展實踐內容。根據應用型人才培養目標，以應用能力培養為核心，以“公共課管用、基礎課夠用、專業課適用”為原則，進一步重組和優化教學內容，給予學生自主學習和個性化學習的空間。

數據結構課程內容豐富，包括理論教學內容和實踐教學內容。我們按照數據結構的類型將課程內容分為4個單元，第1單元為線性結構，是數據結構課程的基礎；第2單元為樹形結構，包括樹、二叉樹、森林的存儲、遍歷等及其應用，內容較難；第3單元為圖形結構，包括無向圖、有向圖的存儲結構、遍歷以及圖的應用；第4單元為查找與排序，包括靜態查找、動態查找以及插入排序、歸并排序、基數排序等內容。第1單元是入門的基礎，采用講授+動畫演示+案例+實踐的方式進行精講，以教師為主導、學生為主體；第2-3單元，采用討論+講授+動畫演示+案例+實踐的方式進行精講；第4單元，在學生有了一定基礎時，采用學生上臺講解的方式進行。

“數據結構”是應用性很強的一門課。課程組重新編寫實驗教學大綱和實驗指導書。在實驗教學大綱中規定了必做實驗4個與選作實驗6個，并要求學生按小組課前完成算法設計、代碼調試，按照軟件工程的思想編寫實驗報告，課上進行答辯，講解設計思路、演示程序。為提高學生的綜合應用能力，精心設計了與實際應用緊密且難易結合的課程設計題目23個，如：約瑟夫鏈、迷宮求解問題、停車場管理、銀行排隊模擬系統、醫院選址問題等。自學期中開始，學生每2～3人為一組進行選題、課程設計，學期末任課教師組織課程設計的驗收、答辯。

2. 教學結構體系化。構建“課堂多媒體教學+實驗教學+網絡輔助教學+課程設計”四位一體的完整教學體系。學生通過課堂多媒體的理論學習，在每章講完以后對所布置的實驗題目上機實踐，基本上對所學內容有了初步的了解。為進一步加深學生對“數據結構”的知識掌握，學生在課下還可以就布置的課程設計題目在網絡課堂上進一步地學習。

3. 教學方法多元化。針對數據結構課程理論性強、教學重點部分抽象且難以理解等問題，在課堂講授中，我們綜合采用了“啟發式+討論式+案例教學+動畫演示法+參與式”等多種教學方法。針對每一個知識點，精心設計了討論題，組織學生結合實際搞好課堂討論，幫助學生理解所講的知識點，增強學生們的自信心和求知欲，鞏固所學知識。在教學過程中引入案例，構建其數學模型，啟發學生解決該問題常用的數據結構，引領學生設計算法并要求學生課后上機調試運行。這樣由淺入深，強化了學生分析問題解決問題的能力，增強了成就感和編程興趣，進一步體會到“數據結構”的重要性。對于難以理解的知識點，充分利用多媒體教學手段，設計制作出模擬動畫，將抽象內容可視化，有利于學生對“數據結構”知識的理解。

4. 強化教學協作，提高學生自主學習能力。努力探索構建以教師為主導、學生為主體，以研究、探索、協作等為特點，師生互動的全新的注重學生應用能力培養的教學范式，變“單向”教學模式為“雙向”，使學生很好地參與到課堂教學中。

開課之初，將全班同學5～6人分為一組，可分為若干個小組。小組長負責組織小組內討論學習，協作完成實驗程序。在教學過程中，教師指導學生自學，帶著問題進行課前主動預習。開設討論課，要求學生事先查閱相關文獻、寫出討論提綱，對某一問題形成自己的獨特看法。開設10～15分鐘學生講授課，在學生對該課程入門后嘗試教學，以小組為單位組織課堂教學，圍繞一個知識點組織教與學，教師協助、指導，學生由被動的接受者變為主動的參與者。

5. 構建網絡課堂，為學生自主學習提供豐富的教學資源。基于學校的數字化網絡教學平臺建立數據結構課程的網絡課堂。網絡課堂不僅涵蓋了課程的基本信息（課程簡介、教學大綱、課程性質和任務、多媒體課件、網站資源等），還給出了“數據結構”的典型應用案例、實踐教學案例、拓展訓練題目、在線測試、考研園地。同時學生可以在網絡課堂中提交作業，學習論壇為師生、生生互動提供了一個新的交互平臺，師生可以在此對學習經驗、疑難問題、教學建議等進行無拘無束的交流。此外，課外資源鏈接，包括國家級精品課資源網中的數據結構課程（http：//www.jingpinke.com/course）、學科競賽網（Http：//www.lanqiao.org）和軟件設計練習系統（http：//lx.lanqiao.org）等，為學生自主學習提供了多層次的課外閱讀材料。

6. 實驗教學層次化。構建了設計型—綜合型—拓展型的多層次實踐教學模式。針對實驗課時緊張的現實情況，要求學生在課外完成程序設計調試，實驗課上以小組為單位進行演示答辯。自第8周開始學生選擇“課程設計”題目，為避免抄襲，規定每個題目最多3人，獨立完成需求分析、設計、編碼、調試、測試并撰寫課程設計報告，提高了學生的實踐能力。

7. 強化過程評價，改革考試方式。數據結構課程考核方式改革是教學改革的重要內容，考試成績=10%平時成績+30%綜合程序設計成績+60%期末。考核指標體系如下：

平時成績滿分100分，其中：到課率10分、學生參與教學的主動性20分、實驗報告20分、平時作業20分、單元測試30分。具體而言：（1）到課率10分：課堂隨機點名3次。超過3次未到，課堂到課成績計0分。全勤計10分，一次未到扣4分，兩次未到扣8分。（2）學生參與教學的主動性20分：鼓勵學生主動參與到課堂上，一學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，課后由小組長組織小組準備課上講解內容。思路清晰、準備充分、講解準確者，計滿分；準備不充分、講解不清楚者，計6分；未準備者，計0分。（3）實驗報告20分：4次實驗課，每次5分。課上答辯流利并通過網絡課堂提交實驗報告者，計5分；課上未能答辯但課后能夠完成并提交實驗報告者，計3分；未在規定時間內提交實驗報告者，計0分。（4）作業20分：4次大作業包括線性結構、樹型結構、圖型結構、查找與排序，每次計5分，共20分。作業獨立認真完成者，計20分；作業基本獨立認真完成者，計3分；未交作業者，計0分。（5）單元測試30分：1次學期期中小測+4次網絡在線測試，每次計6分。課程綜合程序設計滿分100分，其中：程序功能50分、算法效率30分和算法創新20分。具體而言：（1）程序功能完善、界面友好、運行穩定者，計50分；程序功能基本完善、界面基本友好、運行基本穩定者，計30分；程序功能不全、界面不友好、程序運行有重大缺陷者，計0分。（2）算法時間效率和空間效率高者，計30分；算法時間效率或空間效率一個較高另一個可以接受者，計20分；算法時間效率或空間效率不可接受，計0分。（3）算法設計有較大創新者，計20分；算法設計有一定創新者，計10分；算法設計無創新者，計0分。

期末考試滿分為100分，以閉卷考試的形式進行，突出算法設計與動手操作。其中：基本理論、概念30分，操作30分，算法設計40分。

三、教學范式改革效果實證

課程結束后，我們按照學生以組為單位進行了數據結構課程教學范式改革的效果調研，得到如下結果。

1. 范式改革轉變了傳統的課堂教學模式，分組、課堂討論、課上講授等方式，增強了團隊協作能力，調動了積極性。通過自學、查閱相關資料，學生既學到了許多新的知識，補充了課堂教學的內容，開拓了視野，也鍛煉了自學能力，提高了學習的自主性。

2. 通過課程設計，提高了學生的實踐能力，達到了課程的教學目標。尤其是在課程設計的過程中，針對題目的要求進行需求分析，選擇數據結構、綜合應用經典算法到程序設計、代碼調試、撰寫技術報告整個過程的訓練，提高了分析問題解決問題的能力，學生自己也有成就感。

3. 網絡課堂增進了同學及師生之間的交流，豐富的教學資源，如課外資料，開拓了學生的視野，為自主學習提供了基礎。

4. 在課時允許的情況下增加習題課，給更多同學上臺的機會，加大網絡課堂中的互動。

四、結束語

應用創新型人才的培養需要課程教學范式改革，數據結構課程范式改革結合了計算機類專業人才培養目標與定位，具有較強的應用性和實踐性，為同類課程的范式改革提供了借鑒。由于課程教學范式改革是一個綜合性的課題，涉及教學共同體中的教師、學生、環境，在今后的教學過程中需進一步轉變思想，充分理解“自主、協作、探究”的內涵；在優化教學內容、強化教學協作、轉變教學方式、強化過程評價等方面有待深化、完善和研究，課程教學范式改革任重而道遠。

參考文獻：

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責任編輯、校對：李金霞

Abstract： Data structure course is the basic course of computer specialty， which teaching goal is to train students' computer thinking ability and formalized thinking way， to select the appropriate logical data structure， the storage structure and well-designed algorithm for particular application. Therefore， taking data structure course for the pilot， we should conduct innovate reform in the teaching idea， teaching goal， curriculum content， teaching methods， examining ways， etc， to construct the applied innovative talents training courses teaching paradigm is very necessary.

Keywords： data structure course， teaching paradigm， teaching reform， application ability， creative ability， online class， practical teaching model， applicable innovative talents