地方高校計算機類專業“算法與數據結構”實踐教學改革

崔彩霞　菅小艷　龐天杰

摘要：針對地方高校計算機類專業“算法與數據結構”實踐教學的現狀，分析“算法與數據結構”實踐教學改革實施的原因，提出適合地方高校計算機類專業“算法與數據結構”實踐教學的改革方案，經過這幾年的教改試驗，得出該實踐教改方案的可行性和有效性。

關鍵詞：算法與數據結構；實踐教學；課程設計；CDIO

1.地方高校計算機類專業“算法與數據結構”實踐教學現狀和問題分析

通過調查山西省高校（如山西大學、太原理工大學、太原師范學院、山西大同大學等）計算機類專業“算法與數據結構”的教學情況可知，理論課和實驗課的課程比例有以下幾種：3：2，3：1，4：1，個別學校不開實驗課，但大部分學生和老師反映實踐教學沒有達到預期效果，有以下幾點原因：

（1）實驗形式單一，項目陳舊。

（2）實驗成績多以實驗報告為主要內容來確定，導致學生忙于應付實驗報告，未能積極面對實踐環節中出現的問題。

（3）學生對程序設計課程的學習不夠深入，普遍編程能力較差，導致實踐環節不能達到預期效果。

（4）學生對數據結構在實際問題中的應用缺乏了解，大多數同學沒有見過具有實際意義的題目，更不知道如何用“算法與數據結構”來解決實際問題。

2.地方高校計算機類專業“算法與數據結構”實踐教學的改革方案

針對行業、企業對計算機類專業人才的要求進行了調查。調查顯示，相關企業人力資源主管較為青睞擁有編程能力、操作系統知識和數據庫知識的人才；而項目主管則更青睞編程能力、數據結構知識和算法知識3種技能。此外，依次具備數據庫知識、軟件工程知識和操作系統知識的人才也是備受市場青睞的主要人才。值得注意的是，畢業生的實踐經驗也是相關企業招聘員工時要考察的要素之一，一些企業甚至要求應聘者有項目研發的相關實踐經驗（見表1）。

鑒于以上對計算機類專業人才的要求，結合“算法和數據結構”課程的實踐教學，做出以下的教學改革方案。

2.1實踐教學環節改革

多年來，“算法與數據結構”課程的實踐教學只是單純的課內實驗，由“線性表的操作”“棧和隊列的操作”“二叉樹的操作”“圖的操作”和“查找、排序的操作”等5個實驗項目，12個課時組成，都屬于驗證性實驗。為了能夠培養出滿足社會需求的計算機人才，筆者進行了幾輪“算法與數據結構”實踐教學環節改革，摸索出了多層次、多環節的實踐教學方案。

“算法與數據結構”實踐教學總體分為兩個環節：課內實驗環節和課程設計環節。課內實驗環節安排在各章理論課學習完后進行，包含驗證性實驗、綜合性實驗和創新性實驗3個層次。課程設計環節專門利用一周時間進行。以上各個環節相互銜接、相互滲透。多層次的實踐環節能夠提供給學生不同的體驗，激發學生的興趣，同時，分組課程設計鍛煉了學生團隊合作、分析問題和解決問題的能力，從而加強了學生面對實際問題時實戰能力的培養。

2.2實驗教學內容改革

首先，對“算法與數據結構”課程的計劃課時做了調整，理論和實驗比例調整為3：1，隨之，將實驗項目也做了調整。對應于每一部分的理論課程學習內容，線性結構、樹形結構、圖狀結構為驗證性實驗，同時為了讓學生了解對應的應用，設置項目時，答案在教材中，問題在生活中，建立面向問題求解的實踐教學模式，以實際問題求解為最終目標來組織和設計實踐教學內容。例如，在線性表的實驗中，為了驗證線性表的基本操作，提出了一個日常生活中常見的問題——通信錄的各種操作。見到這個題目，第一，學生首先要分析通信錄是否符合線性表的所有特點；第二，學生根據線性表的基本操作完成通信錄的各種操作；第三，學生不能完全抄襲書上的算法，需要適當的變通。這樣，既驗證了教材中所學的理論和算法，激發學生的興趣，同時還能了解線性表在實際生活中的應用。

對應于查找、排序這兩部分的內容，設置一些綜合性實驗，例如成績管理系統、家譜管理系統等，旨在全面地應用“算法與數據結構”中學到的理論和算法。

最后，為了培養學生的創新能力，要求學生根據所學知識，自己找到感興趣的問題，編寫一個小型的系統，題目自擬。

2.3實驗教學考核改革

以往的實驗成績是5個項目的平均分，而每個項目的成績由出勤和實驗報告組成，沒有體現出學生實驗課上的具體表現，實驗報告也只是把運行代碼抄一遍。鑒于以上原因，對實驗教學的考核進行如下改革：第一，注重實驗過程；第二，實驗報告中要求寫出運行結果與分析。

2.4基于CDIO理念的課程設計

“算法與數據結構”的課程設計在課程結束后，專門用一周時間進行，作為一門獨立的實踐課程，占1學分。這一階段主要目標：一是加深學生對算法與數據結構的理解，能應用學習過的數據結構，根據實際問題定義數據結構，培養學生的應用能力；二是培養學生的實踐能力、團隊合作能力和創新能力。

在“算法與數據結構”課程設計教學中，融入CDIO理念。CDIO于2000年由美國麻省理工學院和瑞典皇家工學院等4所大學聯合提出，是將“做項目中學習”貫穿工程項目構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運轉（Operate）4個生命過程的教育創新模式。它是一種“基于項目的教育和學習”方式，讓學生主動地、實踐地參與到理論到實踐的轉化過程中來，更加重視學生實踐的積極性和主動性，更加注重培養學生的團隊意識和創新能力。

具體實施方案：

第一步，由“算法與數據結構”課程組提出一些備選題目，每個備選題目給出基本要求、要實現的基本功能。

第二步，為了全面提升學生的綜合能力，學生首先按照自愿的原則分組，4-5人一組，并選派1人擔任組長，采用組長負責制；組長組織小組成員選題（當然學生也可以自己構思一個項目），討論題目的要求、用到的數據結構、需要實現的基本功能、還需拓展的功能，對設計任務進行責任劃分安排，每個成員都有需要自己獨立完成的具體任務，做到每個模塊相對獨立，模塊間相互聯系，分工合作。小組成員編寫完自己的模塊程序，組長集合大家將各個模塊程序組合在一起，準備接受指導教師的驗收。教師在整個過程中做好監督和輔導工作。在這個過程中，學生做到完成了CDIO中的構思、設計和實現。

第三步，項目完成后，課程設計的考核采取小組答辯的形式。指導教師不僅要查看整個項目功能的完整性，對其中的問題提出質疑，還要讓小組成員敘述自己的部分，以防有“渾水摸魚”的學生。

2.5課程后續實踐環節——程序設計競賽

部分學生經過“算法與數據結構”課程的學習，實驗與課程設計的實踐訓練，已經能夠在規定時間內，在面對實際問題時能夠通過分析問題，建立數學模型、選擇合適的數據結構以及設計具體算法策略，并在計算機上編程實現嘲。為了檢驗學生解決問題能力和編程能力，應鼓勵學生參加各級各類程序設計競賽。2010年至今，太原師范學院計算機科學與技術系經過實踐教學改革的學生參加了藍橋杯省賽和全國決賽，分別獲得了一等、二等、三等和優秀獎數十項。

3.結語

經過幾輪“算法與數據結構”實踐教改的摸索和試驗，實踐環節更加多樣化，實驗內容也在不斷地更新和完善。通過這幾輪一系列的實踐教學改革，增加了學生的學習興趣，開拓了學生的視野，培養了學生的應用能力、發展能力、團隊合作能力和創新能力，積累了學生的實踐經驗，同時也為各類與程序設計相關的競賽培養了大量人才。