新時期普通高校算法與數據結構課程教學靈魂理念

楊海峰 蔡江輝 趙旭俊 張素蘭 王建麗

摘 ?要：算法與數據結構課程是計算機類專業重要的專業基礎課，針對學生學習積極性不高、對知識掌握深度不夠等問題，文章提出新時期貫穿教學過程的靈魂理念：選擇與設計，并對該教學理念在邏輯結構、存儲結構、算法設計以及實驗設計等環節的實施進行了闡述，該教學理念旨在訓練學生更深入透徹地掌握該課程的知識體系，強化學以致用，在實踐教學中取得較好的成效。

關鍵詞：選擇;設計;算法與數據結構;教學設計;教學改革

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）29-0108-04

Abstract： Algorithm and Data Structure is an important professional basic course for computer majors. Aiming at the problems of students' low enthusiasm for learning and insufficient depth of knowledge， the soul idea of teaching & learning in the new era selection and design is proposed and analyzed in this paper. This soul idea is elaborated on the implementation of logical structure， storage structure， algorithm design and experimental design. This soul idea aims to train students to master the knowledge system of the course more thoroughly and strengthen their applications. And it achieved good results in the practical teaching.

Keywords： selection; design; algorithm and data structure; teaching design; teaching reform

一、新時期課程教學面臨的主要問題

算法與數據結構課程是計算機類專業重要的專業基礎課，也是大部分工科類學科的考研課程，一直以來都受到師生的廣泛重視。然而，新時期新的要求，教學模式的改革、轉型過程中，其教與學面臨著很多問題。

（一）理論知識理解與實踐深度不夠

傳統的教學模式以及考研的重要性，尤其是對一些普通高校學生來說，考研是較好的出路，導致在該課程教學中很多師生側重于應試，因此學生對理論知識的理解以及應用的深度往往不夠，未能較好地建立課程的知識體系[1-3]，而新時期學生質量的評價標準正在發生重大變革，卷面成績的比重正在逐步降低。因此，我們的教學目標理應更側重應用能力的培養。

（二）大數據時代學習觀念的轉變

人類進入大數據時代以來，傳統的工作、學習、生活習慣都遭遇了巨大沖擊，這也是我們面臨的重大機遇與挑戰。面對豐富多樣、格式迥異的各類學習資源，如何引導學生甄別、選擇合適自己的材料，培養新時期高效的學習習慣，是我們面臨的關鍵問題之一[4-5]。

（三）科研能力培養與課程思政要求

近年來本科生畢業后升學深造的比例逐年上升，美國工程教育認證畢業要求也把科研能力的培養作為重要評價指標點之一[6]。

2020年3月，教育部下發了《高等學校課程思政建設指導綱要》，明確指出了各學科課程思政建設的目標要求和內容重點、提出要科學設計課程思政教學體系、結合專業特點分類推進課程思政建設[7-8]。

因此，在本科教學階段，初步培養學生科學研究習慣與能力，并在教學過程中貫穿思政思想是趨勢和要求。

（四）課堂課時在壓縮

在近兩輪的培養方案修訂中，一個明顯的變化是課時在壓縮，要求把時間歸還給學生實踐環節。算法與數據結構課程學時也由原來的64課時壓縮為56課時（其中包括8課時的課內實驗），再加為期一周的課程設計實踐環節。而新工科時期，原知識體系、前沿資料、思政要求等教學內容未曾減少，反而有所增加，要求我們改變傳統的教學模式和習慣，引入行之有效的教學方法和理念[9-10]。

在算法與數據結構課程知識體系中，需要融會貫通，深入理解其內涵，每個知識點、每個教與學環節，都深刻反映著選擇與設計，對成熟的進行選擇，不成熟的改進設計，這樣才能面向實際應用，加深對知識的掌握。因此，針對前文面臨的問題，本文提出新時期以強化“選擇-設計”為靈魂的教/學新理念，強化學生為中心，學以致用。

二、貫穿整個課程教學的靈魂理念

算法與數據結構課程知識體系存在2條線索：

一是按邏輯結構：線性結構->樹形結構->圖形結構的順序循序漸進、由易到難，側重知識細節，局部掌握，目前該課程的教與學大多按這種模式。

二是按解決實際問題的過程：邏輯結構->存儲結構->算法設計->實驗設計的順序，側重知識體系的全局掌握，是對局部知識的深入掌握。

在以上知識體系的線索中，存在貫穿整個教學過程中的環節：選擇與設計（如圖1所示），結合其前置環節的評價。本節按第2條線索的順序依次進行闡述。

（一）邏輯結構選擇與設計

邏輯結構反映數據與數據之間的關聯關系，數據結構基本邏輯結構有線性結構、樹形結構、圖形結構和集合四種。而實際問題中數據之間的關系往往比較復雜，因此，教/學中需要通過分析、凝練、抽象等過程，來選擇設計合適的邏輯結構。在教/學設計中，該過程大體分為以下幾個環節（如圖2所示）：