以“工程实践”能力培养为导向的《数据结构》课程实践教学体系的构建

赵立双，王丽君，孙 蕾

（1.渤海大学 信息科学与技术学院，辽宁 锦州 121013；2.渤海大学 大学计算机教研部，辽宁 锦州 121013）

学校教育必须与世界接轨，以人为本，因材施教，培养学生的实践和探索创新能力已经成为21世纪教学改革的主旋律。随着教学改革的全面实施，传统的实践教学模式已经不能满足现代教育理论的需求，因而急需提出一种既能贯彻先进的教育理念，又能适合教学实际的实践教学模式，这种教学模式要既有理论上的科学性与先进性，又有实践上的可行性与实用性。本文在相关文献的基础上，对现行的《数据结构》实践教学模式进行分析研究，从中取长补短，提出了以“工程实践”能力培养为导向的《数据结构》课程实践教学模式，以满足教学改革的要求。

1 《数据结构》课程的特点和实践教学的地位

数据结构课程理论知识抽象、内容庞杂，但是通过教师的讲授，学生能够基本掌握该课程的重要理论和基本原理。笔者对所教授的信息学院09级1-3班和10级12-13班学生进行了《数据结构》课程问卷调查，调查结果表明：65%以上学生基本能够掌握教师所讲授的内容，但涉及到具体的算法验证、分析与设计情况则不容乐观。35%的学生仅是按照书中的算法进行验证，能进行简要的分析。当谈到设计算法解决实际问题时，90%的学生在实际学习过程中经常觉得教材所讲授内容与解决实际问题的算法设计、实现相距甚远，遇到问题感到无从下手，解决实际问题情况的不理想也制约了学生对基本理论的深入理解，降低了学生学习的兴致。

因此，实践教学是数据结构课程教学过程中必不可少的环节[1]。只有将实践和理论紧密结合，互为补充，才能使学生尽快掌握数据结构的逻辑特性和物理表示、数据结构的选择及算法设计方法，并能够利用基本算法分析解决实际中的问题。基于此，如何更好地进行实践教学是笔者一直致力于探讨的问题。

2 现有《数据结构》课程实践教学现状分析

数据结构课程不仅需要学生掌握理论知识，同时还需要通过实际应用提高学生的工程实践能力[2]。虽然现在许多高校越来越重视实践教学，对提高教学效果和学生分析问题、解决问题的能力起到一定的积极作用，但当前的实践教学还存在如下问题。

2.1 先修课程知识掌握不牢

C语言程序设计是《数据结构》的主要前导课程。C语言一般开在大一第二学期，是学生最先接触的程序设计语言，一学期的学习时间，大部分学生花费在基本概念及简单程序的编写上，对数组、结构体、指针等复杂的数据类型掌握不够[3]。而恰恰这些内容是数据结构课程的重要基础，在数据结构课程中使用频率很高。由于C语言知识不足，刚开始学习数据结构学生普遍感觉就很吃力，久而久之，丧失对该课程学习的兴趣和信心。

2.2 学生对课程用途不明，认识不深

数据结构实验一般是在有限课时内完成对数据结构和算法的分析、设计及应用，程序设计中通常不涉及界面问题，而部分学生往往只对直观和容易上手的可视化编程 （如VB程序设计）感兴趣。因此部分学生对这种基本的程序设计训练兴趣不高，对实验的重视程度不够，往往抱以应付的态度。

2.3 实验学时不足，实验项目单一

数据结构课程知识点较多，而且基本都是比较重要、需要掌握的知识点，在实验教学中要尽量都兼顾到，但实际上实验的学时又比较有限，因此在实验内容取舍和实验时间安排上就产生了矛盾，如何在二者之间取得平衡就成为一个比较重要的问题[4]。另外，实验项目往往比较单一，在实验项目的设置中，验证性实验较多，设计性、创新性实验不足，缺乏综合的实验项目，实践教学没有形成体系。

2.4 考核方案不合理，实践效果不显著

当前的实践教学教师基本是根据学生平时提交的作业和学期末的上机考试给出相应的成绩，教师多数是通过实验的结果来验证算法的正确性，很少有足够的时间仔细阅读每个学生的程序，实验抄袭现象越来越严重，挫伤了学生学习的积极性。另外，教师基本都是通过检查代码和实验题目完成情况来检验学生的实践效果，实验内容基本都是对课堂教学内容进行验证，学生即使完成实验，解决实际问题能力也得不到提高，实践效果不理想。

3 《数据结构》课程实践教学体系的构建

我们要从长期形成的实践教学的定势中解放出来，注重从传授知识向培养知识迁移能力、独立分析问题和解决问题的能力、动手能力、创新能力转变，从以教师为中心向以学生为主体的实践教学模式转变，探索有效应用于实践教学的途径与方法。以“工程实践”能力为导向的《数据结构》课程实践教学体系结构如图1所示。

图1 《数据结构》课程实践教学体系示意图Fig.1 Practice teaching system graph of“Data Structure” course

3.1 梳理实验教学内容，培养学生工程实践能力，创新能力

数据结构实验遵循“由简又深”、“由易到难”的规律，梳理教学内容，将实验分为验证型实验，综合性实验，课程设计和创新型实验4大层次，如图2所示。

图2 《数据结构》课程实践教学层次示意图Fig.2 Practice teaching hierarchical graph of“Data Structure” course

验证型实验是对书本知识点的体现，侧重加深学生对基本结构的理解，掌握基本的实践技能，为后续高层次的实践奠定基础，是课堂教学的延伸与补充[5]。

通过完成验证性基础实验，学生对教学内容和要求有一定的了解并掌握初步实验的方法。为了进一步引导、培养学生自己获取知识的能力，在学期中后期，再布置1、2个综合性实验题目在课外开放实验室完成。综合型实践用到课程中的许多知识点，将所学的数据结构思想应用到软件开发过程中。

课程设计型实验是将所学的多个知识点去解决特定的问题，获取知识初步应用的能力。

创新型实验是激发的培养学生创新能力，工程实践能力的活动，培养具有创新精神和实践能力的有高素质的人才是当代教育的目标，也是学校教育的归宿。旨在通过实践活动培养学生的创新能力，由旧知识建构新知识，达到学习的目标。

3.2 改革实验教学方法

在教学方法上，不再简单停留于教师讲解和安排完实验任务之后就由学生按部就班地完成实验的形式。而是用启发式教学论的思想来进行教学[6]。按照教育心理学的观点，学习分为机械学习和有意义学习。传统方式下学生处于一种近乎机械学习的状态。这种教学条件下，学生通常并未理解由符号所代表的知识，而仅仅记住了某些符号的组合或词句。教师在课前和课中针对实验中遇到的问题的指导就尤为重要。

3.3 改革实验教学手段

数据结构理论性也很强。可充分利用网络和多媒体手段进行计算机辅助教学。教师在实验课时可以应用电子教室对学生进行讲解，还可以应用电子教室的诸多功能，如监控、与学生个性化交流，个别辅导等功能来与学生进行更好，更及时的交流，达到因材施教的目的。同时还可鼓励学生通过图书馆、电子数据库和因特网等途径获取学习资料，加强自学。从而使学生有更多精力来关注数据结构和算法的设计本身。

3.4 实践考核方式的转变

实践教学的考核不能完全附属于理论教学，要从严考核、单独考核，将考核的重点放在学生在实践教学过程中所表现出来的主动性与创新性。学校也应对学生的实践教学效果通过抽查的形式作进一步的检查，并制订完善的实践教学评估体系。

3.5 《数据结构》课程实践教学平台的搭建

全面使用动画、图片、文本等多媒体技术，恰当利用多媒体的图、文、声特性完成实践教学平台的构建，通过网络突破空间和时间的限制，方便师生、生生之间的专题交流，为学生提供丰富的实验资源。

4 结束语

实践教学是数据结构课程教学不可缺少的环节，对课程的学习发挥着非常重要的作用。笔者根据课程的特点和新的人才培养目标，以“工程实践”能力为导向，从实践教学内容，实践教学方法与教学手段、考核方式和实践教学平台的搭建五个方面进行教学改革与教学实践，构建了数据结构课程实践教学体系。多年的教学实践表明，此教学体系有利于调动学生的学习积极性，提高学生解决问题的能力、实践创新能力。但由于作者的能力有限，此实践教学体系还有许多不足之处，在今后的实践教学中，需要进一步探索与实践，适时调整实践教学内容、改进教学方法，争取取得更好的教学效果。

[1]徐慧，郭荣祥，周建美.多维一体的“数据结构”实践教学系统的构建[J].计算机教育，2011（10）:66-70.

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[2]王晓杰，王芸.工程化方法在《数据结构》实践教学中的应用[J].福建电脑，2011（3）:182-183.

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WANG Tao-chun，LUO Yong-long，ZUO Kai-zhong.Practice and discussion on data structure teaching based on the online evaluation[J].Computer Education，2010（10）:88-91.