哈爾濱工業大學“數據結構與算法”精品課程介紹

廖明宏　張　巖　李秀坤　李治軍

經過教育部高教司與微軟亞洲研究院聯合評審，教育部高教司批準了哈爾濱工業大學“數據結構與算法”為2005年度“教育部-微軟精品課程”建設立項項目。應《計算機教育》雜志社邀請，我們撰寫本文介紹該課程。

教育部在文件中明確規定，精品課程是具有一流教師隊伍、一流教學內容、一流教學方法、一流教材、一流教學管理等特點的示范性課程。按照這一標準，我們積極培養教學后備力量，注重教學內容、教學方法改革和教材建設，不斷完善教學管理，努力將該課程建設成為國家精品課程。

一、課程主要特色

哈爾濱工業大學“數據結構與算法”課程經過近30年的建設，逐步形成為一門具有一定特色的核心課程。

1．以抽象數據型為核心的課程體系

早在1989年我們就采用抽象數據型的概念組織教學內容，這在當時是沒有的。實踐表明，當前廣泛流行的面向對象技術就是抽象數據型的豐富和發展。由于采用抽象數據型的概念來組織教學內容，算法的C++描述更為自然。為保持課程體系的先進性，我們還充分吸納了美國ACM和IEEE/CS聯合發表的計算學科課程體系CC2001以及后來我國發表的CCC2002體系新內容，使學生能夠及時掌握“數據結構與算法”的最新研究成果。

2．以實踐為重點的研究型教學

我們認為，教學不僅要傳授給學生知識，更重要的是培養他們分析問題和解決問題的能力，實踐教學是培養學生相關能力的重點。實踐性教學環節在強化和鞏固所學的課程基礎理論和基本知識的同時，培養學生綜合運用多種數據結構解決實際問題的能力。實現從理論到實踐，再從實踐到理論的升華。實踐性教學的設計思想如下：

理性實踐。注意引導學生在所學理論知識指導下進行實踐（實驗和課程設計），即理性實踐，使學生在理論與實踐的每次循環中體會到欣喜和成就感，以此提高學習興趣、增強信心，達到鞏固基礎知識和知識綜合運用能力不斷提高的目的。

面向問題求解能力培養的實踐教學。面向問題求解能力是學生創新能力培養的基礎。我們在實踐課程中增加了設計型實驗和課程設計，鍛煉學生綜合運用所學理論知識解決復雜問題的實踐能力。

實踐教學與科研相結合。課程設計指導教師大都來自科研一線，學生課程設計題目選自指導教師研究方向與本課程有關的部分。使學生提前受到科學研究方法的熏陶，訓練提高了學生查閱資料和文獻的能力，也鍛煉了學生科技論文寫作的能力。

3．以網絡和多媒體為基礎的數字化教學

以多媒體和課程網站為中心構建立體式的現代化教學平臺，利用現代化教學手段，通過多媒體和網絡教學促進師生的交流，提高師生間的互動。其中，多媒體課件豐富了課堂內容，增強了動態演示效果；學習輔導網站，為學生提供全方位的學習輔導支持，包括教學大綱、學習指導、電子教案、在線測試、學生論壇等。在教學過程中，我們也始終注意對學生主動探索能力的激發，采用多種輔助教學手段，如在輔助教學網站上不斷引入課程相關的新內容并以討論的形式激發探索，制作算法演示系統以及網上習題庫等。這些內容可以幫助學生形象地理解各種基本算法，幫助學生認識課程前沿內容。

另外，為提高實驗效果，在授課過程中有意識地將教學內容和實驗內容有機結合，并配有實驗教學輔助網站，指導并監控學生完成整個實驗過程。

4．以教學梯隊為主線的師資隊伍建設

我們建立了由課程負責人、主講教師、輔導教師和實驗指導教師組成的教學梯隊。對青年教師的培養采取以老帶新，由經驗豐富的教師帶新入門的年輕教師。有計劃、有目的地培養中青年教師。通過教學實踐、實驗教學的訓練以及定期組織教學研究討論，使青年教師的教學態度、教學水平和教學方法得到提高。

二、課程建設具體實施辦法

1．教學隊伍的建設

建立了由課程負責人、主講教師、輔導教師和實驗指導教師組成的教學梯隊。逐步形成一支以主講教授負責、結構合理、人員穩定、教學水平高、教學效果好的教師梯隊。

課程組還讓年輕教師通過科研的實際鍛煉提高自己的研究能力，擴充知識面。許多教學實例都來自于第一線的科研項目。科研和教學的有機結合，有利于提高授課內容的先進性，也有利于鍛煉年輕教師的創造性和責任感。我們已建立起一支強有力的教學梯隊，形成了以高素質教師為骨干力量的教師隊伍。

2.教學內容的組織

在教學內容組織方面，我們根據學科發展迅速的特點，逐步地、有計劃地對教學內容進行了調整，刪減了必要性不大、陳舊過時的內容，逐步增加了反映學科發展趨勢的新內容，保持了教學內容的先進性和科學性，同時還充分考慮了與其他課程的銜接問題。

3．教學方法與教學手段

在教學方法和手段改革上，我們以多媒體技術和網絡技術為依托，采用現代教學方法和實現手段，制作了高質量的多媒體課件、算法動態演示系統和教學網站。

處理好傳授知識和培養能力的關系。課程教學既強調基本理論、基本知識的傳授，同時更注意加強學生的實踐能力和創新能力的培養。

4.多元化考核方法

改革了“一次定論”的判分制度，考試以學生完成日常作業和實驗環節為必要條件，期末考試采用筆試方式。成績評定由三部分組成：期末考試占總成績的70%；平時作業占總成績的10%；實驗能力占總成績的20%。課程設計的考核形式采用答辯方式，鍛煉了學生的表達能力和做學術報告能力。

5.實踐教學

在實踐環節教學方面，設置了驗證型、設計型和綜合型三個層次的實驗內容，分別在課程實驗和課程設計中進行。課程組的教師都在實踐環節中親臨指導，通過實驗室的環境與合理的實驗題目引導學生積極主動地學習，鍛煉學生的動手能力、創新能力和表達能力。成績根據預習、表現、報告、答辯等方式綜合打分。為加強對學生的個性化指導，我們為每15名學生配備一名輔導教師或實驗指導教師。

6.教學管理

我們建立一套完善的教學質量監控體系，從課前、課中和課后等教學環節進行全方位的質量監控。課前，新任教師在開課前必須試講，合格后方可上臺授課。課程組組織定期和不定期的具體備課，研究教學內容和教學方法。在上課過程中，對每一位教師做到100%聽課，并對教學過程中存在的具體問題及時進行糾正。我們還重點檢查實驗教學，保證指導到位；課后，重點監督答疑、作業批改等環節。根據各個教學環節，對教師進行教學質量的綜合評定。每位教師的教學質量直接影響到他的工作量計算、崗位聘任以及下一輪的教學任務分配等關鍵問題。因此，在教學質量監控體系下，每位教師教學態度認真，教學水平不斷提高。

三、相關教材建設

我們的教材正式出版于1989年，在國內率先將抽象數據型的概念引入數據結構中。當今廣泛采用的面向對象的思想就是抽象數據型的豐富和發展。該教材于1992年獲得第二屆機械電子工業部電子類專業優秀教材二等獎。課程內容包括：線性表、樹、圖、查找、分類、文件和外部排序等，教學內容基本成型。作為《數據結構》配套教材，我們于1991年由電子工業出版社出版了《數據結構實踐教材》。2000年，我們對《數據結構》教材重新修訂，更名為《數據結構與算法基礎》，在數據結構內容的基礎上增加算法的基本概念、算法分析以及算法設計等內容。從教學手段看，我們充分利用多媒體教學的優勢，編寫多媒體教案，并建立了該課程的教學網站，為學生提供了更豐富的教學資源。

近30年的教學實踐表明，該教材邏輯清晰，深度適當，能夠很好地反映理論與技術的最新發展，深受學生的歡迎。我們已經形成了以《數據結構與算法基礎》（21世紀高等學校計算機專業規劃教材）、《數據結構實踐教程》、《課程實驗指導書》、《課程設計指導書》為主，多媒體課件、算法動態演示、網絡課堂為輔的理論與實踐相結合的立體化教材體系。