張少仲 白英 王小妹 陳媛嫄

摘? 要： 分析了目前數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗課程教學(xué)的現(xiàn)狀和存在的問題，提出將ACM競賽理念與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)相結(jié)合。根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗課程特點，重新優(yōu)化實驗內(nèi)容，構(gòu)建基于ACM競賽的實驗題集。針對不同層次的學(xué)生，給出基于ACM競賽的不同級別的實驗題目，從而有益于各層次學(xué)生的編程能力、分析與解決問題能力以及溝通能力的提高。

關(guān)鍵詞： 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗; ACM競賽; 實驗教學(xué); 實驗題集

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1006-8228（2020）10-73-03

Abstract： This paper analyzes the current situation and existing problems of the teaching of data structure experiment course， and proposes to combine the concept of ACMICPC （Association for Computing Machinery， International Collegiate Programming Contest） with the teaching of data structure experiment course. According to the characteristics of data structure experiment course， the experiment content is re-optimized to construct the experiment question set based on ACMICPC. According to the students of different levels， experiment questions of different levels based on ACMICPC are given， which is beneficial to the improvement of the abilities of programming， analysis and problem-solving as well as the communication ability of students in different levels.

Key words： data structure experiment; ACMICPC; experiment teaching; experiment question set

0 引言

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程是計算機相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，在專業(yè)課程體系中起著承上啟下的作用。課程對培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)模型抽象能力、算法設(shè)計能力和復(fù)雜的程序設(shè)計能力具有重要的作用。課程知識內(nèi)容和算法技術(shù)，無論對于后續(xù)學(xué)習(xí)其他專業(yè)課程，或是將來從事軟件開發(fā)相關(guān)工作，都是必須掌握的基礎(chǔ)內(nèi)容[1]。

“程序設(shè)計基礎(chǔ)”這門課是對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程影響最大的先修課程，這門課學(xué)完后，學(xué)生的編程能力差異很明顯，有部分學(xué)生已經(jīng)掌握了一定的編程技巧，但有更多的學(xué)生甚至不怎么會編程[2]。在基礎(chǔ)不牢的情況下來學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識，理論和實驗難以兼顧。

為了改善數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)質(zhì)量，課題組以實驗教學(xué)為突破口，進行了積極有益的探索，實現(xiàn)了各個層次的學(xué)生都有收獲的實驗教學(xué)。以尊重學(xué)生個體差異性為前提，力求使學(xué)生發(fā)揮各自的潛能，取得更好的學(xué)習(xí)效果，達到提升整體教學(xué)水平的目的。

ACM 國際大學(xué)生程序設(shè)計競賽（簡稱 ACMICPC）是由國際計算機界歷史最悠久、最具權(quán)威性的計算機組織ACM學(xué)會（Association for Computer Machinery）主辦，是世界上公認的規(guī)模最大、水平最高的國際大學(xué)生程序設(shè)計競賽，其目的在于讓大學(xué)生運用計算機來充分展示自己在壓力情況下，分析問題、解決問題的能力。該項競賽從1970年開始舉辦，薈萃了世界各大洲的精英，受到國際知名公司的關(guān)注[3]。ACM競賽具有較長的歷史，方法成熟，將ACM競賽模式應(yīng)用于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程實驗教學(xué)過程中，對于改變和完善具體實驗訓(xùn)練項目，推動大學(xué)生科技創(chuàng)新教育，提升高校人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實意義[4]。

1 傳統(tǒng)實驗教學(xué)中存在的問題

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式下，教師在課堂上提前將實驗內(nèi)容布置給學(xué)生，所有的學(xué)生做同樣的實驗題目，提交的時間和實驗結(jié)果參差不齊。這導(dǎo)致實驗教學(xué)面臨如下問題。

⑴ 由于學(xué)生的編程能力差距大，對不同層次的學(xué)生起不到因材施教的效果。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗課程是用程序設(shè)計語言對理論課程中的算法編程實現(xiàn)，因此，學(xué)生必須具有一定的編程能力以解決實際問題?，F(xiàn)在的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教材的實驗部分大多是基于C語言編寫的，課程中涉及了大量C語言中的重點和難點。很多學(xué)生對這部分知識點掌握不牢固，用起來生疏，導(dǎo)致了對算法的思路是清晰的，但卻難以用C語言將算法實現(xiàn)出來[4]。學(xué)生的程序設(shè)計語言基礎(chǔ)和編程能力差距大，相同的實驗題目會讓不同層次的學(xué)生獲得的實驗效果不同。編程基礎(chǔ)好的同學(xué)完成得快，質(zhì)量很高;多數(shù)學(xué)生編程不夠熟練，阻礙了學(xué)生對算法思想的驗證和對綜合設(shè)計性問題的解決;個別同學(xué)還有抄襲情況發(fā)生。

⑵ 相同的實驗題目難以科學(xué)地量化和評價教學(xué)效果。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗課程的考核方式多為：平時實驗態(tài)度+編程能力+實驗結(jié)果+實驗報告。但是相同的實驗題目導(dǎo)致實驗結(jié)果和實驗報告內(nèi)容也基本相同。對于實驗態(tài)度良好的學(xué)生，基本只能靠編程能力的評判來區(qū)分學(xué)習(xí)成績了。而對編程能力的評判基本是看代碼提交時間、運行時間、占用內(nèi)存、以及代碼編寫規(guī)范程度。而這部分內(nèi)容只占總分的一部分，結(jié)果就是學(xué)生的考核分數(shù)相對集中，難以對課程教學(xué)效果給出科學(xué)評價。

⑶ 對每一屆學(xué)生都用相同的實驗內(nèi)容，影響學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。編程基礎(chǔ)好的同學(xué)完成得快，課堂時間就能順利完成;而大多數(shù)同學(xué)還需要課余時間來完成。這樣不能激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對不同層次的學(xué)生起不到因材施教的效果。加上原有的實驗考核方式缺乏精準性，對同學(xué)間的抄襲、互聯(lián)網(wǎng)上的抄襲甄別困難，不僅影響學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，也達不到教學(xué)目標。

⑷ 實驗內(nèi)容的設(shè)置難以達到培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力的能力目標。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗題目基本上是針對某一章的課堂講授內(nèi)容設(shè)計的，學(xué)生只需應(yīng)用該部分的知識即可完成實驗題目，不需要思考是否還有其他的解決方案，更談不上選擇最優(yōu)的方案來解決問題，無法培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，難以達到課程設(shè)置的能力目標[5]。

總之，實驗題目的單一化、統(tǒng)一化是導(dǎo)致上述實驗教學(xué)問題的主要根源。鑒于此，將不同層次的實驗題目匯聚在一起，由淺入深，構(gòu)建一個用于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)的實驗題集，是解決問題的一個方法。課題組針對ACM競賽的題目，有選擇性地匯聚成一個實驗題集，用于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實驗教學(xué)中，從而改革了傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式，激發(fā)了學(xué)生的積極性，使不同層次的學(xué)生都能有所收獲，也達到了因材施教的效果。

2 基于ACM競賽的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗課程改革

ACM競賽的題目有如下特點：有實際背景，趣味性和實用性較強;考查的知識范圍較全面;層次性較好，分不同水平的題目;靈活、新穎，絕大部分題沒有定解，留有廣闊的思維空間。ACM競賽的題目以解決問題為目標，而解題方法不受限制，可以讓學(xué)生有更多的創(chuàng)新思維空間。將ACM競賽的題目匯聚成一個實驗題集，引入到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實踐教學(xué)中，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和潛力，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力，也有利于團隊精神的培養(yǎng)。在具體運用中采取了以下幾條措施。

2.1 實驗內(nèi)容分級，實驗題目靈活化，多樣化

首先我們將實驗內(nèi)容分級，分成初級（單一算法的練習(xí)）、中級（需要用算法解決實際問題）和高級（結(jié)合若干算法來解決一個較大規(guī)模的問題）題目。學(xué)生可以根據(jù)自身情況選擇不同級別的題型和題目數(shù)量來完成。這樣可以滿足學(xué)生學(xué)習(xí)過程中不同層次的需求，充分調(diào)動他們學(xué)習(xí)的主動性和積極性。除此之外，很多實際問題是有多解的，這樣的實驗題目充分激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性，將被動學(xué)習(xí)化為主動學(xué)習(xí)，更好地達到實驗教學(xué)目的。

2.2 將傳統(tǒng)的ACM競賽題目改編為實驗題目

根據(jù)ACM競賽題目的特點，我們從中精心挑選相關(guān)題目，或?qū)⒃袛?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗題目改造為ACM競賽題目形式，形成了與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗要求相對應(yīng)的初、中、高級實驗題集，將其作為實驗題目。將傳統(tǒng)的以算法為主線的實驗教學(xué)體系改為以問題為主線的實驗教學(xué)體系，通過具體問題描述給出題目，讓學(xué)生自主選擇合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法進行求解，加深學(xué)生對基礎(chǔ)知識和算法的深入理解，以“學(xué)以致用”的方式來牢固掌握所學(xué)知識。

2.3 考核方式靈活，綜合評定學(xué)生

學(xué)生對分數(shù)非常敏感，恰當?shù)膶嶒灣煽冊u分標準有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，反之有可能會挫傷其學(xué)習(xí)積極性。將學(xué)生提交的程序由ACM在線測評系統(tǒng)進行評測，不僅考察其正確性，還對代碼的運行時間、占用內(nèi)存、輸入輸出格式加以限制等，可以綜合考察學(xué)生對算法的靈活運用。

我校的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗課已經(jīng)與理論課拆分，成為一門獨立課程，而且比原來增加了4學(xué)時。共計12次課，24學(xué)時，滿分100分。實驗評分標準的制訂，需考慮對學(xué)生具有激勵作用，經(jīng)過新的教學(xué)模式的探索，課題組決定采用以完成實驗題目為主的評分方式。

⑴ 對實驗題目的完成占總分的90%，實驗態(tài)度和實驗報告占10%。

⑵ 完成初、中、高級題目的分數(shù)占比是1：2：4;即完成一個高級題相當于完成兩個中級題，完成一個中級題相當于完成兩個初級題。

⑶ 完成兩個高級題即可獲得60分，以后每完成一個高級題加10分。加到80分以后，每完成一個高級題加5分。加到90分后為止。

該評分標準為學(xué)生設(shè)立較低的及格目標，使學(xué)生更容易進入完成實驗題目的狀態(tài);其次完成6個高級實驗題目就能拿滿分，更能激發(fā)學(xué)生挑戰(zhàn)更高級別實驗任務(wù)的動力。同時即使12次實驗課中完成12個初級實驗題目，成績也只能是及格多一點，要想取得好成績還遠遠不夠。從而確保了該評分標準在總體上不降低實驗教學(xué)的要求。這樣，不僅在成績評定上做到了客觀、公正，還更好地發(fā)掘了學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高他們對知識點的掌握程度。

2.4 加強師生之間、學(xué)生之間的有益互動，培養(yǎng)良好的團隊合作精神

傳統(tǒng)的手工批改作業(yè)的任務(wù)非常繁重，學(xué)生的作業(yè)量以及作業(yè)反饋時間都會受到限制，在一定程度上打擊了教師和學(xué)生的積極性。而ACM競賽模式的在線評測系統(tǒng)可以對學(xué)生的作業(yè)進行自動評測，從而減輕教師的指導(dǎo)負擔。學(xué)生在自主完成實驗任務(wù)的過程中，遇到困難可以尋求教師個別指導(dǎo)，為學(xué)生提供解決問題的有關(guān)線索;同時，鼓勵學(xué)生之間、師生之間的討論和交流，用來豐富、矯正和加深對當前實驗問題的解決方案，培養(yǎng)了良好的團隊合作精神和溝通能力。

3 結(jié)束語

將ACM競賽的題目選編成一個實驗題集，引入到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實驗教學(xué)中，一改傳統(tǒng)實驗授課全員實驗題目統(tǒng)一模式為獨立選擇實驗題目模式，不同層次的學(xué)生采用不同的實驗題目，使不同層次的學(xué)生都能得到提高。實驗題目選擇個性化，將全體授課與個別指導(dǎo)相結(jié)合，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和潛力，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力，也有利于團隊精神的培養(yǎng)。實驗課引入相對自動化的實驗考核方式，減輕了教師負擔，使教師把更多精力投入到輔導(dǎo)學(xué)生方面。這種基于ACM競賽的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)方式也有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力、團隊合作精神和協(xié)同能力。今后，我們還將繼續(xù)將教學(xué)改革深入下去，以期培養(yǎng)高水平、高素質(zhì)的優(yōu)秀創(chuàng)新人才。

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