以創(chuàng)新能力為導(dǎo)向的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”實踐教學(xué)體系建設(shè)

向志華　賴小平

摘? ?要：文章結(jié)合應(yīng)用型本科學(xué)生的學(xué)習(xí)特點、現(xiàn)狀及計算機(jī)行業(yè)的人才需求，按照教學(xué)難度遞增，層次化設(shè)計實踐內(nèi)容，改善實踐教學(xué)方法和評價機(jī)制，建立以教師為主線，以學(xué)生對象為主體的實踐課程教學(xué)體系，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生創(chuàng)新能力，為國家培養(yǎng)創(chuàng)新型計算機(jī)專業(yè)人才。

關(guān)鍵詞：“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”;實踐教學(xué);人才培養(yǎng);創(chuàng)新

1? ? “數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”實踐教學(xué)體系建設(shè)的意義

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”課程作為一門計算機(jī)專業(yè)的核心課程，對培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力、算法設(shè)計能力和創(chuàng)新能力有非常重要的意義[1-2]。學(xué)生通過課堂知識點學(xué)習(xí)、上機(jī)編程和調(diào)試算法，掌握算法的設(shè)計思路，進(jìn)一步提高算法分析和設(shè)計水平。為了培養(yǎng)學(xué)生的程序開發(fā)和創(chuàng)新能力，必須對已有的教學(xué)模式進(jìn)行改革，構(gòu)建符合應(yīng)用型本科院校創(chuàng)新人才培養(yǎng)需求的實踐教學(xué)體系，從而提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和實踐創(chuàng)新能力[3]。

2? ? 實踐教學(xué)現(xiàn)狀分析

在該課程的學(xué)習(xí)過程中，需要將以往高級語言程序設(shè)計的編程基礎(chǔ)融入數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計中。雖然在教學(xué)過程中理論、實踐教學(xué)同步進(jìn)行，但現(xiàn)有的實踐教學(xué)體系教學(xué)效果并不理想，主要存在以下問題。

2.1? 理論教學(xué)和實踐教學(xué)脫節(jié)，對實踐課堂不夠重視

課程內(nèi)容的抽象性和邏輯性很強(qiáng)，有些學(xué)生在學(xué)習(xí)中會因為理論跟實踐銜接得不夠緊密，無法將所學(xué)算法編碼調(diào)試出來，從而喪失學(xué)習(xí)積極性。

學(xué)生程序設(shè)計基礎(chǔ)薄弱，缺乏計算思維能力，對課堂實訓(xùn)重視度不夠，達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)效果。

2.2? 參加競賽或考試通過率低

學(xué)生對程序員考試、軟件設(shè)計師以及各類程序設(shè)計競賽等各類題型掌握得不夠深入，導(dǎo)致參加各類考證的通過率低、參加競賽的獲獎率及獲獎等級不高。

3? ? 實踐教學(xué)體系建設(shè)方案

3.1? 制定實踐教學(xué)大綱

以學(xué)生的創(chuàng)新能力為培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合應(yīng)用型本科學(xué)生特點，秉承“重實踐、強(qiáng)能力”的理念，對珠三角軟件行業(yè)的發(fā)展進(jìn)行調(diào)研，對“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”課程在工作崗位中的應(yīng)用情況進(jìn)行分析，結(jié)合職業(yè)考證要求，制定并修改教學(xué)大綱。

3.2? 合理設(shè)計實踐教學(xué)內(nèi)容

實踐教學(xué)內(nèi)容要加強(qiáng)注重知識點之間的聯(lián)系，按照“讀，仿，改，創(chuàng)”的模式組織教學(xué)內(nèi)容[4]，合理設(shè)計難度呈階梯式的微項目實踐，主要有以下3種方式：驗證型實踐、設(shè)計型實踐及綜合應(yīng)用型實踐[5]。

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”實踐教學(xué)中，驗證型和設(shè)計型實踐主要以個人實踐為主，綜合應(yīng)用型實踐以團(tuán)隊實踐為主，主要注重學(xué)生團(tuán)隊精神、創(chuàng)新實踐能力。在大部分的應(yīng)用型本科院校，學(xué)生編程基礎(chǔ)各不相同，上機(jī)時間也有限，所以將實踐教學(xué)設(shè)計按難度分階段、分層次的階梯式微項目。對于一些復(fù)雜的綜合應(yīng)用型實踐，若課內(nèi)時間難以完成，學(xué)生可以利用課外時間自主學(xué)習(xí)。各階段實踐教學(xué)內(nèi)容安排如表1所示。

3.2.1? 驗證型實踐

驗證型實踐微項目主要來源于教材中的基礎(chǔ)算法設(shè)計，實現(xiàn)對所學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本算法的驗證。在學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識后，將抽象算法的執(zhí)行過程進(jìn)行演示，并將相關(guān)內(nèi)容以作業(yè)的形式布置給學(xué)生。學(xué)生在上機(jī)過程中參考老師的算法和代碼編程進(jìn)行驗證，如線性表、棧、隊列、數(shù)組、樹、圖這些抽象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造、查找、插入、刪除算法等，通過對算法過程的演示讓學(xué)生對算法有感性認(rèn)識，在低難度的情況下能夠自主動手，從而快速掌握知識點。

3.2.2? 設(shè)計型實踐

設(shè)計型實踐微項目難度中等，綜合了課程內(nèi)容的多個知識點。在課程學(xué)習(xí)的中期，加入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)容中較為經(jīng)典的算法設(shè)計。教師通過實踐引導(dǎo)和啟發(fā)，讓學(xué)生自主思考設(shè)計算法，在上機(jī)過程中加深對不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的理解，并靈活掌握算法中數(shù)據(jù)的組織、加工、處理方式。

3.2.3? 綜合應(yīng)用型實踐

綜合應(yīng)用型實踐微項目一般在課程后期進(jìn)行，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，充分利用學(xué)校內(nèi)外各項教學(xué)資源開展實施。綜合應(yīng)用型實踐項目具有創(chuàng)新性，對學(xué)生的設(shè)計和創(chuàng)新能力提出了更高的要求，同時也為學(xué)生提供了更加自主的平臺。綜合應(yīng)用型實踐教學(xué)內(nèi)容的來源主要有兩個：

（1）來自學(xué)科競賽中經(jīng)過簡化的問題，如“藍(lán)橋杯”大賽、ACM程序設(shè)計競賽、團(tuán)體程序設(shè)計天梯賽等，大賽的歷屆題庫為綜合應(yīng)用型實踐教學(xué)提供了豐富的資源。

（2）來自實用軟件開發(fā)項目、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、科研項目等，主要來自實際的校園和社會需求，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)模型建立、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計和算法最終實現(xiàn)的能力。

3.3? 教學(xué)方法的選擇

使用靈活多樣的教學(xué)方法，能讓學(xué)生更好地掌握課程知識點、開拓思維、延伸和擴(kuò)展知識面。同時，在實踐教學(xué)中，還要充分利用已有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)，搭建實踐教學(xué)平臺，方便學(xué)生更好地完成各階段實訓(xùn)內(nèi)容。

驗證型實踐教學(xué)方法以算法動畫演示和圖示及文字講解為主，引導(dǎo)學(xué)生分析、模仿算法。

設(shè)計型實踐通過對實踐內(nèi)容進(jìn)行指導(dǎo)和啟發(fā)，讓學(xué)生自己實現(xiàn)編程，使其加深對該種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計、存儲及算法的理解。

綜合應(yīng)用型實踐，采用項目式的教學(xué)模式組織課堂教學(xué)，按照軟件工程的指導(dǎo)思想，讓學(xué)生自主組隊實訓(xùn)。組內(nèi)成員一起展開討論，選出項目負(fù)責(zé)人，并進(jìn)行需求分析，確定實施步驟并明確各成員的角色和任務(wù)。通過項目式的團(tuán)隊工作，使學(xué)生逐步了解團(tuán)隊溝通和協(xié)作的方式，熟悉大型項目開發(fā)的流程[6]。教師可以根據(jù)學(xué)生的完成情況，從中選拔優(yōu)秀學(xué)生參加不同級別的競賽。實踐教學(xué)內(nèi)容及方法分層如圖1所示。

3.4? 建立合理的考核評價機(jī)制

在實踐課程考核中，各部分實踐內(nèi)容所占的比重如下：驗證型實踐項目（50%），設(shè)計型實踐（30%），綜合設(shè)計型實踐（20%）。教師須建立合理的考核標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)項目完成情況對驗證型實踐、設(shè)計型實踐進(jìn)行評價。綜合設(shè)計型項目以分組形式進(jìn)行，結(jié)合項目文檔資料以及可執(zhí)行程序，并參考分工及工作量進(jìn)行考核評價。

4? ? 結(jié)語

文章以應(yīng)用型本科院校的辦學(xué)宗旨和特色為基礎(chǔ)，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力為目標(biāo)，構(gòu)建教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的課程實踐教學(xué)體系，在不同階段利用不同的教學(xué)手段和方法，實施難度不同的實踐教學(xué)活動。教學(xué)方式由教師單一的指導(dǎo)驗證轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生積極主動的多形式、創(chuàng)新性學(xué)習(xí)，有效地活躍創(chuàng)新思維，提高創(chuàng)新能力。

[參考文獻(xiàn)]

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[3]吳長偉，鄭曉霞，鄧紅，等.應(yīng)用型本科數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程多維度實踐教學(xué)體系改革[J].中國冶金教，2015（4）：63-66.

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[5]鄭明輝，胡濤，周慧華.以項目+競賽模式引領(lǐng)計算機(jī)專業(yè)創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)[J].計算機(jī)教育，2014（8）：47-51.

[6]文俊浩，徐玲，熊慶宇，等.漸進(jìn)性階梯式工程實踐教學(xué)體系的構(gòu)造[J].高等工程教育研究，2014（1）：161-163.

Abstract：This paper combining with the learning characteristics， current situation of application-oriented students and the demand for talents in the computer industry， according to the increasing difficulty of teaching， rationally design hierarchical practical content，and improve practical teaching methods and evaluation mechanism， so to establish a practical teaching system with teachers as the main line and students as the main body， then stimulate students learning interest， improve students innovative ability， and train innovative computer professionals for the country.

Key words：“Data Structure and Algorithm”; practical teaching; talent training; innovation