劉喜勛　姜慶偉　戚　娜　夏東盛

工作坊+任務(wù)驅(qū)動的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程教學改革及實踐探索

劉喜勛姜慶偉戚娜夏東盛

為了解決傳統(tǒng)教學過程中面臨的一系列問題，本文通過把工作坊+任務(wù)驅(qū)動教學模式引入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程教學改革，通過陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院軟件技術(shù)專業(yè)三年的教學實踐，形成了“一個項目貫穿、兩重身份交替”的運行機制，實現(xiàn)了知識傳授、學生實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

工作坊+任務(wù)驅(qū)動 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法 改革與實踐

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程是計算機專業(yè)課程改革和資源建設(shè)核心課程之一。在該課程中介紹的各類數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲方式及相關(guān)的算法是程序設(shè)計的基礎(chǔ)。［1］在教學過程中，如何培養(yǎng)學生的數(shù)據(jù)抽象、設(shè)計算法和開發(fā)軟件的能力？如何培養(yǎng)學生在學習這門課程之后，應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識，解決軟件工程的相關(guān)問題？如何培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力？為了讓這些問題得到解決，我們把工作坊+任務(wù)驅(qū)動教學模式引入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法教學實踐中。

工作坊+任務(wù)驅(qū)動概述

1.工作坊定義

工作坊（workshop）一詞，最早出現(xiàn)在教育與心理學的研究領(lǐng)域之中。上世紀60年代美國的勞倫斯·哈普林（Lawence Harplin）成功地將工作坊的理念引用到都市建設(shè)計劃討論之中，使不同立場、不同階層、不同族群的人們，可以在一起思考、共同探討、相互交流。在討論都市建設(shè)計劃或是社區(qū)環(huán)境議題時，成為一種鼓勵大家參與、實現(xiàn)創(chuàng)新以及找出解決問題對策的有效方法。［2］

2.任務(wù)驅(qū)動

任務(wù)驅(qū)動即任務(wù)驅(qū)動教學法的簡稱。任務(wù)驅(qū)動教學法是一種建立在建構(gòu)主義學習理論基礎(chǔ)上的教學方法，［3］適用于高職教育中，學生通過實際操作才能掌握的知識和技能，對計算機類專業(yè)，學習軟件開發(fā)所需知識和技能尤其適用。任務(wù)驅(qū)動教學法強調(diào)學生的學習活動與具體任務(wù)或問題相結(jié)合，讓學生帶著真實的任務(wù)去學習，以探索解決問題的方法，［4］即學生在完成任務(wù)的過程中，明確學習目標，教師在引導學生完成任務(wù)中，傳授知識。老師教的知識和實際問題結(jié)合越緊密，學生的學習興趣越高，傳授的知識更容易被接受。

3.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程工作坊+任務(wù)驅(qū)動教學模式的特點

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程工作坊+任務(wù)驅(qū)動教學模式，是以工作坊的輕松氛圍，任務(wù)驅(qū)動教學模式完成教學和學習任務(wù)的。通過活動、討論、互動、短講等多種方式，共同探討某個主題，完成理論知識儲備，圍繞任務(wù)展開教學。鼓勵學生從不同的角度去考慮和解決問題。［5］數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)工作坊+任務(wù)驅(qū)動教學模式形成了“一個項目貫穿、兩重身份交替”的運行機制，目前在高職教學中，工作坊+任務(wù)驅(qū)動教學模式已成為越來越流行的一種教學模式。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法教學面臨的問題

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程，在我院經(jīng)過三十年的教學方法積淀，通過主講教師的說課環(huán)節(jié)，學生能夠充分認識到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程的重要性。經(jīng)過老師的認真?zhèn)湔n，做好教學設(shè)計，課堂認真授課，學生如果能夠認真聽講，課后復習，學生就能夠掌握課程的相關(guān)理論，聽懂常用算法。但是遇到上機實現(xiàn)和實際項目就會出問題。

1.理論性強，知識點多

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法涉及線性表、樹、圖等復雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在算法實現(xiàn)和時空分析時，必須掌握至少一門程序設(shè)計語言，具備一定的高等數(shù)學、離散數(shù)學、概率論的理論基礎(chǔ)，但是，在現(xiàn)行的高職課程體系中，由于學制的原因，有些課程沒有開設(shè)，有些課程課時數(shù)少。這就導致學生雖然認識了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非常重要，但在學習該課程時，因知識積累不夠，會覺得內(nèi)容抽象，理解起來比較困難，學起來也比較吃力，嚴重影響到學生的學習熱情和學習效果。

2.經(jīng)典算法多，實際案例少

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程中，涉及將近100個經(jīng)典算法，雖然熟練掌握這些算法，對于廣大同學將來的職業(yè)生涯至關(guān)重要，但是由于課程中實際應(yīng)用案例少，產(chǎn)生數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用不到的錯覺，導致老師上課講得津津有味，學生聽得昏昏欲睡，上課聽算法，上機驗證算法，進而導致學生降低對該課程的重視，以至于失去學習的積極性。

3.喜歡靜聽，不愿動手

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程，經(jīng)過老師認真?zhèn)湔n，精心準備，借助現(xiàn)代化教學手段，使學生喜歡數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法這門課程，但是，學生只喜歡靜聽，不愿動手或難動手。因為現(xiàn)行教材中沒有現(xiàn)成的源程序，要上機實現(xiàn)，需要完成數(shù)據(jù)類型的定義、規(guī)劃接口（參數(shù)傳遞）、將類C或其他偽碼描述的算法在特定編譯環(huán)境編程實現(xiàn)。由于課程內(nèi)容的相關(guān)性和實驗內(nèi)容的相互依賴，如果因個體的原因，使前面安排的實驗沒有按時完成，則容易造成后續(xù)實訓無法完成。

4.只傳輸知識，不培養(yǎng)技能

在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程教學過程中，把課程當作純理論課上，多數(shù)教師采用課堂講授+上機驗證的教學方式，即教師在課堂唱獨角戲、學生被動不參與，雖然在短時間內(nèi)灌輸了大量的知識，但是無法完成實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。學生學習完課程，只是完成知識的簡單記憶，不能達到對各類算法的靈活應(yīng)用和創(chuàng)新，這樣的教學方法，學生學習沒有積極性、主動性，更難培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性，使學生失去成為高素質(zhì)創(chuàng)新人才的良機。

工作坊+任務(wù)驅(qū)動教學模式

1.任務(wù)的設(shè)計

工作坊+任務(wù)驅(qū)動教學模式的特點之一就是圍繞工作任務(wù)展開教學。因此任務(wù)的設(shè)計是關(guān)鍵，目標：不僅使學生掌握知識，而且可以充分調(diào)動學生的創(chuàng)造性思維；來源：任務(wù)可以來源于企業(yè)的實際項目，也可以由有經(jīng)驗的老師完成設(shè)計；要求：需要把課程內(nèi)容巧妙地隱藏在每個項目中，通過完成項目，掌握課程內(nèi)容。根據(jù)課程教學計劃，任務(wù)提前布置給學生，學生可以查閱資料，做好完成項目需要的準備工作，鼓勵學生從不同的角度去考慮和解決問題?？刹捎靡粋€項目組一個綜合案例，如：學生信息管理系統(tǒng)、圖書信息管理系統(tǒng)、校園導航系統(tǒng)等。

2.教學過程

教學過程貫穿于整個項目開發(fā)流程，項目一般設(shè)計過程包括項目的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計和模塊設(shè)計、編程和調(diào)試、程序聯(lián)調(diào)和測試等一系列操作。項目實施的每一個環(huán)節(jié)，都是教學環(huán)節(jié)，因項目來源不同、教學目標不同、涉及的內(nèi)容不同，在實施過程中會有不同的議題發(fā)生，老師需要隨機應(yīng)變，變更操作的方法。但是，基本的方式和步驟是不變的，有以下五個環(huán)節(jié)。

（1）項目資訊的分享

因為，任務(wù)提前布置給學生，學生通過網(wǎng)絡(luò)、圖書館查閱資料，已獲得了一些有關(guān)項目的資訊。所以，工作坊第一個實施的步驟，就是項目組成員圍坐在一起，以一種輕松的氛圍，共同分享每個個體掌握的基本資訊。因個體的差別，資訊獲取的能力和途徑會有差異，通過這樣分享的過程，讓項目組成員能夠在平等的立場下共同討論某一議題、交換意見、發(fā)表自己的思考成果，從而達到在短時間掌握基礎(chǔ)知識的目的。在此過程中，指導教師一定要參與，合理補充項目組成員需要掌握但未掌握的資訊。如：學生信息管理系統(tǒng)、圖書信息管理系統(tǒng)，首先分析討論它們的共性，確認學生信息表、圖書信息表的邏輯結(jié)構(gòu)是線性表。為了研究這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中元素間的關(guān)系，我們可以忽略記錄中的具體內(nèi)容，而只將它看作結(jié)構(gòu)中的一個元素。一般情況下，一個線性表是由n個元素組成的有限序列，可記作：

L=（a0，a1，…an-1）

其中，每個ai都是線性表L的數(shù)據(jù)元素。數(shù)據(jù)元素可以是不同的數(shù)據(jù)類型。例如：整型、實型、字符、結(jié)構(gòu)體（記錄）等，但同一線性表中的元素必須具有相同的數(shù)據(jù)類型。

（2）項目組方案設(shè)計

第二階段在小組范圍內(nèi)每個成員發(fā)表自己的意見和看法，提出自己的問題，共同研究方案，在未形成共識前，老師適當點撥，確定解決方案。如：學生信息管理系統(tǒng)、圖書信息管理系統(tǒng)設(shè)計時，學生提出在該程序中涉及哪些數(shù)據(jù)？這些數(shù)據(jù)應(yīng)該以何種方式存儲到計算機中？對于線性表應(yīng)采取什么存儲方式等問題。討論之后形成共識，線性表一般有順序存儲結(jié)構(gòu)與鏈式存儲結(jié)構(gòu)兩種存儲方式，按順序存儲結(jié)構(gòu)建立起來的線性表稱為順序表，按鏈式存儲結(jié)構(gòu)建立起來的線性表稱為線性鏈表。

（3）系統(tǒng)概要設(shè)計

第三階段就是項目各小組之間交流。比第二階段的范圍更大，層次更高，發(fā)表之前各小組共同討論出來的成果。在老師的指導下，通過和其他小組互相交流，各小組闡述自己的立場觀點。通過這次溝通協(xié)調(diào)的機會，共同得出最終的解決方案，為下一階段奠定基礎(chǔ)。

（4）詳細設(shè)計，實施編碼，系統(tǒng)測試

詳細設(shè)計，實施編碼，系統(tǒng)測試，是整個過程最重要的內(nèi)容。根據(jù)小組討論的結(jié)果，每個小組完成了統(tǒng)一的概要設(shè)計。軟件系統(tǒng)的詳細設(shè)計要求每個學生獨立完成。在詳細設(shè)計中，主要用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法，用圖形工具業(yè)務(wù)流圖、程序流程圖、PAD圖、NS流程圖，描述實現(xiàn)具體模塊所涉及到的主要算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、調(diào)用關(guān)系。一定要引導學生，使詳細設(shè)計應(yīng)當足夠詳細，對整個系統(tǒng)各個層次中的每一個程序（每個模塊或子程序）的細節(jié)都要涉及到，應(yīng)當保證軟件能夠完成所有需求，達到能夠根據(jù)詳細設(shè)計報告方便地進行編碼和測試。在進入軟件編碼階段，根據(jù)《軟件系統(tǒng)詳細設(shè)計報告》中對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法分析和模塊實現(xiàn)等方面的設(shè)計要求，選用自己熟悉的C語言，實施編碼工作，實現(xiàn)各模塊的具體功能，從而實現(xiàn)目標系統(tǒng)的功能。還需要進行接口定義、用戶界面設(shè)計等方面的工作。系統(tǒng)測試，即鑒定系統(tǒng)的正確性、完整性、安全性和質(zhì)量的過程。要求在規(guī)定的條件下對程序進行操作，以發(fā)現(xiàn)程序錯誤，衡量軟件質(zhì)量，如：計算精度是否滿足要求？用戶使用是否方便？實際輸出與預(yù)期輸出是否一致？

（5）項目驗收，實習總結(jié)

最后的項目驗收，要求學生按照時間節(jié)點，提供完整的資料，如在學生信息管理系統(tǒng)完成后，要求每個項目組上繳完成完整系統(tǒng)代碼、《學生信息管理系統(tǒng)用戶安裝手冊》《學生信息管理系統(tǒng)用戶使用指南》、學生信息管理系統(tǒng)需求報告、學生信息管理系統(tǒng)設(shè)計報告、學生信息管理系統(tǒng)測試報告、學生信息管理系統(tǒng)項目設(shè)計總結(jié)等資料。通過撰寫項目設(shè)計總結(jié)，學生可以把整個項目實施過程中，如討論、編制程序、調(diào)試程序等每個環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的問題、具體解決途徑和辦法、心得和感悟進行認真總結(jié)并記錄到項目設(shè)計總結(jié)中，完成職業(yè)生涯的積累。

結(jié)論

通過多年教學實踐，工作坊+任務(wù)驅(qū)動的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程教學改革在我院成果已顯現(xiàn)。近三年，學生在工作坊完成企業(yè)項目20余項、科技創(chuàng)新項目30余項，在全國、全省職業(yè)院校大學生技能競賽中獲得國家級獎項60余項。通過課改，調(diào)動了學生積極性、主動性。通過完成企業(yè)項目，較好地培養(yǎng)了學生的責任感、自信心、職業(yè)品格。實踐證明，工作坊+任務(wù)驅(qū)動的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法教學模式，對培養(yǎng)實踐能力和創(chuàng)新能力非常有效。

［1］劉喜勛：《基于多態(tài)和模板的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法設(shè)計》，《陜西科技大學學報》2004年第4期，第108-110頁。

［2］左靖、董冰峰：《工作坊》，新星出版社，2010，4。

［3］余文森、吳剛平、劉良華：《解讀教與學的意義》，華東師范大學出版社，2005。

［4］李霞林：《任務(wù)驅(qū)動式教學法在Access數(shù)據(jù)庫教學中的應(yīng)用》，《計算機教育》2006年第11期，第30-32頁。

［5］崔學榮、李娟、吳春雷：《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程教學現(xiàn)狀分析》，《課程教育研究》2015年第1期，第150-151頁。

作者單位：陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院陜西咸陽