融入CDIO理念的數據結構課程教學探索

李燕++代仕芳++蘇杭麗

摘 要： 數據結構課程的“教”和“學”均面臨著理論知識如何與項目實踐相融合的問題。文章基于目前工程教育領域興起的CDIO理念，研究、探索以項目驅動的方式開展數據結構課程教學。提出分層組織教學內容、更新教學方法、拓展教學實踐和重新制定考核標準等，將CDIO理念融入課程教學中，進而有效提高教學質量。

關鍵詞： 數據結構； CDIO； 教學內容； 教學實踐； 教學考核

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2016）10-70-03

Exploration of the teaching of data structure course by integrating CDIO concept

Li Yan， Dai Shifang， Su Hangli

（College of Information and Engineering， Nanjing University of Finance and Economics， Nanjing， Jiangsu 210023， China）

Abstract： The same problem of how to integrate the theoretical knowledge with practical project exists in the "teaching" and "learning" of data structure course. On the basis of the CDIO concept which is rising in recent engineering education filed， the paper studies to carry out data structure course teaching of project driven. By hierarchically organizing teaching content， continually updating teaching method， greatly expanding teaching practice and reformulating assessment criteria， CDIO concept can be integrated into the teaching process， and then to improve the course teaching quality.

Key words： data structure； CDIO； teaching content； teaching practice； teaching assessment

0 引言

數據結構是信息技術相關專業一門重要的核心專業基礎課程[1-2]。該課程理論性相對較強，很多抽象的概念、經典算法的描述以及相應算法效率的分析都增加了學生學習這門課程的難度。而且很多學生在學習完該門課程后，由于無法將其與實際的項目實踐相結合，進而產生了所學知識無實用性的看法。

針對這一問題，高校的數據結構課程通常都配置了相應的實驗課程環節以培養學生理論聯系實際的能力。但在教學過程中發現，學生動手能力較差，實驗環節的收效甚微。造成這種現狀的原因可能與學生前期程序設計語言學習不夠深入有一定的關系，但更主要的原因還是學生在目前的課堂教學下對數據結構理論知識的理解往往浮于表面不夠透徹，做不到融會貫通、舉一反三，進而導致理論與實踐脫節。

CDIO是目前興起的一種工程教育理念[3]，它通過將產品研發的生命周期思想運用到工程類教學實踐中，讓學生以主動地、實踐地方式學習工程知識，培養學生的專業基礎能力、工程實踐能力、團隊協作能力以及綜合應用能力。現今，CDIO理念已經被很多高校引入到了工程教學之中并取得了良好的成效[4-5]。

本文將探索在數據結構教學中融入CDIO理念，對現有的數據結構課程教學模式進行改進，重新組織教學內容和教學方式，改革教學實踐設置和教學考核標準，使得學生通過“做中學”的方式在掌握課程理論知識的基礎上，能夠將所學知識靈活應用于實踐，進而達到提高數據結構課程教學成效的最終目標。

1 教學中面臨的問題

在實際的數據結構教學過程中，通常面臨著一些具體問題。

⑴ 教學內容的抽象性。數據結構課程的教學內容涉及到線性表、棧、隊列、樹、圖等多種邏輯結構，針對每一種具體的邏輯結構又分別介紹了相應的存儲結構并在此基礎上給出了許多算法的描述和效率分析。這些內容具有一定的抽象性，使得“教”和“學”均面臨著很多的困難。

⑵ 教學方法的滯后性。目前在數據結構課程的教學過程中，主要采用的教學方法還是以教師為主導的知識灌輸模式為主，忽略了學生的主體地位。即使在配置的實踐課程中，通常都是在教師針對某一具體算法，給出相應的要求和實現步驟的前提下，讓學生機械的編程去實現算法。這樣的教學方法使得理論和實踐產生脫節，很難調動學生學習的積極主動性，進而影響教學效果。

⑶ 考核方法的單一性。現在的數據結構課程考核方式大多還是以理論考試為主，這種過于單一的考核方式不僅無法全面反映實際的教學效果，還會直接導致學生對該課程學習興趣的缺失。

2 融入CDIO理念的教學探索

CDIO是由麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所高校經過四年的研究而創立的一種工程教育理念，其中：C（Conceive）表示構思，D（Design）表示設計，

I（Implement）表示實現，而O（Operate）則表示運作。該理念的核心在于，在工程實踐過程中讓學生以積極主動的方式學習專業基礎知識，力求達到理論與實踐的完美融合。鑒于上述數據結構教學中所面臨的各項問題，在課程教學實踐中多方位的融入CDIO理念，必定可以有效提升整體的教學效果。

2.1 分層次的教學內容組織

數據結構課程的教學內容主要可以分為兩大部分，即基本數據結構的描述和數據結構的應用。具體而言，第一大部分主要是對線性結構（包括線性表、棧、隊列、串）、介于線性和非線性之間的結構（數組和廣義表）以及非線性結構（樹和圖）的介紹。這一部分所涉及的一些內容比較抽象，實際教學中發現學生容易混淆相關概念，對算法的理解和分析不夠到位，且很難將算法轉化為可執行代碼進而影響著理論知識在實踐中的應用。第二大部分的內容是基于基本數據結構，以不同的方式實現查找和排序這兩種最常用功能。如果前期的基礎不夠牢固，則這一部分知識的學習同樣存在困難。

為此，基于CDIO理念，本文首先構思以實際項目為驅動對教學內容進行分層組織。對于基本數據結構，首先設計出具有針對性的實踐項目，然后從中抽象出解決項目問題所用到的數學模型進而歸納到一類具體的邏輯結構上。在此基礎上，詳細介紹邏輯結構的基本概念、如何實現其在計算機中的存儲（也即存儲結構）以及一些基本操作的實現和性能分析。最后，基于介紹的理論知識，對最初提出的實踐項目進行編程實現。對于查找和排序這兩類基本操作，由于它們在很多實際項目中經常會被用到，因此，在設計實踐項目時將突出對這兩類操作的要求，以項目的實際需求去推動學生對這部分知識的學習。

以項目為引導的分層次的教學內容組織，不僅使得學生對在數據結構這門課程中所學的理論知識脈絡有了更為清晰的認識，而且在項目的驅動下，學生在學習的時候將更具有主動性、針對性和目標性，因而對數據結構的教學效果提升具有積極的推動作用。

2.2 創新性的教學實踐拓展

在以項目為驅動對教學內容進行重新組織的基礎上，本文還提出通過創新性的教學實踐來拓展，有效的實現“做中學”，使得CDIO理念能真正融入至數據結構課程教學中。

目前的數據結構教學中，最常用的實踐方式是通過設置對應的實踐課程指導學生將所學理論知識在編程實踐中進行應用。但是該方式一方面實踐程度不夠深入，另一方面僅憑授課教師一人的指導覆蓋面不夠廣。因此，在我們的研究探索中，首先考慮將本科畢業生的畢業設計與數據結構課程的教學實踐聯系起來。作為計算機相關專業的本科畢業生，在大四畢業時通常需要在老師的指導下獨立完成一項工程類的畢業設計，而其中很多學生的畢設選題會應用到數據結構中的相關知識。在這種情況下，可以將正在學習數據結構課程的低年級本科生進行分組后與大四學生進行學習對接，參與到畢業項目的設計環節中去。這種方式不僅可以讓高年級的學生引導低年級學生順利進入到項目實踐中去避免他們剛接觸到項目時的迷惘，同時也使得高年級的學生通過這樣的結對增強自己的團隊合作意識。

除上述方式外，通過與公司的合作使學生參與到企業的項目實踐中，使得學生真正感受到“學”能有所“用”，也是我們積極探索的另一種教學實踐拓展方式。具體而言，在設計課程的驅動項目之初，可以從企業的案例著手，選擇有代表性且能體現數據結構核心教學內容的實踐項目。在選定之后，可以以專題報告或實踐教學的形式邀請企業的工程師介紹項目的背景、所需的知識儲備以及實踐意義，為課程的學習奠定良好的開端。在驅動項目進行的過程中，也可以繼續和企業保持密切的聯系，進行專業性的指導。在課程結束后，可以通過社會實踐等形式安排學生進入企業進行實習，真正做到學以致用。

這些多渠道創新性的教學實踐拓展，可以將工程理念真正的貫徹到數據結構課程的實際教學中，實現理論與實踐的結合，達到提升教學效果的目標。

2.3 多元化的考核方法設置

目前專業課程的考核多是以理論考試的方式進行的，這種單一的考核方式容易模糊了課程學習的焦點，產生高分卻動手能力差的現象。在CDIO理念中，考核的目標不僅是學生對理論知識的掌握情況，更關注學生將學科知識應用到項目實踐的能力，因此，本文提出多元化的考核方式設置以配合項目驅動下的數據結構課程教學。

總體的考核以平時成績為基礎，理論考核為輔，項目成績為主的方式進行。具體而言，平時成績可以占到20%的比例，這里包括課堂考勤、平時練習、項目進行中的協作情況等；理論考核可以占到30%的比例，理論考試中不僅要包含基本的概念性知識，還要涵蓋算法的設計分析以及編程實現（這一部分可以借助上機考試完成），另外，考試的時間可以是在期末進行，也可以分為若干個節點進行；項目的成績將占到50%左右，在項目驅動的教學下，項目的完成情況將作為一項重要的考核標準，因為項目是隨著課程的推進逐步完成的，所以項目可以分階段的進行驗收，一方面可以避免最后工作量過于龐大，另一方面也可以盡量杜絕學生臨時突擊抄襲的現象。

多元化考核方法的制定，不僅可以隨時跟進學生的學習動態，以便教師在實際教學中對教學內容、教學方法以及教學進度等進行相應的調整，而且易于培養學生積極的學習心態、團結協作的意識以及項目實踐能力，進而促進課程教學效果的提高。

2.4 配套性的課程資源完善

在數據結構課程實踐中融入CDIO理念，相應的課程資源需要進行配套性的完善。首先要在專業建設方案中突出項目工程的重要性，提高實踐環節的比例（學分）；其次，數據結構課程的教案需要進行重新編制，其中要體現項目驅動下課程內容的組織以及教學方法的選擇；最后，課程的課件、習題庫等教學資源均需進行相應的更新以凸顯CDIO的工程理念。

3 結束語

本文針對目前數據結構課程教學中所面臨的典型性問題，探索將CDIO理念融入到課程教學中，并據此研究對教學內容進行分層次的組織、拓展教學實踐方式、設置多元化的課程考核標準，以及對教學資源進行相應的完善。這一基于CDIO理念的教學探索已經在實際的數據結構課程教學中逐步展開并取得了不錯的成效，相信在總結經驗，不斷改進后將會積極推動數據結構以及其他計算機相關課程的教學改革和創新，達到培養實用性人才的目標。

參考文獻（References）：

[1] 嚴蔚敏，吳偉民.數據結構（C語言版）[M].清華大學出版社，

2012.

[2] 沈華.數據結構及應用[M].機械工業出版社，2011.

[3] 胡志剛，任勝兵，吳斌.構建基于CDIO理念的一體化課程教

學模式[J].中國高等教育，2010.22：44-45

[4] 曾曉輝，文展，付琳.CDIO模式下的數據結構教學體系探索[J].

計算機教育，2015.2：36-38

[5] 劉麗杰，高軍，張強.基于CDIO理念的數據庫課程的教學改

革與探索[J].教育教學論壇，2015.15：76-77