基于CDIO模式的数据结构与算法教学改革研究

2014-04-17曹海燕

江苏第二师范学院学报 2014年11期

关键词：数据结构动手算法

曹海燕

(东南大学数学系，江苏南京 211189)

基于CDIO模式的数据结构与算法教学改革研究

曹海燕

(东南大学数学系，江苏南京 211189)

CDIO模式是近年来国际上流行的工程教育概念.该模式更注重培养学生的动手能力和实际工作能力，目的是培养优秀工程师.要用CDIO模式指导数据结构与算法教学即重视学生的动手能力、提倡用中学、学生自主学习和团队合作.新的教学方案应当包含：完善教学指导思想、优化教学团队、突出学生自主性和制度考核评定的新标准.

CDIO模式；数据结构与算法；教学改革

1 引言

CDIO工程教育模式是麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的研究小组自2000年起，经过四年研究开发出来的一种全能的工程理念.CDIO的四个字母具体含义为：构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate)，它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动、实践、课程之间有机联系的方式学习工程[1].CDIO模式从建立之初就受到好评，自2005年起越来越多的知名大学引入了这一机制.我国也从2007年开始引进CDIO模式的工作，新标准对于工程教育尤其是计算机类课程作用明显.

目前，在数据结构与算法课程教学中运用CDIO模式的研究主要定位于宏观指导，对于推行中诸多细节，还缺少足够的研究.本文尝试从指导思想、师资力量、选取案例、量质结合、注重实践的角度，对运行CDIO模式强化数据结构与算法课程教学进行探讨.

2 数据结构课程教学中存在的问题

文章对各类问题进行梳理，总结了以下几方面亟需解决的问题类型.

2.1 教学指导思想偏重理论

数据结构与算法课程已经存在近30年，部分教师在教学过程中自然而然地认为这门课是偏重于纯理论的基础课程，没有从提高实践性、动手能力方面改革课程的教学方法[2].当前的CDIO推行不满10年时间，这种新的方法是否可行，是否适合本专业都是需要检验的课题.教学指导思想的趋势是更注重实践，但这个过程还需要时间.

2.2 理论课与实践课比例不当

理论课安排过多，时间过长.一方面，教师讲得过细，花费了大量时间.大学课程应以学生自学为主，教师的作用在于引导.另一方面，实验课安排得太少，部分基础差的学生学习效果不明显.在数据结构算法教学中要杜绝内容和形式上的古板，要在激发和培养学生实践和动手能力上下功夫[3].

2.3 知识点老化严重

数据结构是一门历史悠久的课程，但是要想通过授课让学生们动手能力加强，就必须经常变更教案，追踪前沿.当前在数据结构与算法教学中存在更新严重滞后，一本教案用几年、十几年、甚至教材换了教案依然是旧的.教给学生的是已经被社会淘汰的技术.根本无法提高学生的实际动手和运用知识的能力[4].

2.4 考核方法不科学

纯理论的考核方法导致了教学中的不注重实际动手能力.学生应付考试的能力来自于习题的熟练程度，而不是实际项目或者各类教案中知识技能的积累和感悟.学生不能体会到如何选定一个优秀项目、如何正确进行团队分工和合作、如何把握项目进展的进程和节奏.学生接触不到科技最前沿、了解不到基础与尖端的逻辑关系.

3 CDIO模式在数据结构与算法教学中的指导原则

CDIO模式对数据结构与算法课程的指导体现在如何将该课程与实际案例相结合，提高学生的动手能力.主要包含以下几个方面：

3.1 重视实践和动手能力

CDIO模式主要思想的重点在于实践和运行.数据结构与算法课程只有同实际案例结合起来，才能体现出在理论指导下的实践和动手能力,该模式在学习中融入实习内容，无论老师还是学生，在各种项目过程中自觉分析问题、解决问题，在各种优选方案中，自觉了解当前科技主流和前沿趋势，做出自己的判断.大量的案例将大幅度提高实践和动手能力.

3.2 提倡自主学习、自主解决问题

培养学生自主能力是CDIO模式的前提和基础，在数据结构与算法课程教学中要尽量在此基础上提高效率.一般来说可采用三种方法.一是通过知识点的罗列，安排学生自主学习.教师针对必须把握的知识点，向学生推荐部分必读书目，同时要求学生自己追踪，阅读文献[5，6].二是学会比较学习.鼓励学生不盲信教材，而是通过实际比对，理解为什么这种观点是主流和经典的，其它观点是为什么在实践中被逐渐淘汰的，提出观点当时的思路是什么，有没有不同的理解方法.三是头脑风暴法.教师以平等的身份，参与学生讨论，针对某个知识点，师生自由提出自己的观点.教师仅仅是主持，不对学生提出讲评，让学生事后自己分析，启发各自的思维，加深对知识点的理解.

3.3 专业能力与团队合作并举

CDIO模式承认在研究团队中的能力不均衡，强调以最佳模式配备研究团队.教师在教学过程中应当有意识地让学生展示各种能力，成为优秀团队的设计者.一是发掘学生能力.在学习、讨论过程中注意记录小组成员的表现.通过三到五轮有准备观察，并结合学生的相互评价，选拔优秀的组织者和实施者.二是团队中的分歧与合作.在一个研究团队中，既要保证研究方向不偏差，也要让成员有思想碰撞的过程，通过辩论，让新思想新思路得以产生.同时要兼顾经济性能、社会影响，凡是能简化的要尽量简化，强调用户界面的直观、易操控性[7].

4 CDIO模式指导下的数据结构教学改革

通过对当前数据结构教学过程中存在问题的分析、对CDIO模式的基本情况以及在指导数据结构教学过程中应把握的基本原则的了解，数据结构课程的教学改革应当采取如下措施：

4.1 完善教学指导思想

CDIO模式突出了工程基础知识、个人能力、人际团队协调能力和工程系统能力四个方面，我们在完善数据结构课程教学指导思想时应当充分考虑到这四个方面.为此，教学指导思想应当包含以下几个方面：一是以CDIO模式为基本环境.应当以“做中学”、“基于项目的教育学习”为宗旨，着力培养四种能力，并围绕上述目标进行详细规划，制定目标和标准.二是一体化教学计划.新计划要大幅减少基础理论的权重，可将涉及工程的一系列课程进行整合，增加知识的综合运用能力.比如数据结构课程可以和C语言进行整合安排[8].三是职业训练计划.纳入CDIO模式后，必须将学科学习与职业训练相结合，要在大学期间融入优秀工程师的职业训练，实际上也是四种能力培养的又一次强化.

4.2 优化教学团队，提高教师CDIO素质

提高教师的CDIO素质可以从以下几个方面进行：一是理论学习.学校要组织教师参加CDIO模式的培训，听取国内外院校机构的经验介绍，掌握CDIO的基本思想.实现从注重基础到重动手能力的转变，不仅要学习指导思想，还要学习如何有效地设定目标，划分学习团队，选择实验项目，如何培养优秀工程师，如何实现团队合作等.二是学术交流探讨.教师要密切关注国内外CDIO的最新动向，注意收集相关资料.与国内外同行及时互通和探讨.主动总结经验，参与学术交流[9].

4.3 突出学生自主性

从当前情况看，学生自主能力是一个弱项，而其中的原因与学生的教育经历和背景有着相当的关系.许多大学课程仍然采用中学时的灌输式方法.数据结构与算法课程教改中，教师应当坚持三个方向：一是基础课时压缩.老师讲课不能面面俱到，授课前安排学生自学.指导学生制定学习计划，鼓励自主阅读和讨论.二是提倡做中学.不必等到学生基础知识掌握牢靠以后再安排实验和项目，要有计划地加大项目的强度，使学生在项目过程中自己摸索解决问题，和团队一同进行探讨.在基础知识和实际动手能力方面，适当地倾斜后者.三是强化过程指导和考查.为防止学生因遭遇问题较多产生懈怠心理，教师要制定完备而周密的指导考查计划，随时检查项目进度，看学生在遇到问题后是否开动脑筋，设法解决.

4.4 考核评定的新标准

制定考核评定的标准应基于两个方面的考虑：一方面通过考核要使教师和学生自觉以CDIO模式为前提开展数据结构课程的教与学，避免推行CDIO模式流于形式化.另一方面考核标准要纳入CDIO模式原则和相关标准，要实现从基础理论考核为主转变为“做中学”、自主学的实际动手能力考核.新标准要确立两个主体、三个客体：两个主体就是学生和教师.不光考核学生的基础知识、自主学习能力、团队合作能力和工程软件项目能力，而且要考核教师的CDIO模式运用能力、教师专业素质能力和调动学生兴趣能力[10，11].三个客体是指考核的测评方：一是学校教学部门.主要考核教师的CDIO教学能力和学生最终学习实践能力，通过考核促进CDIO模式的推广和学生全方位适应用人单位要求.二是合作项目单位.合作项目单位通过项目完成情况，对学校、教师、学生的实际能力给予评价.三是授课教师.教师通过全过程的授课情况、学生完成项目情况、在项目合作中的表现和全课程中的自我学习情况，结合基础知识考核给出学生综合分.

5 结语

CDIO模式是当前探索的行之有效的培养优秀工程人才的教学模式，但具体到本学校、本专业、本课程中，还需要不断探索和完善.在数据结构教学过程中运用CDIO模式是解决当前软件人才培养中学用脱节、不适应职业特征要素的有效举措，通过坚持CDIO模式的一系列原则、要素，学生将更易牢固把握知识要点，动手能力更强，更能适应社会用人单位的要求.

[1]金静,杨朝霞.现代教学模式与CDIO理念在数据结构课程中的实践[J].高等教育,2011(5).

[2]胡文龙.基于CDIO的工科探究式教学改革研究[J].高等工程教育研究,2014(1).

[3]张国斌,张树军,刘春城,等.基于CDIO模式的学生实践能力的培养[J].实验室科学,2014(2).

[4]张伟,王丽云.CDIO教学改革中的教学质量评估系统[J].辽宁大学学报,2013(3).

[5]张婧,韩雁,梁志星.基于CDIO项目教学的教师能力培养[J].重庆理工大学学报,2013(11).

[6]田海梅,朱保平,陈爱萍.基于CDIO模式的综合项目改革的实践[J].实验技术与管理,2011(4).

[7]范会联,仲元昌.基于CDIO理念的软件人才培养模式探索[J].实验室研究与探索,2012(1).

[8]张乃孝.“数据结构”教学与教材研究[J].中国大学教育,2013(2).

[9]沈华.数据结构课内实践教学方案[J].实验室研究与探索,2013(10).

[10]秦玉平.数据结构课程实践教学改革与实践[J].渤海大学学报,2013(12).

[11]刘越畅，钟秀玉，钟治初，等.数据结构课程工程化实验教学的探索和实践[J].实验室研究与探索,2012(8).

(责任编辑周璇)