基于CDIO模式的數據結構與算法教學改革研究

曹 海 燕

(東南大學數學系，江蘇南京 211189)

基于CDIO模式的數據結構與算法教學改革研究

曹 海 燕

(東南大學數學系，江蘇南京 211189)

CDIO模式是近年來國際上流行的工程教育概念.該模式更注重培養學生的動手能力和實際工作能力，目的是培養優秀工程師.要用CDIO模式指導數據結構與算法教學即重視學生的動手能力、提倡用中學、學生自主學習和團隊合作.新的教學方案應當包含：完善教學指導思想、優化教學團隊、突出學生自主性和制度考核評定的新標準.

CDIO模式；數據結構與算法；教學改革

1 引言

CDIO工程教育模式是麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學組成的研究小組自2000年起，經過四年研究開發出來的一種全能的工程理念.CDIO的四個字母具體含義為：構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)和運作(Operate)，它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動、實踐、課程之間有機聯系的方式學習工程[1].CDIO模式從建立之初就受到好評，自2005年起越來越多的知名大學引入了這一機制.我國也從2007年開始引進CDIO模式的工作，新標準對于工程教育尤其是計算機類課程作用明顯.

目前，在數據結構與算法課程教學中運用CDIO模式的研究主要定位于宏觀指導，對于推行中諸多細節，還缺少足夠的研究.本文嘗試從指導思想、師資力量、選取案例、量質結合、注重實踐的角度，對運行CDIO模式強化數據結構與算法課程教學進行探討.

2 數據結構課程教學中存在的問題

文章對各類問題進行梳理，總結了以下幾方面亟需解決的問題類型.

2.1 教學指導思想偏重理論

數據結構與算法課程已經存在近30年，部分教師在教學過程中自然而然地認為這門課是偏重于純理論的基礎課程，沒有從提高實踐性、動手能力方面改革課程的教學方法[2].當前的CDIO推行不滿10年時間，這種新的方法是否可行，是否適合本專業都是需要檢驗的課題.教學指導思想的趨勢是更注重實踐，但這個過程還需要時間.

2.2 理論課與實踐課比例不當

理論課安排過多，時間過長.一方面，教師講得過細，花費了大量時間.大學課程應以學生自學為主，教師的作用在于引導.另一方面，實驗課安排得太少，部分基礎差的學生學習效果不明顯.在數據結構算法教學中要杜絕內容和形式上的古板，要在激發和培養學生實踐和動手能力上下功夫[3].

2.3 知識點老化嚴重

數據結構是一門歷史悠久的課程，但是要想通過授課讓學生們動手能力加強，就必須經常變更教案，追蹤前沿.當前在數據結構與算法教學中存在更新嚴重滯后，一本教案用幾年、十幾年、甚至教材換了教案依然是舊的.教給學生的是已經被社會淘汰的技術.根本無法提高學生的實際動手和運用知識的能力[4].

2.4 考核方法不科學

純理論的考核方法導致了教學中的不注重實際動手能力.學生應付考試的能力來自于習題的熟練程度，而不是實際項目或者各類教案中知識技能的積累和感悟.學生不能體會到如何選定一個優秀項目、如何正確進行團隊分工和合作、如何把握項目進展的進程和節奏.學生接觸不到科技最前沿、了解不到基礎與尖端的邏輯關系.

3 CDIO模式在數據結構與算法教學中的指導原則

CDIO模式對數據結構與算法課程的指導體現在如何將該課程與實際案例相結合，提高學生的動手能力.主要包含以下幾個方面：

3.1 重視實踐和動手能力

CDIO模式主要思想的重點在于實踐和運行.數據結構與算法課程只有同實際案例結合起來，才能體現出在理論指導下的實踐和動手能力,該模式在學習中融入實習內容，無論老師還是學生，在各種項目過程中自覺分析問題、解決問題，在各種優選方案中，自覺了解當前科技主流和前沿趨勢，做出自己的判斷.大量的案例將大幅度提高實踐和動手能力.

3.2 提倡自主學習、自主解決問題

培養學生自主能力是CDIO模式的前提和基礎，在數據結構與算法課程教學中要盡量在此基礎上提高效率.一般來說可采用三種方法.一是通過知識點的羅列，安排學生自主學習.教師針對必須把握的知識點，向學生推薦部分必讀書目，同時要求學生自己追蹤，閱讀文獻[5，6].二是學會比較學習.鼓勵學生不盲信教材，而是通過實際比對，理解為什么這種觀點是主流和經典的，其它觀點是為什么在實踐中被逐漸淘汰的，提出觀點當時的思路是什么，有沒有不同的理解方法.三是頭腦風暴法.教師以平等的身份，參與學生討論，針對某個知識點，師生自由提出自己的觀點.教師僅僅是主持，不對學生提出講評，讓學生事后自己分析，啟發各自的思維，加深對知識點的理解.

3.3 專業能力與團隊合作并舉

CDIO模式承認在研究團隊中的能力不均衡，強調以最佳模式配備研究團隊.教師在教學過程中應當有意識地讓學生展示各種能力，成為優秀團隊的設計者.一是發掘學生能力.在學習、討論過程中注意記錄小組成員的表現.通過三到五輪有準備觀察，并結合學生的相互評價，選拔優秀的組織者和實施者.二是團隊中的分歧與合作.在一個研究團隊中，既要保證研究方向不偏差，也要讓成員有思想碰撞的過程，通過辯論，讓新思想新思路得以產生.同時要兼顧經濟性能、社會影響，凡是能簡化的要盡量簡化，強調用戶界面的直觀、易操控性[7].

4 CDIO模式指導下的數據結構教學改革

通過對當前數據結構教學過程中存在問題的分析、對CDIO模式的基本情況以及在指導數據結構教學過程中應把握的基本原則的了解，數據結構課程的教學改革應當采取如下措施：

4.1 完善教學指導思想

CDIO模式突出了工程基礎知識、個人能力、人際團隊協調能力和工程系統能力四個方面，我們在完善數據結構課程教學指導思想時應當充分考慮到這四個方面.為此，教學指導思想應當包含以下幾個方面：一是以CDIO模式為基本環境.應當以“做中學”、“基于項目的教育學習”為宗旨，著力培養四種能力，并圍繞上述目標進行詳細規劃，制定目標和標準.二是一體化教學計劃.新計劃要大幅減少基礎理論的權重，可將涉及工程的一系列課程進行整合，增加知識的綜合運用能力.比如數據結構課程可以和C語言進行整合安排[8].三是職業訓練計劃.納入CDIO模式后，必須將學科學習與職業訓練相結合，要在大學期間融入優秀工程師的職業訓練，實際上也是四種能力培養的又一次強化.

4.2 優化教學團隊，提高教師CDIO素質

提高教師的CDIO素質可以從以下幾個方面進行：一是理論學習.學校要組織教師參加CDIO模式的培訓，聽取國內外院校機構的經驗介紹，掌握CDIO的基本思想.實現從注重基礎到重動手能力的轉變，不僅要學習指導思想，還要學習如何有效地設定目標，劃分學習團隊，選擇實驗項目，如何培養優秀工程師，如何實現團隊合作等.二是學術交流探討.教師要密切關注國內外CDIO的最新動向，注意收集相關資料.與國內外同行及時互通和探討.主動總結經驗，參與學術交流[9].

4.3 突出學生自主性

從當前情況看，學生自主能力是一個弱項，而其中的原因與學生的教育經歷和背景有著相當的關系.許多大學課程仍然采用中學時的灌輸式方法.數據結構與算法課程教改中，教師應當堅持三個方向：一是基礎課時壓縮.老師講課不能面面俱到，授課前安排學生自學.指導學生制定學習計劃，鼓勵自主閱讀和討論.二是提倡做中學.不必等到學生基礎知識掌握牢靠以后再安排實驗和項目，要有計劃地加大項目的強度，使學生在項目過程中自己摸索解決問題，和團隊一同進行探討.在基礎知識和實際動手能力方面，適當地傾斜后者.三是強化過程指導和考查.為防止學生因遭遇問題較多產生懈怠心理，教師要制定完備而周密的指導考查計劃，隨時檢查項目進度，看學生在遇到問題后是否開動腦筋，設法解決.

4.4 考核評定的新標準

制定考核評定的標準應基于兩個方面的考慮：一方面通過考核要使教師和學生自覺以CDIO模式為前提開展數據結構課程的教與學，避免推行CDIO模式流于形式化.另一方面考核標準要納入CDIO模式原則和相關標準，要實現從基礎理論考核為主轉變為“做中學”、自主學的實際動手能力考核.新標準要確立兩個主體、三個客體：兩個主體就是學生和教師.不光考核學生的基礎知識、自主學習能力、團隊合作能力和工程軟件項目能力，而且要考核教師的CDIO模式運用能力、教師專業素質能力和調動學生興趣能力[10，11].三個客體是指考核的測評方：一是學校教學部門.主要考核教師的CDIO教學能力和學生最終學習實踐能力，通過考核促進CDIO模式的推廣和學生全方位適應用人單位要求.二是合作項目單位.合作項目單位通過項目完成情況，對學校、教師、學生的實際能力給予評價.三是授課教師.教師通過全過程的授課情況、學生完成項目情況、在項目合作中的表現和全課程中的自我學習情況，結合基礎知識考核給出學生綜合分.

5 結語

CDIO模式是當前探索的行之有效的培養優秀工程人才的教學模式，但具體到本學校、本專業、本課程中，還需要不斷探索和完善.在數據結構教學過程中運用CDIO模式是解決當前軟件人才培養中學用脫節、不適應職業特征要素的有效舉措，通過堅持CDIO模式的一系列原則、要素，學生將更易牢固把握知識要點，動手能力更強，更能適應社會用人單位的要求.

[1]金靜,楊朝霞.現代教學模式與CDIO理念在數據結構課程中的實踐[J].高等教育,2011(5).

[2]胡文龍.基于CDIO的工科探究式教學改革研究[J].高等工程教育研究,2014(1).

[3]張國斌,張樹軍,劉春城,等.基于CDIO模式的學生實踐能力的培養[J].實驗室科學,2014(2).

[4]張偉,王麗云.CDIO教學改革中的教學質量評估系統[J].遼寧大學學報,2013(3).

[5]張婧,韓雁,梁志星.基于CDIO項目教學的教師能力培養[J].重慶理工大學學報,2013(11).

[6]田海梅,朱保平,陳愛萍.基于CDIO模式的綜合項目改革的實踐[J].實驗技術與管理,2011(4).

[7]范會聯,仲元昌.基于CDIO理念的軟件人才培養模式探索[J].實驗室研究與探索,2012(1).

[8]張乃孝.“數據結構”教學與教材研究[J].中國大學教育,2013(2).

[9]沈華.數據結構課內實踐教學方案[J].實驗室研究與探索,2013(10).

[10]秦玉平.數據結構課程實踐教學改革與實踐[J].渤海大學學報,2013(12).

[11]劉越暢，鐘秀玉，鐘治初，等.數據結構課程工程化實驗教學的探索和實踐[J].實驗室研究與探索,2012(8).

(責任編輯 周 璇)

2014-09-15

曹海燕，女，江蘇揚州人，東南大學數學系講師，博士.

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1671-1696(2014)11-0021-03