數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐課程教學(xué)改革探析

序論：好文章的創(chuàng)作是一個(gè)不斷探索和完善的過(guò)程，我們?yōu)槟扑]一篇數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐課程教學(xué)改革探析范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來(lái)更深刻的閱讀感受。

1引言

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)學(xué)科的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程之一，在計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)課程體系中起著承上啟下的作用[1]。該課程不僅為學(xué)科后續(xù)其他專(zhuān)業(yè)課程提供必備的知識(shí)儲(chǔ)備，更重要的是課程實(shí)踐中構(gòu)造性思維的鍛煉和良好的編程能力為學(xué)生畢業(yè)后從事本專(zhuān)業(yè)工作打下一定的基礎(chǔ)。因此，本文從學(xué)生知識(shí)能力和綜合素養(yǎng)的培養(yǎng)為出發(fā)點(diǎn)，提出利用綜合項(xiàng)目作為驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐教學(xué)改革。

2傳統(tǒng)實(shí)踐課程設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐課程傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)分為：基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)以及擴(kuò)展性應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。以線性表為例，基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括線性表中的插入、刪除、查找等基本操作的實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)主要圍繞將已實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)應(yīng)用到簡(jiǎn)單的問(wèn)題解決，如集合合并問(wèn)題、有序表合并問(wèn)題等。擴(kuò)展應(yīng)用實(shí)驗(yàn)則是結(jié)合實(shí)際問(wèn)題中的數(shù)據(jù)分析，對(duì)所學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改并設(shè)計(jì)相應(yīng)算法解決問(wèn)題，如一元多項(xiàng)式求和問(wèn)題[2]。通過(guò)實(shí)踐方式，學(xué)生能夠掌握常見(jiàn)抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型及其基本操作的實(shí)現(xiàn)，常用的查找算法、排序算法的實(shí)現(xiàn)并在非數(shù)值計(jì)算機(jī)問(wèn)題中能夠靈活運(yùn)用。但該方式的教學(xué)仍存在以下一些問(wèn)題。（1）學(xué)生從面向過(guò)程到面向?qū)ο蟮木幊趟枷朕D(zhuǎn)變有一定的難度。學(xué)生經(jīng)過(guò)一學(xué)期的C語(yǔ)言學(xué)習(xí)，但沒(méi)有經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)訓(xùn)練，仍然存在編程基礎(chǔ)差、代碼調(diào)式能力弱等問(wèn)題。這些因素會(huì)嚴(yán)重影響學(xué)生完成課程實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量。（2）學(xué)生編程能力參差不齊，教師指導(dǎo)無(wú)法具有針對(duì)性，課堂效率低下。課堂上教師對(duì)于實(shí)驗(yàn)講解過(guò)于詳細(xì)，導(dǎo)致學(xué)生獨(dú)立思考的能力被制約。反之教師講解的較為粗略或是只給題目、指導(dǎo)過(guò)少，學(xué)生遇到問(wèn)題則無(wú)法及時(shí)解決，可能出現(xiàn)嚴(yán)重復(fù)制他人代碼的現(xiàn)象。（3）課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)過(guò)于被動(dòng)化和模塊化。學(xué)生根據(jù)給定題目編碼實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)及解決給定問(wèn)題的程序，缺乏對(duì)課程內(nèi)容的自主思考。以至于在課程學(xué)習(xí)結(jié)束后，學(xué)生仍無(wú)法理解對(duì)課程前后內(nèi)容進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，對(duì)所學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合應(yīng)用的方法。（4）以學(xué)生提交解決問(wèn)題的程序配合實(shí)驗(yàn)報(bào)告作為考核依據(jù)的課程考核方式不合理。這種考核方式容易忽視掉學(xué)生的實(shí)際代碼編寫(xiě)及調(diào)試能力，必然導(dǎo)致課程設(shè)計(jì)的教學(xué)效果欠佳。在傳統(tǒng)實(shí)踐課程設(shè)計(jì)模式下，學(xué)生未能在實(shí)踐中理解構(gòu)造性思維方法，未能自主理解程序設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的關(guān)系。同時(shí)這種模式對(duì)于學(xué)生綜合素養(yǎng)方面未有明顯的鍛煉，與提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的教學(xué)目標(biāo)是相違背的。

3項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)實(shí)踐改革

本文結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，提出項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、線上線下相結(jié)合的實(shí)踐改革方案，將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)和綜合項(xiàng)目，具體特色如下：（1）利用線上實(shí)驗(yàn)測(cè)評(píng)平臺(tái)輔助基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)展。不受課堂時(shí)間和地點(diǎn)限制，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在題型、題量上設(shè)計(jì)可以更加靈活豐富。另外測(cè)評(píng)平臺(tái)有系統(tǒng)查看學(xué)生提交代碼情況等優(yōu)勢(shì)，有助于學(xué)生自主查閱資料解決問(wèn)題能力的提高。（2）增加綜合項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)部分。按照三個(gè)階段模擬項(xiàng)目開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)的流程，鍛煉學(xué)生綜合應(yīng)用結(jié)構(gòu)和算法解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。同時(shí)引入小組分工合作、項(xiàng)目文檔撰寫(xiě)、項(xiàng)目驗(yàn)收介紹等環(huán)節(jié)，進(jìn)一步鍛煉學(xué)生的綜合素養(yǎng)。實(shí)踐課程總學(xué)時(shí)為30學(xué)時(shí)，內(nèi)容按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用、綜合項(xiàng)目的調(diào)研選題、查找排序算法的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用到綜合項(xiàng)目的編碼實(shí)現(xiàn)及驗(yàn)收檢查等進(jìn)行安排。

3.1基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

實(shí)踐課的教學(xué)目的是通過(guò)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練對(duì)理論教學(xué)知識(shí)點(diǎn)中的重點(diǎn)難點(diǎn)加深理解，掌握綜合應(yīng)用所學(xué)技術(shù)解決復(fù)雜工程的能力。（1）基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括常見(jiàn)的抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型采用順序存儲(chǔ)或是鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)實(shí)現(xiàn)，經(jīng)典查找算法、排序算法的編碼實(shí)現(xiàn)并在非數(shù)值計(jì)算機(jī)問(wèn)題中進(jìn)行靈活運(yùn)用。基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)要求每個(gè)學(xué)生單獨(dú)完成，學(xué)時(shí)安排為22學(xué)時(shí)，跨度貫穿整個(gè)理論課的教學(xué)過(guò)程。該部分實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的主要目是對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論課程教學(xué)中的重點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行鞏固、強(qiáng)化，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)基本概念和編程技能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其算法的能力[3]。（2）實(shí)驗(yàn)教學(xué)借助現(xiàn)有成熟的拼題A程序設(shè)計(jì)類(lèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)輔助平臺(tái)進(jìn)行。教師利用平臺(tái)上豐富的題型設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，從判斷題、選擇題、程序填空題、函數(shù)題、編程題由易到難、由淺入深設(shè)計(jì)每章節(jié)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容[4]。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基本以填空題、函數(shù)題和編程題為主。教師設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并定時(shí)發(fā)布和結(jié)束題目集，學(xué)生在線提交代碼進(jìn)行測(cè)試。測(cè)評(píng)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)查看評(píng)測(cè)結(jié)果，結(jié)合評(píng)測(cè)結(jié)果提示學(xué)生能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題。教師也可以結(jié)合學(xué)生的提交情況，整理題目集中共同的問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)難點(diǎn)進(jìn)行有針對(duì)性的答疑解惑，從而提高課堂的效率。利用線上測(cè)評(píng)平臺(tái)，學(xué)生不受地理和課堂時(shí)間的限制，根據(jù)自身情況由易到難、循序漸進(jìn)地完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，有效提高其自主解決問(wèn)題的能力。

3.2綜合項(xiàng)目教學(xué)設(shè)計(jì)

綜合項(xiàng)目要求按小組進(jìn)行，每組學(xué)生不超過(guò)3人。該部分安排8學(xué)時(shí)，跨度為4周進(jìn)行。項(xiàng)目按照“調(diào)研選題-功能設(shè)計(jì)-詳細(xì)設(shè)計(jì)-編碼實(shí)現(xiàn)-測(cè)試-提交”這一過(guò)程進(jìn)行。（1）第一階段教師發(fā)布項(xiàng)目任務(wù)書(shū)文檔，布置項(xiàng)目調(diào)研選題任務(wù)。在任務(wù)書(shū)中明確項(xiàng)目選擇的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、查找算法、排序算法以及測(cè)試數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)等要求。選題以學(xué)生主動(dòng)、適度、適量為基礎(chǔ)進(jìn)行調(diào)研確定。每個(gè)小組可以結(jié)合學(xué)生自身能力進(jìn)行合理分工，要求每位學(xué)生都參與到綜合項(xiàng)目設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。在實(shí)施過(guò)程中，由于大學(xué)二年級(jí)的學(xué)生未經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)訓(xùn)練，普遍缺乏分析和編寫(xiě)較大程序的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于軟件開(kāi)發(fā)的基本流程全無(wú)了解，不具備駕馭全局解決實(shí)際問(wèn)題的能力。教師可以引導(dǎo)學(xué)生綜合利用已有知識(shí)和興趣點(diǎn)進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，盡量選題多樣化。該階段要求每個(gè)小組結(jié)合“項(xiàng)目的功能-擬選擇的結(jié)構(gòu)-擬實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)操作-結(jié)構(gòu)擬采用的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)-擬構(gòu)造的輸入測(cè)試數(shù)據(jù)-擬構(gòu)造的輸出測(cè)試數(shù)據(jù)”等內(nèi)容，完成項(xiàng)目初步計(jì)劃表。（2）第二階段項(xiàng)目編碼實(shí)現(xiàn)。學(xué)生利用C/C++等編程語(yǔ)言對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)、算法進(jìn)行編碼實(shí)現(xiàn)。該階段需要發(fā)揮小組的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，協(xié)調(diào)不同學(xué)生負(fù)責(zé)的功能模塊的開(kāi)發(fā)和調(diào)用關(guān)系[5]。教師結(jié)合各組制定的計(jì)劃表，監(jiān)督進(jìn)展情況，并作出實(shí)時(shí)的指導(dǎo)和答疑。（3）第三階段為項(xiàng)目的驗(yàn)收檢查，采用檢查系統(tǒng)代碼以及提交項(xiàng)目報(bào)告的方式進(jìn)行。系統(tǒng)檢查按照“功能演示-數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-算法設(shè)計(jì)-代碼介紹”流程進(jìn)行。小組成員針對(duì)自己完成的模塊進(jìn)行講解并回答教師的提問(wèn)[6]。教師從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和復(fù)雜性、算法設(shè)計(jì)的復(fù)雜性以及是否注意效率問(wèn)題、測(cè)試數(shù)據(jù)輸入輸出方式、項(xiàng)目的創(chuàng)新性等分別對(duì)每個(gè)小組的完成情況給出具體的評(píng)價(jià)。在系統(tǒng)檢查過(guò)程中，教師針對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的不足之處提出相應(yīng)的建議，并結(jié)合問(wèn)題的方式引導(dǎo)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法、程序設(shè)計(jì)關(guān)系進(jìn)行梳理，對(duì)復(fù)雜程序設(shè)計(jì)方法的掌握。

3.3課程的考核

包括基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)部分（50%）、綜合項(xiàng)目（40%）、平時(shí)表現(xiàn)（10%）三部分。平時(shí)表現(xiàn)主要是學(xué)生考勤、課堂紀(jì)律遵守等方面。基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)主要結(jié)合學(xué)生完成基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的數(shù)量以及獨(dú)立完成程度進(jìn)行打分。該部分由測(cè)評(píng)系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)作為參考。綜合項(xiàng)目部分主要以小組為單位進(jìn)行考核。教師從文檔的撰寫(xiě)質(zhì)量，項(xiàng)目展示的質(zhì)量、項(xiàng)目完成的飽滿(mǎn)度和復(fù)雜性、項(xiàng)目的創(chuàng)新性和實(shí)用性等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。學(xué)生個(gè)人能力考查由教師和組長(zhǎng)分別打分評(píng)價(jià)，教師結(jié)合學(xué)生個(gè)人對(duì)其在項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)部分的理解表達(dá)，以及和其他成員之間的協(xié)調(diào)合作等方面綜合評(píng)價(jià)。

4教學(xué)成效

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的課設(shè)改革目前在2021學(xué)年上學(xué)期、下學(xué)期分別對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)、軟件工程專(zhuān)業(yè)的2020級(jí)學(xué)生在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐課程教學(xué)中實(shí)施，并收到了良好的教學(xué)效果：（1）2021學(xué)年上學(xué)期項(xiàng)目選題共37組，其中采用2種結(jié)構(gòu)及以上的占81%，用到哈希算法的占3%。圖結(jié)構(gòu)及應(yīng)用選題1個(gè)，評(píng)選出優(yōu)秀作品2個(gè)，良好作品3個(gè)。而2021學(xué)年下學(xué)期項(xiàng)目選題54組，其中采用2種結(jié)構(gòu)及以上的占88.5%，用到哈希算法占21.2%。圖結(jié)構(gòu)及其算法的應(yīng)用選題增加了3個(gè)，最后評(píng)選出優(yōu)秀作品6個(gè)，良好作品8個(gè)。隨著改革措施的推進(jìn)，學(xué)生課設(shè)作品質(zhì)量有明顯的提升。（2）在2021學(xué)年下學(xué)期期末時(shí)，教師通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查方式獲取學(xué)生對(duì)實(shí)踐教學(xué)的反饋。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，94%的學(xué)生認(rèn)為經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)編程能力有所提高，99%的學(xué)生能夠接受線上提交測(cè)評(píng)的方式完成基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)。從測(cè)評(píng)平臺(tái)上獲取學(xué)生習(xí)題集完成情況的數(shù)據(jù)分析表明：2021學(xué)年上學(xué)期習(xí)題集完成80%以上的學(xué)生數(shù)占比約88.7%，2021學(xué)年下學(xué)期習(xí)題集完成80%以上的學(xué)生數(shù)占比約93.4%。可知利用在線程序設(shè)計(jì)類(lèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)協(xié)助基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)施，有效提高實(shí)驗(yàn)效率。（3）針對(duì)綜合項(xiàng)目的問(wèn)卷調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，96%的學(xué)生認(rèn)為綜合項(xiàng)目有效提高自己對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的綜合應(yīng)用能力；63.5%的學(xué)生認(rèn)為綜合項(xiàng)目能夠幫助自己更為系統(tǒng)地理解程序設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的關(guān)系，編碼能力得到了鍛煉；還有35%的學(xué)生反應(yīng)對(duì)于部分結(jié)構(gòu)的應(yīng)用還不是很懂；57.5%的學(xué)生認(rèn)為自己在綜合項(xiàng)目上的表現(xiàn)已達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

5總結(jié)

傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)方式側(cè)重于學(xué)生知識(shí)能力的積累以及編程能力的鍛煉，而在學(xué)生綜合素養(yǎng)方面的培養(yǎng)考慮較少。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的實(shí)踐教學(xué)模式前期利用在線測(cè)評(píng)系統(tǒng)輔助基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法實(shí)現(xiàn)原理的理解，有效地鍛煉其自主學(xué)習(xí)能力的教學(xué)目標(biāo)。實(shí)踐教學(xué)后期引入綜合項(xiàng)目，有效地驅(qū)動(dòng)學(xué)生自主使用課程知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。通過(guò)實(shí)踐加深對(duì)理論知識(shí)的理解、對(duì)程序設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法關(guān)系的理解，提高學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力。該教學(xué)設(shè)計(jì)不僅訓(xùn)練了學(xué)生復(fù)雜工程的編碼能力，同時(shí)激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情，對(duì)學(xué)生的溝通、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、文檔撰寫(xiě)等綜合素養(yǎng)進(jìn)行了培養(yǎng)。這一學(xué)年實(shí)踐課程改革的教學(xué)效果比傳統(tǒng)的教學(xué)模式有顯著提高，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性得到充分調(diào)動(dòng)。但在實(shí)施過(guò)程中仍存在很多問(wèn)題：如何引導(dǎo)學(xué)生選題多樣化，項(xiàng)目中復(fù)雜算法的應(yīng)用；項(xiàng)目文檔的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、項(xiàng)目過(guò)程管理、課程考核的細(xì)化等方面需要在今后的教學(xué)中不斷改進(jìn)完善。

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作者:陳亦萍 單位:福州大學(xué)至誠(chéng)學(xué)院計(jì)算機(jī)工程系