淺談高校計算機科學與技術專業實驗班《數據結構》教學改革

趙鵬

（黑龍江大學計算機科學技術學院，黑龍江 哈爾濱 150080）

一、引言

近年來，教育部等部委在國家層面上組織實施了一系列拔尖創新人才培養計劃。黑龍江大學在2004年也設立了相關專業的創新人才實驗班，計算機科學與技術專業實驗班就是其中之一。該實驗班致力于培養適應計算機科學快速發展的需要，掌握計算機科學與技術相關的基礎理論和實踐技能，具有較高的文化素質和國際視野以及良好的創新意識和探索精神，了解計算機學科前沿動態，具備黑龍江大學特色的厚基礎、強實踐、專門化的高層次計算機科學研究型人才。結合該培養目標，我院制定了實驗班單獨的培養方案、教學模式及教學要求?！稊祿Y構》課程是計算機科學與技術專業的核心課程，在實驗班課程設置中起著承上啟下的重要作用，該課程的學習效果直接影響學生們的研究能力、設計能力和創新能力，筆者在多年講授《數據結構》課程的經驗基礎上結合實驗班培養目標及學生個體特色，對該課程的理論教學和實驗教學進行了一些改革，取得了一些成果。

二、教學模式的改革

教學模式是教學基礎理論的具體化，也是教學具體經驗的總結和概括。傳統的填鴨式的教學模式已經遠遠不能滿足現代學生，特別是有一定自學能力和創新思維的實驗班學生的需要。目前，國內外較有影響的現代教學模式主要有：掌握學習模式、發現學習模式、程序教學模式、案例教學模式和最優化教學模式。筆者在研究上述教學模式的基礎上結合實驗班教學的實際經驗，總結了一套多維教學模式，以適應拔尖人才培養的需求，具體體現：

第一，課程知識體系的預熱。為了激發學生的學習興趣和主動性，筆者在正式授課前一周或第一次授課時會把該課程的相關研究問題、研究成果、國內外關于某問題的研究及應用現狀通過網絡發布給學生，使學生對《數據結構》課程的知識體系和框架有大概的理解和認知，使學生在學習時能夠做到有的放矢，明確所學知識的研究和應用動態，有利于培養實驗班學生的研究能力。

第二，變被動式接受學習模式為基于問題的探究式主動學習模式。被動式接受學習模式的缺點是學生基礎不扎實，學生主觀能動性差，理論與實踐脫節?；趩栴}的探究式主動學習模式是指學生在教師指導下，確定研究專題，主動地獲取知識、應用知識、解決問題的學習活動。這種學習模式重視學生的自主活動，提供并創造學生主動探究、獨立操作、自由表達的“土壤”以及良好的氛圍，學生在其中創新和實踐，建立一種主動發現、獨立思考的積極的學習方式。這種方式能提高學生的學習興趣，給學生提供開放的學習空間，有利于發現和開發學生多方面的智慧潛能，同時，教師與學生在共同探求新知的過程中也能夠不斷提高，形成“教”“學”互長，“學”“教”相輔的良性循環。通過實踐，這種方式確實使實驗班學生對基礎理論知識的認識深度有了很大提高，同時也提高了學生的溝通和表達能力。

三、教學內容及教學方法的改革

教學內容和方法的改革是關系到能否培養出復合型創新人才的一個重要環節。

第一，《數據結構》課程的知識點眾多而復雜。為了強化實驗班學生的基礎能力，筆者對該課程的傳統內容加以精煉，將普通的輔助性知識交給學生自學，注重基礎理論的講授，同時加強新理論、新技術的介紹，充實案例的分析內容，以豐富教學內容。在教學內容上筆者著重理論知識的傳統性和扎實性相結合、研究問題的應用性和前沿性相結合，使學生把更多的精力放到對知識的深入研究上。另外，實驗班教學重視教學內容的啟發性和生動性，重視理論與實踐的結合，激發學生創新思維，提高學生對基礎理論與專業知識的應用能力，達到實驗班學生“重思維、強實踐”的培養目標。

第二，在教學方法的改革上，我們積極探索采用現代化教學手段（包括重點知識雙語教學）以增加課堂信息量和教學的直觀性，除了把傳統的板書式教學更新為“板書——多媒體——網絡”多維模式上以外，我們大力推進案例式驅動結合討論的教學方法。我們精選和各章知識結合性強、銜接性好的案例，通過對實際應用案例的引導、案例解決方案的對比分析以及師生之間的研討、生生之間的辯論等方法，使實驗班學生對知識有更加全面和深刻的掌握。我們在課堂教學中會營造寬松的、師生互動的、自由討論的課堂氛圍，培養學生的互助協作能力和團隊精神。課堂上讓學生成為知識的發現者、探索者，然后在老師引導下通過討論、辯論不斷深入。這種教學方法有利于發揮學生的學習主動性。此外，案例式驅動結合討論的教學方法能使學生從被動接受知識的單向思維轉變為“發現問題——用知識解決問題——強化知識”的雙向思維，這種雙向思維模式對于學生把學習到的知識從片面的“點”到整體的“面”的梳理是十分關鍵的，而這種思維能力的提高也是實驗班學生從事科學研究和工程實踐的重要基礎。這種教學方法改革在幾年的教學實踐中也取得了不錯的效果，既優化了課堂教學、提高了教學效率，也充分調動了學生的積極性，增強了學生的成功感和自信心，提高了教學質量。

四、實驗教學的改革

《數據結構》課程具有很強的實踐性，因此實驗教學是該課程教學過程中非常重要的一個環節。結合實驗班學生的能力和個性特點，我們精化了實驗班實驗教學的課題內容和要求，特別是課程設計中綜合性、設計性實驗的內容和要求。以其中的“校園導游系統的設計”為例，實驗班學生的課題內容要比同專業普通班多了“采用多種方法實現任意景點間的路徑查詢”?！稊祿Y構》課程設計在實驗項目的要求上也比普通班嚴格，比如必須使用可視化圖形界面（可視化編程語言由學生自學），在課題設計上要體現重點知識的擴展性和面向對象程序設計的特點和優勢，在功能實現上要體現出直觀性和實用性；在課程設計的項目報告中要確立問題的分析、解決方案，項目實施的細節、不同算法解決問題的性能都要有明確的闡述。我們不僅對課程設計內容和要求加以改進，而且注重課程設計的過程性考核評估，加強并細化了考核評估的細節和標準并采用課題團隊答辯的考核方式，增加了考核的合理性。通過幾年的實踐，使實驗班學生綜合性程序設計能力和編程能力有了顯著提高，更重要的是這種實驗教學方式能使課堂上探究式學習成果和實踐教學相結合，形成立體式教學模式，保證學生既“重基礎”，又“強實踐”，為學生學習后續專業課知識打下了堅實的基礎。

五、實驗班學習效果評估

為了檢驗改革成果，筆者從兩個方面對實驗班的學習效果進行了評估。

（一）改革前后整體比較評估

通過對近幾年和幾年前《數據結構》課程期中和期末考試的成績分析以及課程設計的考核結果可以看出，實驗班學生經過這些改革方法和措施的實施，在基礎知識的掌握程度上以及對綜合問題的解決能力有很大進步，學生的學習積極性也有了很大提高。

（二）個人能力縱向評估

通過針對實驗班學生關于“發展人際溝通能力”“協調組織能力”“解決現實世界中復雜問題能力”“分析問題能力”“增強團隊意識”“邏輯思維及批判思維”等問題采用不記名調查問卷，課堂上對學生回答問題的效果評估以及團隊答辯等方式，對學生的綜合素質進行縱向評估。通過評估可以看出，實驗班學生不僅在學習、研究、實踐能力上有所提高，而且也對這些改革方法有著積極的認可態度。

筆者通過多年《數據結構》的教學經驗，對這門課程的實驗班教學從教學模式的轉變、教學內容的精化、教學方法的改進、實踐教學的改革等方面對實驗班《數據結構》教學做了一些積極有益的嘗試，希望這些嘗試能使學生基礎理論的研究能力和計算機工程實踐能力有顯著提高，也希望這些嘗試能和同行們共勉。

［1］清華大學交叉信息研究院.拔尖創新學術人才培養之改革與實踐——以清華大學計算機科學實驗班為例［J］.北京教育（高教版），2013，（9）.

［2］布輝，劉冉.研究性學習教學模式在數據結構課程中的應用［J］.電腦知識與技術，2011，（3）.

［3］趙紅丹，王希杰.任務驅動教學模式在數據結構教學中的應用［J］.福建電腦，2010，（1）.

［4］侯小靜，石念峰.數據結構課程中研究性學習模式的探討［J］.電腦知識與技術，2010，（4）.