程 輝，王正山，李元金

作為應(yīng)用型本科院校，人才培養(yǎng)目標是培養(yǎng)為地方經(jīng)濟和社會發(fā)展服務(wù)的應(yīng)用型人才[1]。計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)目標已不再是理論性的研究型人才，而是掌握計算機科學(xué)的基本思維方法和基本研究方法，具備對計算機系統(tǒng)的認知能力和實踐能力，以及將基礎(chǔ)知識與科學(xué)方法應(yīng)用于系統(tǒng)開發(fā)能力的高素質(zhì)應(yīng)用型專門人才。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課[2]，培養(yǎng)學(xué)生問題建模能力，算法設(shè)計能力，算法分析能力，算法實現(xiàn)能力，為學(xué)習(xí)后續(xù)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計、操作系統(tǒng)、編譯原理、軟件工程和算法設(shè)計與分析等課程奠定堅實的基礎(chǔ)，在專業(yè)課程體系中具有承前啟后的作用，同時對應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)具有關(guān)鍵性作用。在實際教學(xué)過程中，難教難學(xué)成為多數(shù)師生的心聲，教學(xué)效果并不理想，很難培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力。為了改變這一教學(xué)現(xiàn)狀，許多教學(xué)工作者針對該課程教學(xué)模式和課程內(nèi)容組織等方面提出了一系列的改革措施，并取得一定的教學(xué)效果[3-5]。由于院校和學(xué)生層次差異的存在，因此，在借鑒他人教學(xué)經(jīng)驗的同時，針對本校教學(xué)現(xiàn)狀開展必要的課程教學(xué)改革才能有助于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

1 教學(xué)現(xiàn)狀及分析

由于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在課程體系和考研科目中的重要性，學(xué)生會認真對待本課程，也愿意花時間和精力來學(xué)好本課程。但在實際教學(xué)過程中，課堂氣氛沉悶，學(xué)生參與度不高，實驗教學(xué)開展困難，只會些基本知識點應(yīng)付考試，而不能應(yīng)用已學(xué)知識解決生活中的實際問題。產(chǎn)生這種現(xiàn)狀的原因有很多，主要有以下幾個方面。

1.1 程序設(shè)計基礎(chǔ)薄弱，模塊化設(shè)計思想欠缺

現(xiàn)有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教材中的算法是以類C語言描述，通過C語言編程實現(xiàn)算法是比較直接的方法，因此C語言是學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的重要基礎(chǔ)。一方面不少學(xué)生編程能力不足，同時對大規(guī)模程序的模塊化思想理解不到位，習(xí)慣性地在主函數(shù)中解決所有問題；另一方面，在該課程中，結(jié)構(gòu)體和內(nèi)存動態(tài)分配等知識的應(yīng)用非常廣泛，但由于進度等原因，這些內(nèi)容不會作為C語言重點內(nèi)容來講解，從而造成重要基礎(chǔ)知識點的缺失；再者，程序設(shè)計基礎(chǔ)課程開設(shè)在第一學(xué)期，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)開設(shè)在第三學(xué)期，時間跨度大，中間缺少編程練習(xí)，會出現(xiàn)編程基礎(chǔ)知識的遺忘。

1.2 傳統(tǒng)教學(xué)方法無法滿足應(yīng)用能力培養(yǎng)

目前，教學(xué)形式基本上是以教師在課堂“填鴨式”講授為主，只注重理論知識的灌輸，學(xué)生多是被動接受知識，對知識的掌握基本上是依靠記憶的方式，缺乏獨立思考的主動性，對所學(xué)內(nèi)容的理解非常膚淺，從而導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)的知識很多，知道線性表、棧、隊列、二叉樹和圖等基本概念及其基本操作方法，但遇到實際問題卻不知道如何利用所學(xué)知識去解決。

1.3 實驗課時不足，與實際應(yīng)用脫節(jié)

上機實驗不僅可以加深對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)各種概念的理解，還可以提升運用所學(xué)知識解決實際問題的能力。但教學(xué)安排中的實驗課時相對較少，課堂上可開展的實驗項目較少，達到的訓(xùn)練效果有限。另外，現(xiàn)有的實驗項目多側(cè)重于單一知識點的訓(xùn)練，參照課本現(xiàn)成代碼即可實現(xiàn)，而不是結(jié)合實際問題由學(xué)生自行分析和設(shè)計解決方案，未能有效培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的應(yīng)用能力。

1.4 考核評價形式不太合理

目前本課程的考核方式主要采用閉卷考試，多考查記憶性的知識點，而對設(shè)計類的知識點考查較少，未能完全達到對學(xué)生分析問題和解決問題能力的考查。另外，卷面成績在期末總成績中占比達到60%或更高，而對學(xué)生平時表現(xiàn)缺乏佐證性材料，過程性考核較少。

2 改革措施

針對以上問題及原因，從2016級學(xué)生開始通過以下幾個措施來改進數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)。

2.1 加強課程群建設(shè)，優(yōu)化內(nèi)容理清脈絡(luò)

為了解決課程間的銜接問題，在2016版人才培養(yǎng)方案中將課程《程序設(shè)計基礎(chǔ)Ⅰ》和《程序設(shè)計基礎(chǔ)Ⅱ》合并為《程序設(shè)計基礎(chǔ)》，調(diào)整課程《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》的開課學(xué)期，同時增加實踐課程《程序設(shè)計實訓(xùn)》。在第一學(xué)期開設(shè)課程《程序設(shè)計基礎(chǔ)》，第二學(xué)期前4周開設(shè)實踐課程《程序設(shè)計實訓(xùn)》專門進行綜合型模塊化程序設(shè)計，涉及基本結(jié)構(gòu)、數(shù)組、指針、結(jié)構(gòu)體和文件等，第二學(xué)期后12周開設(shè)課程《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》。另外，修訂《程序設(shè)計基礎(chǔ)》教學(xué)大綱，增加指針、結(jié)構(gòu)體和動態(tài)內(nèi)存分配等知識點課時，可有效保證課程間知識點的連貫性。針對《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》，為了服務(wù)于應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案，精心設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，刪減或精簡陳舊過時的內(nèi)容，如廣義表、多重鏈表和多維數(shù)組等，將線索樹、平衡二叉樹和關(guān)鍵路徑等復(fù)雜內(nèi)容作為選學(xué)內(nèi)容。同時，通過對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識脈絡(luò)的梳理，教學(xué)內(nèi)容可概括為線性結(jié)構(gòu)、樹形結(jié)構(gòu)及圖形結(jié)構(gòu)3種基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，查找及排序2種算法，其中3種基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可通過邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)2個層次描述，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所對應(yīng)的運算操作以物理結(jié)構(gòu)(包括順序存儲和鏈式存儲)為基礎(chǔ)展開。通過建立完善的知識脈絡(luò)圖，使學(xué)生抓住教學(xué)內(nèi)容主線，有助于理解各種抽象概念及其之間的關(guān)系。

2.2 改進教學(xué)手段及方法

在教學(xué)手段方面，采用黑板與多媒體相結(jié)合，對于算法講述，教師可一邊講解，一邊通過板書描述算法核心思想，教師可根據(jù)學(xué)生的掌握程度靈活調(diào)控教學(xué)速度，具有良好的交互性；而對于不易理解的抽象問題可通過多媒體動畫等方式進行展現(xiàn)，實現(xiàn)問題的簡單化和形象化，從而有助于學(xué)生對問題的理解。例如，對于二叉樹的遍歷，可先用Flash設(shè)計出三種遍歷方式的工作過程小動畫，通過該動畫，學(xué)生可以形象直觀地看到三種遍歷方式的特征和區(qū)別，再通過板書方式描述三種遍歷算法。

為了提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，在教學(xué)過程中綜合運用問題導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動及案例教學(xué)等教學(xué)方法，從現(xiàn)實生活中的實際問題入手，引導(dǎo)學(xué)生主動探求答案，培養(yǎng)學(xué)生動手解決實際問題的應(yīng)用能力，讓學(xué)生變被動學(xué)習(xí)為主動探究。以教學(xué)內(nèi)容“圖”為例，設(shè)計以下案例進行案例式教學(xué)，如表1所示。

表1 關(guān)于圖的教學(xué)案例

通過這些教學(xué)案例，可以有效地將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論知識形象化并與實際問題結(jié)合起來，讓學(xué)生明白數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不是純理論，可以運用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)解決生活中的很多問題，從而進一步提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.3 精心設(shè)計實踐教學(xué)環(huán)節(jié)

由于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗課時有限，無法完全通過上機課完成所需要的課程練習(xí)，因此，將課程實驗分成基礎(chǔ)型和設(shè)計型兩種不同的層次。對于基礎(chǔ)型實驗，主要完成基礎(chǔ)知識的訓(xùn)練，使得學(xué)生能更好的理解各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本理論知識和操作，并能夠完整的寫出可運行的算法，作為課下訓(xùn)練由學(xué)生自行完成，并搭建在線評測平臺用于學(xué)生作業(yè)的評判。而對于設(shè)計型實驗，是在基礎(chǔ)型實驗的基礎(chǔ)上，以生活中的實際問題作為背景來設(shè)計實驗項目，鼓勵學(xué)生獨立思考，設(shè)計并完成整個算法。要求學(xué)生課下初步完成程序的設(shè)計，上機時間主要用于調(diào)試程序或與教師討論問題解決方案，而不是空對著屏幕碼代碼。以教學(xué)內(nèi)容“棧和隊列”為例，設(shè)計以下基礎(chǔ)型和設(shè)計型實驗項目，如表2所示。

表2 關(guān)于棧和隊列的實驗項目

實驗結(jié)束后，要求學(xué)生提交實驗報告，主要包括結(jié)構(gòu)設(shè)計、算法思想和測試分析等，代碼可通過在線測試平臺提交。

2.4 整合平臺資源，優(yōu)化考核評價體系

對現(xiàn)有泛雅教學(xué)平臺和程序在線評測平臺進行資源整合，發(fā)揮其各自的優(yōu)勢，加強本課程過程性考核信息的收集，如圖1所示。

圖1 平臺整合示意圖

針對泛雅教學(xué)平臺，教師及時更新課件和視頻等學(xué)習(xí)資料，再發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，然后學(xué)生必須在規(guī)定的時間內(nèi)登錄學(xué)習(xí)平臺開展自主學(xué)習(xí)，并完成相應(yīng)的知識點測試。另外，教師可通過此平臺獲取學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，從而進一步調(diào)整理論和實驗教學(xué)的內(nèi)容和進度。泛雅平臺主要完成客觀題形式的知識點測試，而程序在線評測平臺則是完成編程能力練習(xí)和測試。通過程序在線評測平臺，學(xué)生在課下可以對題庫中的題目開展自由練習(xí)，由系統(tǒng)自動完成題目的評判，并根據(jù)學(xué)生正確提交的題目數(shù)量及正確提交率給出總排名，在學(xué)生之間營造你追我趕的學(xué)習(xí)氛圍，有助于提升學(xué)生算法設(shè)計與程序編寫能力。教師通過此平臺可以發(fā)布課后作業(yè)、實驗項目以及章節(jié)測試，并設(shè)定完成時限。平臺會實時記錄每個學(xué)生的任務(wù)完成情況，為課程過程性考核提供了有效的依據(jù)。

基于以上過程性考核，加大過程性考核指標在課程成績評價體系中的比例，如實驗完成情況，作業(yè)，章節(jié)測試和知識點測試，優(yōu)化后的考核評價體系如表3所示。

表3 優(yōu)化后的考核評價體系

另外，在期末考核中降低記憶性知識點的比例，提升針對實際問題進行算法設(shè)計題型的比例，從而加大對學(xué)生算法設(shè)計以及程序編寫能力的考查。

3 結(jié)論

針對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)中所存在的問題，在近年來的教學(xué)中開展了以上四個方面的改革。實踐表明，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣有了明顯提高，對本課程的教學(xué)測評滿意度有所提升，根據(jù)實際需求進行問題分析和算法設(shè)計能力有較大提升，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下扎實基礎(chǔ)，從而滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求。