基于CDIO工程模式的數據結構教學研究與探索

武 彬 吳其林

（巢湖學院信息工程學院，安徽 巢湖 238000）

基于CDIO工程模式的數據結構教學研究與探索

武 彬 吳其林

（巢湖學院信息工程學院，安徽 巢湖 238000）

數據結構課程在教學中存在理論性強，算法難理解的特點，文中提出將CDIO工程教育理念融入到數據結構的理論和實驗教學中，以項目為載體，問題為驅動，提高學生的學習興趣并鍛煉學生的綜合動手能力與創新能力，并為后續課程的學習奠定基礎。

CDIO理念；數據結構；項目驅動；應用型人才

1 引言

數據結構是計算機學科的重要分支研究領域，它研究現實世界的實體模型與相應數學模型間的關系和轉化，并研究轉化的數學模型間大量數據之間的關系［1］，它在計算機學科中占有十分重要的地位，是計算機學科研究生考試的必考科目。對這門課程的學習、理解、掌握及應用，可提高學生的抽象思維能力和創造能力［2］，另外在計算機專業的很多后續課程里，都要用到數據結構的知識，如操作系統里關于內存管理、文件管理；數據庫里關于物理模型問題；計算機網絡里關于最短路徑的求解；軟件工程里關于關鍵工期的求解等。就目前的大部分應用型本科院校的教學現狀來看，《數據結構》課程教學理論性較強與實踐相脫節，所學內容被人為切割，相互孤立，學生易產生“學而無用”的思想，學習興趣不高，達不到理想的教學效果。

如何對本門課程的教學效果進行提高？本文將CDIO工程模式結合理論教學經驗進行教學研究與實踐探索，將CDIO工程教育理念作為導向，建立以工程項目為載體的課程教學體系，在課堂教學和課程設計中潛移默化的培養學生的工程能力、團隊協作能力及個人創新能力［3］。

2 CDIO工程模式教育理念

CDIO（Conceiving，Designing，Implementing and Operating）即為構思、設計、實現、運作，它以工程項目從研發到運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習［4］?！白鲋袑W”及“基于項目的教育和學習”是CDIO典型的教學模式體現，該模式讓學生主動參與理論到實踐的轉化過程，為《數據結構》課程的實踐教學環節提供了新的方法和手段，它將“教、學、做”融為一體，是一種新型有效的教學模式。

遵循 CDIO“做中學”的原則，我們有針對性地設計一些實驗實訓項目，讓學生在解決實際項目問題的過程中相互討論，共同思考促進對書中抽象理論的理解，進一步實現由理論到實際應用的轉化。因此，以CDIO理念作基礎對數據結構課程來做教學研究探索是有必要有意義的。

3 基于CDIO的數據結構教學研究與探索

3.1 傳統教學現狀分析

傳統《數據結構》教學主要存在以下問題：①以課堂以理論教學為主，學生被動接受，基本無實踐動手的機會；②授課基本以教師理論講解為中心，內容抽象、枯燥，學生的學習興趣和學習積極性得不到充分的激發和調動，教學效果不理想；③教、學、用三個環節脫離，因大多教師缺乏工程經驗，課堂教學中，偏學術，偏理論，輕工程，教學所教不能與工程應用中最常用的相結合，教學與工程脫離；④教學考核上，偏重考察抽象的理論知識，忽視對學生實踐綜合能力的考核；⑤學生團體協作能力培養不足（傳統的實踐課，基本只要求學生獨立對小實驗項目完成編程，達不到對學生團隊協作能力和溝通能力的鍛煉）；⑥達不到當前國家對普通高校的應用型人才的培養要求。

3.2 基于CDIO的教學實踐方法研究與改革

3.2.1 基于CDIO的問題驅動式教學研究

對于數據結構課程中那些抽象枯燥的算法，教師如何在課堂上引導激發同學們的學習熱情，并培養提高他們分析解決問題的能力，在此我們可采用問題式驅動的教學方法。以問題求解作為實踐內容設計的主線索，重在培養學生的問題分析能力及算法設計能力。在每章教學中教師可選擇有代表性、難度相對適中并有一定綜合性的經典算法，合理設計“問題”，從而以點帶面地將各個知識點融匯講解，講授過程可采用“提出問題、分析問題、解決問題”的模式引導學生由生動的實例過渡到數據結構的算法中。因此在數據結構的每章教學中，為了讓學生更好理解教師上課所講的一個個孤立的算法，我們在每章的教學中都帶領學生做幾個驗證性的小實驗，重點在于訓練學生對章節內容的理解，為了提高學生的學習興趣及程序開發和設計能力，以及他們的團隊協作能力，我們采用如圖1的教學設計方法。

3.2.2 基于CDIO的以實用為導向的實驗教學

應用型人才是國家對當前普通高校的人才培養要求，因此從實用性的角度進行教學可更好的激發引導提高學生的學習興趣，對于《數據結構》中那些抽象的基本概念名詞和算法我們可在理論教學之初提出項目，教學圍繞項目做展開，這樣既可加深學生對基本算法的理解又能充分調動提高學生的學習積極性，另外教學中還可結合生活中的實例進行教學。如，在對“棧與隊列”進行講解時，?？梢越Y合我們生活舉例：我們在往紙箱放書時，放在最上面的書必然是最后放上去的；而當我們從紙箱里要拿出書的時候只有先拿出最上面的才可能拿出下面的，這就是現實生活中的棧具有典型的后進先出（LIFO）的特點；對于隊列也可以結合生活舉例：如去醫院看病，大家站成一個隊列排隊就診，那么在最前面的可以先就診離開（出隊），新來者需要排到隊尾（入隊），這是現實生活中大家很熟悉的隊列，具有的先進先出（FIFO）的特點。

3.2.3 基于CDIO的以項目為載體的實踐教學

在學生理解掌握數據結構基本算法及各章驗證性小實驗的基礎上，我們帶領學生進行項目教學，即師生共同對一個完整的項目工作進行實施，這樣的以項目為載體的教學活動能讓學生融入有意義的任務完成的過程中，使學生自主進行有目標的學習。

①對項目任務進行確定：根據學生的掌握和進展情況，結合重難點，教師安排教學進度及內容并制定實用性的項目。教學過程中首先明確項目任務，帶領學生按軟件開發的流程討論項目的目標和任務，確定項目完成的功能，讓學生帶著明確的目的去汲取知識；教師依據所研究的項目安排展開項目內容并對學生提出的難點的項目內容做講授；在項目實踐設計時指導學生以個人或小組的形式在所學過的子項目知識基礎上對項目進行擴展和鏈接以完成綜合項目。

②對項目任務進行細化：理論授課時，教師針對項目的任務做知識點分析，帶領引導學生從分析項目任務到研究數據間的結構，提醒引導學生借助教材及教輔材料講過的算法和知識點思考本項目的算法及偽代碼的描述，隨之教師在課堂上對項目中的難點部分做程序演示，最終要求學生實驗課時將程序補充并調試出結果［5］。例如，在線性結構的實踐使用時可要求學生完成一個“圖書目錄管理系統”，通過該項目可讓學生對信息的存儲結構、管理、查詢以及排序算法有綜合的理解；在樹型結構的使用可要求學生完成一個“家族關系查詢系統”，由該項目可提高學生對樹、二叉樹、線索二叉樹、最優二叉樹的理解與應用；在圖形結構的使用可要求學生完成一個“公交線路最優路徑查詢系統”，通過該項目來鍛煉提高學生對圖的創建、輸出、最小生成樹構建算法及最短路徑算法等的理解與應用［6］。

4 考核模式的改革

因數據結構課程具有較強的實踐性，在基于CDIO模式的培養要求下，數據結構課程的考核除了要考核學生的理論學習成績，實踐成績也不可忽視。為了全面考核目標，目前我校計算機專業的數據結構課程已將課程設計拿出單獨設立學分，在理論考核的基礎上，補充實踐考核的成績，這種綜合考核方式，既能檢測學生對理論知識的學習掌握情況，又能提高學生的實踐創新能力，使學生的（Skilled）技能、（Innovative）創新、（Collabo-rated）協作等綜合素質得到全面的提高。

［1］嚴蔚敏，吳偉民.數據結構（C語言版）［M］.北京：清華大學出版社，2008.

［2］徐子珊.“算法設計與分析”教學中理論與技術的平衡［J］.計算機教育，2008，（10）：72-73.

［3］劉敏娜，張晉平.基于CDIO理念的軟件工程專業改革探索［J］.陜西教育（高教版），2013，（9）：61-62.

［4］張強，金義富.基于CDIO工程教育的IT類專業學科競賽模式探索［J］.實驗室科學，2013，（4）：127-131.

［5］宋桂娟，等.基于CDIO的數據結構課程教學改革與研究［J］.電腦知識與技術，2010，（3）：755-756.

［6］葉國燦，等.獨立學院應用型人才培養的系統論思考［J］.產業與科技論壇，2013，（17）：141-142.

RESEARCH ON DATA STRUCTURE TEACHING BASED ON THE CDIO PROJECT MODEL

WU Bin WU Qi-lin
（College of Information Engineering，Chaohu College，Chaohu Anhui 238000）

Teaching the course of Data Structure is characterized by the profound theory and the algorithm which is difficult to understand.This paper puts forward integrating the concept of CDIO teaching into experimental teaching of Data Structure，enhancing students′interest，comprehensive ability to practice and innovative ability through taking the projects as the carrier and the questions as the drive，and laying the foundation for learning subsequent courses.

CDIO concept；Data Structure；project-driven；application-oriented talents

楊松水

G642

A

1672-2868（2015）03-0151-03

2015-03-12

巢湖學院課程教改項目（項目編號：ch13kcjgxm21）；2014年度省級項目（項目編號：2014xnfz017）

武彬（1979-），女，安徽巢湖人。巢湖學院信息工程學院，助教。研究方向：無線局域網語音。