錢紅兵　唐發(fā)根

摘 要:“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程是高等學(xué)校計(jì)算機(jī)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。本文針對該課程教學(xué)中所面臨的實(shí)際問題,提出了一個(gè)兼顧課堂教學(xué)和課后實(shí)踐的三層教學(xué)體系改革方案,并給出了方案實(shí)施的具體要求、方法和手段。

關(guān)鍵詞:算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);三層教學(xué)體系;課堂授課;課程實(shí)踐;復(fù)習(xí)與評估

中圖分類號:G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

1 教學(xué)體系建設(shè)的意義

“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程是高等學(xué)校計(jì)算機(jī)專業(yè)重要的專業(yè)與專業(yè)基礎(chǔ)課程之一,該課程的目標(biāo)是通過該課程的學(xué)習(xí),使學(xué)生能夠運(yùn)用課程所討論的概念和方法更好地進(jìn)行算法設(shè)計(jì)與算法分析,掌握計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的基本原理和技巧,為進(jìn)一步提高程序設(shè)計(jì)的能力、進(jìn)一步學(xué)習(xí)和掌握計(jì)算機(jī)專業(yè)知識奠定基礎(chǔ)。顯然,這門課教學(xué)效果的好壞將直接影響到學(xué)生能否學(xué)習(xí)和掌握未來計(jì)算機(jī)課程知識及綜合利用計(jì)算機(jī)的能力。然而,由于這門課要求學(xué)生即要有一定的理論基礎(chǔ),如要掌握“程序設(shè)計(jì)語言”和“離散數(shù)學(xué)”的知識,又要有一定的編程能力,能夠通過實(shí)際的高級編程語言實(shí)現(xiàn)具體的算法,因此目前這門課的實(shí)際教學(xué)還面臨著一些問題,一個(gè)是上課學(xué)生的理解能力、業(yè)務(wù)水平及掌握的專業(yè)基礎(chǔ)知識存在差異,如何在教學(xué)上兼顧所有同學(xué),讓每一個(gè)同學(xué)都能理解和掌握所授的知識點(diǎn)是個(gè)問題;二是上課課時(shí)有限,如何在短時(shí)間內(nèi)使學(xué)生能充分理解所授內(nèi)容并將課堂教學(xué)與課后學(xué)習(xí)有機(jī)結(jié)合起來,鞏固和提高教學(xué)效果需要考究;三是這門課的學(xué)生人數(shù)較多,如何保證學(xué)生問題的及時(shí)答疑、學(xué)生課后作業(yè)的及時(shí)評判、檢查和管理也是需要解決的問題。為了更好地提高教學(xué)的效果,達(dá)到教學(xué)目的,充分利用計(jì)算機(jī)普及使用的特點(diǎn),探索新的教學(xué)理念和方法、新的教學(xué)體系是十分重要的。

2 “算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的三層教學(xué)體系

“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”是理論和實(shí)踐相結(jié)合的課程,為此我們應(yīng)建立一個(gè)能解決上述問題的兼顧課堂教學(xué)和課后實(shí)踐的教學(xué)體系,如圖1所示。

(1) 課堂授課

課堂授課是學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握知識的基本途徑,由于這門課的大部分內(nèi)容都與算法相關(guān),講解起來容易使學(xué)生產(chǎn)生枯燥乏味的感覺。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,吸引學(xué)生的注意力,在教學(xué)內(nèi)容的展示上可采用適當(dāng)活潑的方式,充分利用Powerpoint工具提供的多種功能解決所授內(nèi)容的呆板問題,如通過顏色的變換強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)應(yīng)該掌握的內(nèi)容,用圖示的方式甚至一些動(dòng)畫的方式來演示關(guān)鍵算法的解決思路等。在授課內(nèi)容的講解上明確所授知識點(diǎn)能解決什么實(shí)際問題,在授課形式上采用目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的方法,即在講授一個(gè)新知識點(diǎn)之前,先提出實(shí)際的問題,然后讓學(xué)生帶著問題去學(xué)習(xí)新的知識點(diǎn),之后,再提出一些啟發(fā)性的問題,引導(dǎo)學(xué)生積極探索不同知識點(diǎn)之間的關(guān)系,融會(huì)貫通所學(xué)知識。同時(shí),在教學(xué)內(nèi)容安排上適當(dāng)增加習(xí)題課,從實(shí)用性角度激發(fā)學(xué)生的興趣,使學(xué)生深刻體會(huì)學(xué)習(xí)這門課有什么實(shí)際用途,拉近理論與實(shí)際的距離,通過分析實(shí)際的例題使學(xué)生了解面對一個(gè)實(shí)際問題時(shí),如何去分析和解決它。

為了配合課堂的教學(xué)活動(dòng),還要加強(qiáng)教學(xué)的管理工作。針對有些學(xué)生缺乏自我控制能力,對自己學(xué)業(yè)要求不嚴(yán)、沉迷于網(wǎng)游而不愿意上課、對知識缺乏鉆研精神等問題不能放任不管,要加強(qiáng)上課的考勤制度,對多次無故缺課的同學(xué)采取必要的手段(如要經(jīng)過系主管領(lǐng)導(dǎo)的同意才能參加考試等)督促其上課。另外,在介紹完知識點(diǎn)后講解例題之前先讓學(xué)生花幾分鐘時(shí)間思考如何解決這個(gè)問題,并將寫有姓名和班號的答案提交,這樣一方面吸引學(xué)生的注意力,檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的效果,另一方面也從側(cè)面完成了點(diǎn)名考勤制度。

(2) 課后復(fù)習(xí)與評估

由于“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”這門課主要討論抽象數(shù)據(jù)類型和算法的定義、表示和實(shí)現(xiàn),所講授的內(nèi)容具有抽象性、動(dòng)態(tài)性和靈活性的特點(diǎn),在課堂教學(xué)中雖然通過采用圖示的方式甚至一些動(dòng)畫的方式在一定程度上化抽象為直觀,但課堂教學(xué)畢竟時(shí)間有限,很難全面展現(xiàn)所述對象的瞬間動(dòng)態(tài)過程和算法的作用過程,使得學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容不夠深入和扎實(shí),而且學(xué)生在理解所授知識點(diǎn)和真正掌握并靈活運(yùn)用各種算法分析與設(shè)計(jì)的方法和技術(shù)也存在著距離,因此,對于一些學(xué)習(xí)能力不突出的學(xué)生來說,在學(xué)習(xí)這門課程的過程中普遍感覺難度較大。為了幫助學(xué)生更好地理解和掌握教學(xué)內(nèi)容,建立一個(gè)有利于學(xué)生課后復(fù)習(xí)與評估的教學(xué)輔助平臺——核心知識學(xué)習(xí)與動(dòng)態(tài)練習(xí)系統(tǒng)是解決這個(gè)問題的有效途徑,該教學(xué)輔助平臺能對典型算法進(jìn)行網(wǎng)上動(dòng)態(tài)交互式模擬跟蹤,將抽象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)同步可視化,當(dāng)學(xué)生需要復(fù)習(xí)和評估自己對某個(gè)典型算法(如插入排序)的理解時(shí),通過點(diǎn)取輔助平臺中算法的鏈接,一組需求排序的原始序列的數(shù)據(jù)以圖形圖標(biāo)形式顯示在學(xué)生面前,學(xué)生通過拉動(dòng)圖標(biāo)模擬該算法的執(zhí)行過程,最后系統(tǒng)可根據(jù)學(xué)生的操作來判斷正確執(zhí)行的步驟,學(xué)生也可以通過系統(tǒng)給出的標(biāo)準(zhǔn)答案演示來理解該算法的正確執(zhí)行的過程。這樣即能達(dá)到對課堂講解內(nèi)容的補(bǔ)充(作為對老師課堂講解的演示),又能使學(xué)生在課外通過對關(guān)鍵算法如何執(zhí)行反復(fù)觀察、練習(xí)和體會(huì),加深教學(xué)知識點(diǎn)的掌握和融會(huì)貫通。同時(shí),學(xué)生通過算法的模擬練習(xí)和結(jié)果的自動(dòng)評判,對自己掌握知識的程度有一個(gè)清楚地了解。

在課后復(fù)習(xí)與評估教學(xué)輔助平臺建設(shè)的具體實(shí)施中,可按照教學(xué)大綱的知識點(diǎn)要求,設(shè)計(jì)與課程內(nèi)容相一致的輔助核心知識學(xué)習(xí)與算法動(dòng)態(tài)練習(xí)系統(tǒng),采用分階段完成的思路,先選擇簡單的算法進(jìn)行設(shè)計(jì),完成原型的設(shè)計(jì),經(jīng)過評審和實(shí)際的試用,對原型進(jìn)行修改和逐步完善。

(3) 課程實(shí)踐

這門課要求學(xué)生必須掌握高級程序設(shè)計(jì)語言及離散數(shù)學(xué)的相關(guān)知識,通過高級程序設(shè)計(jì)語言將算法的思路描述出來并通過實(shí)際算法的執(zhí)行來檢驗(yàn)算法的正確與否。從實(shí)際的教學(xué)結(jié)果來看,盡管學(xué)生已經(jīng)學(xué)過一些高級程序設(shè)計(jì)語言,但仍不能自如地綜合利用所學(xué)的知識去解決實(shí)際的問題,使用高級語言實(shí)現(xiàn)具體算法設(shè)計(jì)時(shí)仍然不能得心應(yīng)手,這就說明應(yīng)用高級程序設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)要有一定的過程,需要在不斷的學(xué)習(xí)和實(shí)踐過程中鞏固和加強(qiáng),這就要求我們在講授教學(xué)內(nèi)容的同時(shí)加強(qiáng)教學(xué)實(shí)踐工作,讓學(xué)生一方面通過課堂的教學(xué)學(xué)習(xí)新的理論知識和算法設(shè)計(jì)技巧,另一方面通過不斷地完成實(shí)際的課程練習(xí)及綜合作業(yè)來加深對教學(xué)內(nèi)容的理解和掌握,同時(shí)進(jìn)一步提高綜合運(yùn)用知識、解決實(shí)際問題的能力。目前,由于學(xué)生人數(shù)多,布置給學(xué)生的作業(yè)量較大,如果以電子郵件方式或當(dāng)面提交電子版作業(yè),但評判卻由人工完成這種方式了解學(xué)生掌握所學(xué)知識、完成作業(yè)的實(shí)際情況,則效率低而且不易檢查學(xué)生作業(yè)相互拷貝情況(這種現(xiàn)象在本課程學(xué)生中比較普遍),同時(shí)也不好管理。另外,如果學(xué)生答疑仍以傳統(tǒng)方式為主,即在規(guī)定時(shí)間內(nèi)學(xué)生找老師答疑,則答疑的時(shí)間和地點(diǎn)都要受到限制。而且學(xué)生在上機(jī)編寫程序時(shí)通常會(huì)遇到許多問題,需要老師解答,在規(guī)定的上機(jī)時(shí)間內(nèi)這不是問題。但學(xué)生往往是在非規(guī)定的上機(jī)時(shí)間(因?yàn)橐?guī)定上機(jī)時(shí)間對完成上機(jī)作業(yè)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的)完成作業(yè)的,此時(shí),學(xué)生最希望問題能得到及時(shí)解答,如果學(xué)生的問題不能及時(shí)解決,勢必影響到學(xué)習(xí)的熱情和對知識的理解和掌握。顯然傳統(tǒng)的答疑方式解決不了這個(gè)問題。而且算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門課的考試以筆試為主,對學(xué)生的實(shí)際程序設(shè)計(jì)能力缺乏考察。這類問題是多數(shù)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)過程中遇到的普遍問題。因此,為了加強(qiáng)這門課程的教學(xué)實(shí)踐和管理,需要建立一個(gè)提高教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)作業(yè)管理輔助教學(xué)平臺,該平臺具有以下功能:

(1) 支持網(wǎng)上信息瀏覽、網(wǎng)上作業(yè)布置、提交及評判、網(wǎng)上答疑等整個(gè)教學(xué)互動(dòng)活動(dòng)。

(2) 作業(yè)的設(shè)計(jì)與教學(xué)內(nèi)容相一致,每個(gè)章節(jié)由多個(gè)作業(yè)組成,作業(yè)內(nèi)容按難易程度分為選擇題、填空題、簡答題和編程題來設(shè)計(jì),另外,還設(shè)計(jì)了綜合實(shí)驗(yàn)大作業(yè)來鍛煉學(xué)生的知識綜合運(yùn)用能力。老師通過此平臺可按教學(xué)要求選擇不同類型的作業(yè)定時(shí)在網(wǎng)上發(fā)布和關(guān)閉,學(xué)生只能在提交作業(yè)的有效期內(nèi)完成并提交作業(yè),這樣也可督促學(xué)生及時(shí)完成作業(yè)。

(3) 為了充分利用選用的輔助教學(xué)平臺工具可以自動(dòng)評判某類(選擇題、編程題)作業(yè)的功能,設(shè)計(jì)符合要求的作業(yè)形式,以達(dá)到最大程度的作業(yè)自動(dòng)評判,減少老師評判作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度。

(4) 利用輔助教學(xué)平臺的網(wǎng)上答疑和互動(dòng)功能,不僅學(xué)生的學(xué)習(xí)問題能夠及時(shí)得到解答,而且也鼓勵(lì)學(xué)生之間對問題的討論,對積極參與的同學(xué)給予一定的獎(jiǎng)勵(lì),提高同學(xué)的參與興趣。

3 結(jié)論

隨著Internet網(wǎng)絡(luò)及計(jì)算機(jī)的普及,使得信息可以隨時(shí)、隨處可得,這要求教學(xué)手段及方法也應(yīng)更新,我們采用算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的三層教學(xué)體系,在繼承原有教學(xué)體系中關(guān)注課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上,加強(qiáng)課程的課后復(fù)習(xí)及教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié),可以使算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門課的教學(xué)更加系統(tǒng)和全面,更加適應(yīng)現(xiàn)代教學(xué)的特點(diǎn)及教學(xué)改革時(shí)代的潮流,對提高教學(xué)的質(zhì)量、效果和效率無疑是非常必要的。

目前,在國外大學(xué)課程教學(xué)過程中,基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),利用音頻、視頻甚至虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)普遍,也是發(fā)展趨勢。國內(nèi)許多高校如清華大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)等都開展了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法課程教學(xué)輔助平臺的研究和實(shí)踐工作,國外也開展了有關(guān)的研究和實(shí)踐工作,如芬蘭赫爾辛基技術(shù)大學(xué)就提供有專門的針對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程練習(xí)的輔助教學(xué)網(wǎng)。這些研究的成果也給我們實(shí)施算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門課的改革提供了參考和依據(jù)。

我們的教學(xué)工作正按照所提出的三層教學(xué)體系不斷的建設(shè)和完善,作業(yè)管理輔助教學(xué)平臺已經(jīng)投入使用,支持課后復(fù)習(xí)與評估的教學(xué)輔助平臺正在建設(shè)之中,相信“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”這門課的教學(xué)質(zhì)量和效果在我們不斷的教學(xué)改革中會(huì)越來越好。

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