基于ICPC問題驅動的《數據結構》教學改革研究

向程冠+熊世桓+熊偉程+左羽

摘 要：《數據結構》課程是計算機專業的核心“飯碗”課程之一，然而在傳統的教學中教師往往只教理論，沒有實際的代碼實現過程演示，講解的例子缺乏應用性，學生學得枯燥無味。課題組經過教學改革，將ACM/ICPC問題驅動引入課堂教學，采用問題驅動的教學方法，并貫穿于整個理論教學、實驗實訓的過程，組織學生參加程序，以競促學，以競促教，提高學生的算法設計能力，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：數據結構 算法設計 ACM/ICPC 問題驅動

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（b）-0179-02

在高校計算機專業的課程中，《數據結構》一直處于核心地位，與程序設計課程是計算機專業的“飯碗”課程，傳統的教學中一般是老師講學生聽，教學過程一直由老師主導，學生處在觀眾位置，教師只講原理，從不展示實現過程，脫離實際應用，導致學生動手能力差，不能將理論應用于實踐。怎么上好這門課程、如何進行教學改革一直是高校課程改革的重要課題。

1 背景及意義

《數據結構》是計算機相關專業的一門專業基礎課程[1]。課程從ADT思想出發，主要有線型、樹型和圖型三大類數據結構、查找和排序兩大類基本算法以及算法分析的基礎[2]。培養學生設計算法、開發程序的能力，使學生能夠根據實際問題的需要，選擇適當的數據結構及設計出相應的算法；通過實驗，進一步鍛煉學生的動手能力，培養學生分析和解決實際問題的能力。為學生學習操作系統、編譯原理和數據庫等后續課程奠定基礎。ACM/ICPC（ACM International Collegiate Programming Contest，國際大學生程序設計競賽）是由美國計算機協會（ACM）主辦的一項旨在展示大學生創新能力、團隊精神和在壓力下編寫程序、分析和解決問題能力的年度競賽，經過近40年的發展，已經成為全球最有影響力、參賽水平最高的大學生程序設計競賽[4]。顯然，前者在于傳授知識，后者在于檢驗、使用知識，二者具有辯證統一的關系。在《數據結構》課程傳統的教學模式中，通常把已有的經典算法通過代碼直接給學生講解，學生處于“要我學”的模式，實驗教學中只是要求學生驗證即可[3]，學生主要是“聽中學”，由于其學習難度大，即使部分學生可以聽懂，但要編程實現時卻無從下手。而ACM/ICPC題庫中涵蓋了線性結構、樹型結構、圖結構和集合的知識運用，并且題目具有趣味性，將ACM/ICPC的模式應于到《數據結構》課程的教學改革中，以ACM/ICPC問題驅動教學，以競促學，以競促教，變“聽中學”為“做中學”，對于培養學生的自主探索能力和創新能力具有深遠的意義。

2 基于ACM/ICPC問題驅動的《數據結構》課程教學改革

2.1 基于ACM/ICPC問題驅動的理論教學改革

ACM/ICPC中的題目不僅專業性強、覆蓋面廣（囊括了線性結構、樹型結構、圖型結構和集合的知識點），而且具有味性、實用性、創新性。在《數據結構》課程的教學中，傳授理論知識前將ACM/ICPC問題先拋出來，促使學生尋求解題的方法及所需理論知識，將教學活動變成“困惑——探索——掌握”的問題解決過程，變傳統的“聽中學”為“做中學”。在理論教學中針對一個知識點結合一個ACM問題，如果問題太難可遵循ACM出題的原則設計問題。

2.2 基于ACM/ICPC問題驅動的實驗教學改革

《數據結構》是一門實踐性很強的課程，在實驗教學中，將理論課上提出的ACM問題作為基本實驗，及時運用所學知識解決實際問題。嚴格按照ACM/ICPC 競賽的方式，將學生分成三人一個組，并要求每個小組的學生在POJ（PKU Online Jude，北京大學在線評測系統）中完成實驗，把每次實驗當成一次競賽，根據學生完成的情況及排名評定實驗成績，這將使學生重視每次實驗，對于提高學生團隊協作能力有很大幫助，提高學生運用所學知識解決實際問題的能力。

2.3 “以競促學、以競促教”模式研究

對于新建的應用型本科院校，計算機專業的培養方案中明確要求學生四年內擁有“六個一”，其中一次競賽獲獎排在首位，這也符合學校培養應用型人才的方針。在教學中，可以鼓勵、引導學生參加ACM/ICPC競賽，可行參加省賽。因為ACM/ICPC的難度大，對教師也是考驗，可每年先組織教師外出參加ACM/ICPC學習（如北京大學每年暑期均會開辦ACM/ICPC競賽訓練班），參加學習的教師再指導幾組學生，對學生集中培訓，強化《數據結構》知識在ACM/ICPC競賽中的應用，增強師生教學默契，教學相長，提高學生團隊實戰能力。

2.4 結合ACM/ICPC模式改進《數據結構》教學計劃

合理調整《數據結構》課程教學中理論與實踐學時的分配，注重實踐環節，將ACM/ICPC題庫中的經典題目作為理論課的問題驅動[5]，要求學生學習理論知識后解決給出的實際問題，并將提出的問題作為實踐教學環節的一部分內容，讓學生在實驗課程中編程解決實際問題。

2.5 結合ACM/ICPC模式改革實驗考核方法

學生實驗完全在POJ（PKU Online Jude，北京大學在線評測系統）中完成，要求3個同學一組，精誠合作，共同完成，培養學生的團隊協作能力。成績評定按照ACM/ICPC競賽規則進行，即根據提交成功的題目數量、運行結果與排名評定實驗成績。

2.6 組織學生參加每年度的ACM/ICPC程序設計競賽，提升知識運用能力

《數據結構》教學的重點應從“被動灌輸知識”向“主動運用知識”轉變，積極組織學生參加ACM/ICPC競賽，可有效將所學知識運用于實踐，由于部分地區對于ACM/ICPC的引入較晚，目前還沒有ACM/ICPC賽區，可以組織學生參加其它地區的比賽，為營造ACM/ICPC氛圍貢獻力量。

3 結語

將ACM/ICPC問題驅動引入《數據結構》課堂教學，將競賽試題在課前分配給學生，要求學習相關章節的知識后，用所學知識解決問題，并通過代碼完成，采用競賽規則評判學生的實驗成績，可有效將所學知識轉化為解決問題的技能，從而提高了學生的算法設計能力和程序編寫能力，為今后《數據結構》課程的教學改革提供參考，推動學校教學改革的進程。

參考文獻

[1] 徐惠紅.《數據結構》教學改革的探索[J].福建電腦，2005（11）：162，146.

[2] 李紅.談高職數據結構課的教學[J].遼寧教育行政學院學院，2008（4）：81-82.

[3] 詹嘉紅，藍宗輝，宋鳳艷.探究式教學法在生物化學實驗教學中的運用[J].實驗室研究與探索，2008（9）：91-93.

[4] 藺永政，朱紅巖.學科競賽促進計算機類創新型人才培養和深化實踐教學改革的探討[J].大學教育，2013（13）：114-115.

[5] 程林輝.《數據結構》課程教學改革探討[J].軟件導刊，2015（5）：176-177.