基于項目引導的《數據結構與算法設計》實驗教學模式改革

李彤巖+張敏+馬文英

摘要：《數據結構》是計算機相關工科專業的重要理論技術課，傳統的教學方法偏重理論教學，教學枯燥且效果不好。本文將CDIO的理念應用到《數據結構與算法設計》這門課程中，將項目和教學結合的思想引入到教學環節和實踐環節中，針對重點章節設計了工程實踐項目，使學生完成項目的同時鞏固對知識點的學習，這樣既鍛煉了學生的動手創新能力，也培養了學生的工程實踐能力。通過教學實踐證明，采用項目結合教學的教學模式能夠有效地調動學生的學習積極性，使得教學取得了較好的效果。

關鍵詞：CDIO；數據結構與算法設計；工程實踐

1. 引言

CDIO是2001年由美國麻省理工學院聯合瑞典的查爾姆斯技術大學、林克平大學以及皇家技術學院等高校，共同開發的一種全新的工程教育理念和實施體系[1，2]。CDIO工程教育模式注重培養學生掌握工程基礎理論知識和專業知識，更重要的是培養學生的工程實踐能力。在該模式培養下，學生能夠得到團隊精神培養和實踐創新能力培養，更進一步地把自己鍛煉成為高水平的工程師。

《數據結構與算法設計》是我校重點參與CDIO改革的一門核心必修課。該課程的抽象性、靈活性較高，其基礎課程是高級程序語言設計，如C語言。而其又是操作系統、軟件工程、數據庫、計算機圖形學等課程的基礎課，所以《數據結構與算法設計》在計算機體系中起到承上啟下的作用。該課程不僅是一般程序設計的基礎，更是實現大型應用程序的重要基礎。學生通過學習該課程，可以提高編程能力以及算法設計的能力。然而在實際教學實驗過程中，反映出來的問題是該課程教授起來的效果不好，學生學習起來難度很大。

因此，本文重點研究在CDIO模式下《數據結構與算法設計》實驗教學的改革方法。通過CDIO理念的灌輸和教學、實驗改革措施的實施，不僅使學生更好的掌握這門重要的學科，而且能夠讓學生對數據結構、編程思想和編程理念產生興趣，培養學生解決實際問題的能力。為以后的工程實踐奠定好的基礎。

2. 實驗教學內容的改革

《數據結構與算法設計》課程抽象性較強，平時的理論知識講授并不能將數據結構的相關算法表述的非常清楚。學生對于概念性的知識感覺已經掌握，一旦遇到實際問題無從下手。所以數據結構課程的實驗環節非常重要。通過實驗的設計和訓練，才能讓學生更好的理解數據結構算法，增加學生的動手能力和程序設計能力。以著重培養實踐型人才為目標，本課程加大了實踐教學部分的比重，并將項目的思想引入到實驗中去。讓學生參與到具體的項目開發，在實踐的過程中完成對理論知識的強化和鞏固，并初步形成團隊意識。下面以“樹”這章為例來說明這種項目引導模式的具體實施過程。

“樹”這章是數據結構核心的一個章節，也是學生接觸到的第一個非線性數據結構。該章節的程序算法設計相比較前幾個章節來說更加抽象難懂，因此原先的教學將本章的重點放在遍歷的幾種算法理論教學中。教學的結果是雖然學生可以掌握該章的理論方法，并能夠熟練完成習題，但是一遇到具體的程序設計就無從下手，而樹型數據結構的工程應用又是最廣泛的。怎么才能將理論和應用充分地結合起來，引起學生學習的興趣呢？本文介紹了一種將項目引入教學的改革方式。在本學院大數據挖掘團隊中，有一個項目是“基于數據挖掘的告警相關性分析”，就是利用數據挖掘的方法來尋找告警之間的關聯，從而查找故障的根源。在運用數據挖掘算法時，主要通過樹形結構來構造頻繁模式樹（見圖1），查找頻繁項的時候需要遍歷頻繁模式樹，從而通過頻繁項來生成關聯規則。學生通過組合團隊來參與此項目的開發。完成項目開發以后，學生不僅能夠熟練的掌握樹型數據結構的構造方法、遍歷方法及相關理論，而且能夠在具體的工程實踐中去解決生活中的問題，可以激發學習的興趣，也能培養學生的團隊協作能力。這樣，這么有難度的一章就輕松的通過完成項目的方式解決了。同樣的可以設計“網絡優化”的項目引入“圖”的實驗中，將“排隊論解決網絡數據包優化傳輸問題”項目引入“線性表，鏈表”的實驗中。

3. 總結

本文介紹了基于CDIO的《數據結構與算法設計》實驗課程改革方法，通過將項目引入課程教學，能夠激發學生和教師的積極性、主動性。通過通信工程試點班級的教學實驗，驗證了以上提出方法的有效性和科學性，今后可以逐步擴大到在所有班級和專業中推廣使用。

4. 致謝

本文由成都信息工程大學《數據結構與算法設計》精品在線課程項目支持。

圖1 根據告警數據構造頻繁模式樹

參考文獻

[1] Berggren K. CDIO： Aninternation alinitiative for reforming engineering education. World Transactions on Engineering and Technology Education， 3（l）， 49-52.

[2] Crawley E. Rethinking Engineering Education： The CDIO Approach. New York： Springer Science Business Media， 2007

[3] 嚴蔚敏， 吳偉民. 數據結構（C語言版） [M]. 北京： 清華大學出版社， 2001

[4] 楊曉光. 數據結構實例教程[M]. 北京： 清華大學出版社&北京交通大學出版社， 2008

[5] 劉麗杰. 《數據結構》課程教學改革研究[J]. 長江大學學報（自然科學版）. 2011， 2（8）：132-134

[6] 馬曉波. 《數據結構》課程教學改革探討[J]. 軟件導刊. 2010， 3（9）： 183-184

作者簡介：李彤巖，女，講師， 2010年畢業于電子科技大學，獲通信與信息系統專業博士學位。現為通信工程學院計算機通信教研室講師。endprint