基于CDIO理念的“数据结构”课程教学改革初探

史君华, 程舒慧，冯玉婷，郭玉堂

(合肥师范学院 计算机学院，安徽 合肥 230061)



基于CDIO理念的“数据结构”课程教学改革初探

史君华, 程舒慧，冯玉婷，郭玉堂

(合肥师范学院 计算机学院，安徽 合肥 230061)

细致分析了“数据结构”课程现状及存在的问题，介绍了CDIO工程教育模式，提出基于CDIO理念的“数据结构”课程在培养目标及课程标准修订、教学体系、教学方法、考核方式等环节具体的改革措施。实践表明，该项改革是必要且卓有成效的。

CDIO；数据结构；教学改革

1 “数据结构”课程现状与问题分析

“数据结构”是计算机及其相关专业最重要的专业基础课之一。通过该门课程的学习，使学生透彻地理解各种数据对象的特点，学会数据的组织方法和算法实现，从而进一步培养良好的程序设计能力。因此，“数据结构”课程的学习质量将直接影响计算机软件系列课程的学习效果，从而直接关系到对应的计算机类应用型人才培养结果。

目前，我校“数据结构”课程教学过程中主要存在以下问题[1]：(1)“数据结构”课程的学习，需要“高级语言程序设计(如C语言)”等课程的支撑，由于之前两门课程开设时间间隔一学期，“高级语言程序设计”没有学好的学生，就很难继续学习“数据结构”课程；(2)学生理解和学习能力有限，入门难，课程内容抽象、琐碎，涉及很多概念和算法，使学生难以构建完整的知识体系；(3)学生自主性、探索性学习不够，对知识掌握达不到深度，“被动学习”导致学生课上听的懂，课后看不懂的现象存在；(4)部分学生编程实践能力较差，算法转化为程序时，受到程序设计语言语法的约束，往往调试程序时间较长，一旦出错，就想放弃，使实践能力难以提高。

因此，我们引入CDIO工程教育改革的理念，紧紧围绕完成项目工作任务的需要来选择和组织“数据结构”课程内容，突出工作任务与知识的联系，让学生在职业实践活动的基础上掌握知识和技能，增强课程内容与职业能力要求的相关性，提高学生的实践能力和就业能力。

2 CDIO工程教育模式

CDIO代表构思( Conceive)、设计( Design)、实现( Implement)和运作( Operate)，是由美国麻省理工学院( M IT) 等四所大学合作开发的一整套工程教育理念和实施体系，是一种国际化高等工程教育的创新模式[2]。目前，国内有越来越多的高校基于CDIO 模式改革人才培养模式，优化课程体系，改进实践教学体系，让学生以主动的、实践的、课程之间有联系的方式学习，以培养能更好满足社会需求的工程技术人才。这种模式不仅注重培养学生扎实的专业技术知识，更关注对学生实践能力、团队协作和创新精神的培养。

3 基于CDIO理念的“数据结构”课程改革措施

3.1 深入学习CDIO理念，修订课程培养目标及课程标准，精心选择教学内容

将CDIO 工程教育理念引入“数据结构”课程培养目标，完善理论课程、实验课程及课程设计的标准体系。在制定CDIO的一体化课程培养目标时，通过知识间的关联，实现个人、团队，产品、过程等要素的发展，通过全盘考虑、综合设计与规划，确定知识目标、能力目标和素质目标，以及可实现且操作性高的课程标准。

教学内容方面，通过对已毕业学生的问卷调查信息反馈以及去企业实地调研，考虑本院学生学习实情，去除“广义表”、“B-树”等教学内容，突出应用性和实效性，让学生重点掌握每种数据结构的存储方式及其相应的算法和应用。

3.2 构建基于CDIO的“教—学—做—赛”一体化教学体系

为实现基于CDIO理念的“数据结构”课程培养目标，构建“教—学—做—赛”一体化教学体系[3]，包括理论教学、实验教学、课程设计及学生竞赛四个环节。学生在理论课程中掌握基本知识及原理，实验课程中将知识转化为实践技能，在课程设计中以项目的形式将各知识点串联，验收时要求提交课程设计报告并以小组的形式进行汇报、问答，这不仅强化学生构思、设计、实现及运作的系统能力，更培养了学生团队合作意识及创新精神。在课程设计中表现较好、学有余力或是对编程、课外活动颇感兴趣的同学还可以参加本院大学生创新竞赛团队，如仿人实体机器人创新小组、Robocup机器人足球创新小组，由专门的指导教师指导学生参加省级及国家级相关竞赛，在团队中开拓思维，努力创新，探索解决问题的方法，解决实际问题。

3.3 设计CDIO一体化教学方法

由于数据结构课程内容较分散，难点多，但各章知识点之间又有一定的联系，因此，在授课过程中，除了常规的教学方法之外，需灵活引入工程项目教学法，即在教学中将理论与实践有机结合，培养学生解决问题的综合能力。例如，在数据结构的首次课程中，可以将实际项目“班级成员管理系统”引入教学，与学生共同探讨，如何按照工程化的思路，根据需求分析、总体设计、详细设计、测试验收来解决问题，从而引出后面各章要学习的大致内容，给学生一个总体印象，明确学习各章所学的知识有什么作用和效果，并将这一例子穿插在整个数据结构课程教学中，如通过求解“班级成员管理系统”中数据如何增加、修改、删除，让学生学习顺序表、链表、队列等多种数据结构的初始化、增加(修改、删除)结点的算法等；通过对“班级成员管理系统”中数据的查找、排序，学习在不同数据结构上的查找和排序算法。以层层递进的方式引入知识点，为学生提供自主学习及探究学习的机会，克服学生对数据结构课程知识琐碎、零散的感觉，使学生直观地看到数据结构课程所学知识在实际项目中的运用。

3.4 丰富教学手段，利用网络多渠道为学生答疑、解惑

从学生的角度来看，常规的“数据结构”课程概念多且复杂，教学内容难以理解，而随着计算机科技的发展与网络多媒体技术的进步，多媒体辅助教学把文本、图像、动画等融入到传统教学中去，具有简单直观，形象生动，具体活泼的特点，从而可以使学生从感性上加强对数据结构的理解，已经成为传统教学方式的有力补充。

在丰富教学手段的过程中，必须要明确学生是主体，教师是提纲挈领，课件与演示是辅助理解，切忌让多媒体课件成为主体，不顾学生的理解与感受，要时刻体现学生的主体地位，在关键知识点与难点上一定要加强教师的讲解与引领，同时更加注重与学生的互动和反馈，避免学生成为课件的“看客”。

可以通过学校网站的“网络教学”，对该课程进行网络辅导答疑。在网站上上传本课程的资料，诸如课程PPT、习题答案等，并开设讨论区，使学生可以在网络上互相问答，从而让教师更快、更全面的了解学生的学习效果，及时解惑答疑。

另外，提倡教师和学生在课堂外，通过即时通讯、网上论坛、在线交流等多种方式进行互动与学习，有助于提高学生的学习兴趣和效率。教师可以指导学生观看“爱课程”网站上有关“数据结构”课程的教学视频，补充所学。

3.5 改革“数据结构”课程的考核方式

对学生的综合考核与评价是CDIO的重要思想之一，也是检验最终教学成果的重要步骤。单一的考核方式已经不能全面衡量一个学生的总体学习情况，要坚持理论与实践，过程监控与期末考核两手抓的原则[4]。根据我院学生的学情，数据结构理论课程的最后总评成绩由平时成绩(占30%)和期末成绩(占70%)构成，数据结构实验成绩由平时成绩(占50%)和期末成绩(占50%)构成，其中，实验课期末成绩首次采用浙江大学计算机程序设计能力考试(Programming Ability Test，简称PAT)平台，由学生上机考试决定，该平台是由浙江大学计算机科学与技术学院组织的统一考试，旨在培养和展现学生分析问题、解决问题和计算机程序设计的能力，能较科学评价计算机程序设计人才，真正检测学生实际动手编程及独立解决问题的能力，为企业选拔工程型人才提供了参考标准。

4 教学改革效果

通过对本院15网络工程班学生进行“数据结构”课程教学改革，取得较好的效果。首先，学生学习热情高涨，由于采用CDIO工程化教育的思想，学生在学习过程中，能及时将学到的理论知识应用于实践，通过对实际问题的解决，使学生进一步明确学习目的，从而能更好的进行主动学习；其次，学生算法分析、设计及编程能力大大增强，团队合作意识及综合能力进一步提升；另外，学生的创新能力得到锻炼，在近几年的大学生Fira及Robocup机器人大赛中，我院学生屡获佳绩，使学生体会到学习的乐趣，并为将来走向工作岗位打下坚实的基础。

5 结束语

在“数据结构”课程的建设过程中，我们引入并实施 CDIO工程化教学理念，针对培养目标及课程标准修订、教学体系、教学方法、考核方式等环节进行课程改革，提出“教—学—做—赛”一体化方针。实践表明，这种教学方式能够大大激发学生的学习热情，系统的提升学生对专业知识的主动学习及编程实践能力，同时也增强了学生的工程素养，从而培养出符合 CDIO 工程教育模式理念的“厚基础、强实践”的应用型人才。

[1] 李璟. CDIO理念与数据结构教学改革[J]. 牡丹江师范学院学报(自然科学版).2015(1):58-59.

[2] 李竹林, 张根耀, 王文发, 许淳. 基于 CDIO 的计算机专业课程教学改革与效果分析[J]. 计算机教育.2014(16):64-66.

[3] 曾晓辉, 文展, 付琳. CDIO 模式下的数据结构教学体系探索[J].计算机教育.2015,(2):36-39.

[4] 李璟, 刘怀愚. 基于CDIO 的数据结构实践教学改革与探索[J]. 赤峰学院学报(自然科学版 ).2015 (6) :266-268.

2016-12-10

安徽省质量工程教学研究项目(项目编号：2014jyxm282，2015jyxm272)、安徽省振兴计划——专业改造与新专业建设项目(项目编号：2014zytz021)

史君华(1981-)，女，副教授，安徽省合肥市人，硕士研究生，主要研究领域为人工智能与数据挖掘。

G64

B

1674-2273(2017)03-0071-03