崔彩霞　菅小艷　龐天杰

摘要：針對地方高校計算機類專業(yè)“算法與數(shù)據(jù)結構”實踐教學的現(xiàn)狀，分析“算法與數(shù)據(jù)結構”實踐教學改革實施的原因，提出適合地方高校計算機類專業(yè)“算法與數(shù)據(jù)結構”實踐教學的改革方案，經(jīng)過這幾年的教改試驗，得出該實踐教改方案的可行性和有效性。

關鍵詞：算法與數(shù)據(jù)結構；實踐教學；課程設計；CDIO

1.地方高校計算機類專業(yè)“算法與數(shù)據(jù)結構”實踐教學現(xiàn)狀和問題分析

通過調查山西省高校（如山西大學、太原理工大學、太原師范學院、山西大同大學等）計算機類專業(yè)“算法與數(shù)據(jù)結構”的教學情況可知，理論課和實驗課的課程比例有以下幾種：3：2，3：1，4：1，個別學校不開實驗課，但大部分學生和老師反映實踐教學沒有達到預期效果，有以下幾點原因：

（1）實驗形式單一，項目陳舊。

（2）實驗成績多以實驗報告為主要內容來確定，導致學生忙于應付實驗報告，未能積極面對實踐環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的問題。

（3）學生對程序設計課程的學習不夠深入，普遍編程能力較差，導致實踐環(huán)節(jié)不能達到預期效果。

（4）學生對數(shù)據(jù)結構在實際問題中的應用缺乏了解，大多數(shù)同學沒有見過具有實際意義的題目，更不知道如何用“算法與數(shù)據(jù)結構”來解決實際問題。

2.地方高校計算機類專業(yè)“算法與數(shù)據(jù)結構”實踐教學的改革方案

針對行業(yè)、企業(yè)對計算機類專業(yè)人才的要求進行了調查。調查顯示，相關企業(yè)人力資源主管較為青睞擁有編程能力、操作系統(tǒng)知識和數(shù)據(jù)庫知識的人才；而項目主管則更青睞編程能力、數(shù)據(jù)結構知識和算法知識3種技能。此外，依次具備數(shù)據(jù)庫知識、軟件工程知識和操作系統(tǒng)知識的人才也是備受市場青睞的主要人才。值得注意的是，畢業(yè)生的實踐經(jīng)驗也是相關企業(yè)招聘員工時要考察的要素之一，一些企業(yè)甚至要求應聘者有項目研發(fā)的相關實踐經(jīng)驗（見表1）。

鑒于以上對計算機類專業(yè)人才的要求，結合“算法和數(shù)據(jù)結構”課程的實踐教學，做出以下的教學改革方案。

2.1實踐教學環(huán)節(jié)改革

多年來，“算法與數(shù)據(jù)結構”課程的實踐教學只是單純的課內實驗，由“線性表的操作”“棧和隊列的操作”“二叉樹的操作”“圖的操作”和“查找、排序的操作”等5個實驗項目，12個課時組成，都屬于驗證性實驗。為了能夠培養(yǎng)出滿足社會需求的計算機人才，筆者進行了幾輪“算法與數(shù)據(jù)結構”實踐教學環(huán)節(jié)改革，摸索出了多層次、多環(huán)節(jié)的實踐教學方案。

“算法與數(shù)據(jù)結構”實踐教學總體分為兩個環(huán)節(jié)：課內實驗環(huán)節(jié)和課程設計環(huán)節(jié)。課內實驗環(huán)節(jié)安排在各章理論課學習完后進行，包含驗證性實驗、綜合性實驗和創(chuàng)新性實驗3個層次。課程設計環(huán)節(jié)專門利用一周時間進行。以上各個環(huán)節(jié)相互銜接、相互滲透。多層次的實踐環(huán)節(jié)能夠提供給學生不同的體驗，激發(fā)學生的興趣，同時，分組課程設計鍛煉了學生團隊合作、分析問題和解決問題的能力，從而加強了學生面對實際問題時實戰(zhàn)能力的培養(yǎng)。

2.2實驗教學內容改革

首先，對“算法與數(shù)據(jù)結構”課程的計劃課時做了調整，理論和實驗比例調整為3：1，隨之，將實驗項目也做了調整。對應于每一部分的理論課程學習內容，線性結構、樹形結構、圖狀結構為驗證性實驗，同時為了讓學生了解對應的應用，設置項目時，答案在教材中，問題在生活中，建立面向問題求解的實踐教學模式，以實際問題求解為最終目標來組織和設計實踐教學內容。例如，在線性表的實驗中，為了驗證線性表的基本操作，提出了一個日常生活中常見的問題——通信錄的各種操作。見到這個題目，第一，學生首先要分析通信錄是否符合線性表的所有特點；第二，學生根據(jù)線性表的基本操作完成通信錄的各種操作；第三，學生不能完全抄襲書上的算法，需要適當?shù)淖兺?。這樣，既驗證了教材中所學的理論和算法，激發(fā)學生的興趣，同時還能了解線性表在實際生活中的應用。

對應于查找、排序這兩部分的內容，設置一些綜合性實驗，例如成績管理系統(tǒng)、家譜管理系統(tǒng)等，旨在全面地應用“算法與數(shù)據(jù)結構”中學到的理論和算法。

最后，為了培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，要求學生根據(jù)所學知識，自己找到感興趣的問題，編寫一個小型的系統(tǒng)，題目自擬。

2.3實驗教學考核改革

以往的實驗成績是5個項目的平均分，而每個項目的成績由出勤和實驗報告組成，沒有體現(xiàn)出學生實驗課上的具體表現(xiàn)，實驗報告也只是把運行代碼抄一遍。鑒于以上原因，對實驗教學的考核進行如下改革：第一，注重實驗過程；第二，實驗報告中要求寫出運行結果與分析。

2.4基于CDIO理念的課程設計

“算法與數(shù)據(jù)結構”的課程設計在課程結束后，專門用一周時間進行，作為一門獨立的實踐課程，占1學分。這一階段主要目標：一是加深學生對算法與數(shù)據(jù)結構的理解，能應用學習過的數(shù)據(jù)結構，根據(jù)實際問題定義數(shù)據(jù)結構，培養(yǎng)學生的應用能力；二是培養(yǎng)學生的實踐能力、團隊合作能力和創(chuàng)新能力。

在“算法與數(shù)據(jù)結構”課程設計教學中，融入CDIO理念。CDIO于2000年由美國麻省理工學院和瑞典皇家工學院等4所大學聯(lián)合提出，是將“做項目中學習”貫穿工程項目構思（Conceive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運轉（Operate）4個生命過程的教育創(chuàng)新模式。它是一種“基于項目的教育和學習”方式，讓學生主動地、實踐地參與到理論到實踐的轉化過程中來，更加重視學生實踐的積極性和主動性，更加注重培養(yǎng)學生的團隊意識和創(chuàng)新能力。

具體實施方案：

第一步，由“算法與數(shù)據(jù)結構”課程組提出一些備選題目，每個備選題目給出基本要求、要實現(xiàn)的基本功能。

第二步，為了全面提升學生的綜合能力，學生首先按照自愿的原則分組，4-5人一組，并選派1人擔任組長，采用組長負責制；組長組織小組成員選題（當然學生也可以自己構思一個項目），討論題目的要求、用到的數(shù)據(jù)結構、需要實現(xiàn)的基本功能、還需拓展的功能，對設計任務進行責任劃分安排，每個成員都有需要自己獨立完成的具體任務，做到每個模塊相對獨立，模塊間相互聯(lián)系，分工合作。小組成員編寫完自己的模塊程序，組長集合大家將各個模塊程序組合在一起，準備接受指導教師的驗收。教師在整個過程中做好監(jiān)督和輔導工作。在這個過程中，學生做到完成了CDIO中的構思、設計和實現(xiàn)。

第三步，項目完成后，課程設計的考核采取小組答辯的形式。指導教師不僅要查看整個項目功能的完整性，對其中的問題提出質疑，還要讓小組成員敘述自己的部分，以防有“渾水摸魚”的學生。

2.5課程后續(xù)實踐環(huán)節(jié)——程序設計競賽

部分學生經(jīng)過“算法與數(shù)據(jù)結構”課程的學習，實驗與課程設計的實踐訓練，已經(jīng)能夠在規(guī)定時間內，在面對實際問題時能夠通過分析問題，建立數(shù)學模型、選擇合適的數(shù)據(jù)結構以及設計具體算法策略，并在計算機上編程實現(xiàn)嘲。為了檢驗學生解決問題能力和編程能力，應鼓勵學生參加各級各類程序設計競賽。2010年至今，太原師范學院計算機科學與技術系經(jīng)過實踐教學改革的學生參加了藍橋杯省賽和全國決賽，分別獲得了一等、二等、三等和優(yōu)秀獎數(shù)十項。

3.結語

經(jīng)過幾輪“算法與數(shù)據(jù)結構”實踐教改的摸索和試驗，實踐環(huán)節(jié)更加多樣化，實驗內容也在不斷地更新和完善。通過這幾輪一系列的實踐教學改革，增加了學生的學習興趣，開拓了學生的視野，培養(yǎng)了學生的應用能力、發(fā)展能力、團隊合作能力和創(chuàng)新能力，積累了學生的實踐經(jīng)驗，同時也為各類與程序設計相關的競賽培養(yǎng)了大量人才。