CDIO理念在數(shù)據(jù)結構課程教學中的實踐

胡瑞娟

摘要：CDIO是一套工程教育理論和實施體系，針對目前數(shù)據(jù)結構課程教學內容抽象難懂的特點和教學過程中存在的問題，提出將CDIO工程教育理念應用到數(shù)據(jù)結構課程教學模式中，以學生為中心，提高數(shù)據(jù)結構理論與實踐相結合的教學效果，通過“做中學”和基于項目的教育和學習，培養(yǎng)學生的實踐能力、自學能力和團隊協(xié)作精神。

關鍵詞： CDIO；數(shù)據(jù)結構；課程教學

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）01-0078-02

數(shù)據(jù)結構是計算機學科的重要核心課程，在計算機課程體系中處于承上啟下的地位，它不僅是程序設計的重要理論技術基礎，也與計算機科學技術的其他領域如操作系統(tǒng)、編譯原理等也有著密切的關系。由于課程內容比較抽象，算法理解比較困難，要在有限的課時內使學生更好地理解課程的內容，掌握課程的重點，提高解決實際問題的程序設計能力，就必須打破傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)結構教學模式，融入一些新的現(xiàn)代教育的理念與方法，CDIO教育模式為我們提供了一個重要途徑。

1 CDIO工程教育模式

CDIO是由美國麻省理工學院、瑞典查爾姆斯技術學院、瑞典林克平大學共同倡導，集多國工程教育精英建立的一套工程教育理論和實施體系。CDIO代表Conceive（構思）、Design（設計）、Implement（實施）和Operate（運作），是“做中學”和“基于項目教育和學習”理念的集中體現(xiàn)。

2 《數(shù)據(jù)結構》教學的特點與現(xiàn)狀

《數(shù)據(jù)結構》教學過程中主要存在以下幾個方面的問題：

1）對于課堂教學，大多采用多媒體理論教學和上機實踐相結合的方式，但是目前的數(shù)據(jù)結構教學仍然非常重視理論教學，即存在“重理論、輕實踐”的現(xiàn)象，不利于學生實踐能力的培養(yǎng)。

2）雖然現(xiàn)在授課一直在提倡“以教師為主導，學生為主體”，但是在實際的理論教學環(huán)節(jié)通常仍然是以教師為主，學生充當“聽眾”，始終按著教師講解的思路去理解問題、記憶知識，即存在“教師講、學生聽”的現(xiàn)象，難以調動學生探討問題的積極性。

3）實踐教學環(huán)節(jié)中的實驗大多是驗證性實驗，缺乏與實際相結合的設計實驗和綜合性實驗，即存在“驗證多、設計少”的現(xiàn)象，不利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

3 CDIO對數(shù)據(jù)結構課程教學模式的啟示

CDIO以能力培養(yǎng)為主線，以任務驅動進行項目教學，考核實施過程監(jiān)控，通過構思、設計、實現(xiàn)、運作的完整過程，實現(xiàn)課程的“做中學”和“基于項目教育和學習”。對于數(shù)據(jù)結構課程教學，CDIO理念給我們帶來了很大的啟示，根據(jù)每節(jié)課程內容的特點選用以下教學模式展開教學。

3.1 問題驅動式教學

問題驅動式教學是為了激發(fā)學生的學習興趣，根據(jù)教學內容合理地設置問題引入教學內容的方法，采用“提出問題、分析問題、解決問題”的模式，組織學生進行思考、分析、討論與交流，這樣，學生能夠積極參與到學習中，而不再是被動地接受。

例如，在學習“?！边@部分內容時，教師可以提出比較有趣的“Hanoi塔”問題、八皇后問題或者迷宮問題讓學生思考，再逐步引出“?！钡南嚓P知識，然后鼓勵學生應用“?！本帉懰惴ń鉀Q這些問題并上機編程實現(xiàn)。以八皇后問題為例，提出問題可以教師口述如下：八皇后問題是一個古老而著名的問題，該問題是十九世紀著名的數(shù)學家高斯1850年提出的：在8*8格的國際象棋上擺放八個皇后，使其不能互相攻擊，即任意兩個皇后都不能處于同一行、同一列或同一斜線上，問有多少種方法。也可以用形象的圖示或演示軟件為學生展示問題，如圖1所示，左邊是初始狀態(tài)，右邊是假設第1個皇后擺放在第1列，那么第2個皇后從第2列第1行開始試探，如果不互相攻擊就將其擺放，第2個皇后擺放在第2列第3行的位置，接著試探第3個皇后擺放的位置，圖示表示第3個皇后目前的位置與第1個皇后處于同一對角線，與第2個皇后處于同一行，都互相攻擊，不滿足條件……提出問題之后，讓學員去思考分析，這樣不僅激發(fā)學生的興趣，也能培養(yǎng)他們分析解決實際問題的能力。

3.2上機實踐教學改革

計算機課程學習過程中普遍存在這樣的現(xiàn)象：教師講授的內容學生反映基本都聽懂了，但是上機實踐時卻覺得無所適從，不知道怎么把課堂上講授的算法思想轉換成可以執(zhí)行的程序。上機實踐是數(shù)據(jù)結構課程教學必不可少的一個重要組成部分，通過上機實踐學生能夠更好的理解數(shù)據(jù)中的經(jīng)典算法思想的意義，掌握數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)之間的關系，深刻體會理論和實踐的結合，運用所學知識去解決實際問題，所以對上機實踐教學的改革勢在必行。

首先，驗證性實驗應作為基本目標要求學生必須掌握，在此基礎上，多展開設計性實驗和綜合性實驗，使理論學習中需要解決的現(xiàn)實問題在一定程度上得到實現(xiàn)。其次，將上機實踐納入考試范圍，占期末總成績的30%，上機成績由“驗證性實驗+設計性實驗”組成，這樣會使學生重視平時上機實踐。

例如，在進行線性表的實踐教學時，在掌握了線性表理論知識的前提下，每位學生都要將書中的算法予以驗證性的實現(xiàn)，我們使用的是嚴蔚敏老師的《數(shù)據(jù)結構（C語言版）》，要求學生將順序表和單鏈表的基本運算包括插入、刪除等操作予以驗證。這些基本的算法得到驗證后，將其整合到現(xiàn)實中的問題作為綜合性設計性實驗，由學生自主完成，如：為某屆學生建立一個通訊錄管理系統(tǒng)，可以方便查詢每一個學生的學號、姓名、年齡、專業(yè)、電話、電子郵箱等。其功能包括通訊錄鏈表的建立、學生通訊信息的查詢、修改、插入與刪除、以及整個通訊錄表的輸出等。

3.3 以項目為導向的課程設計

課程設計是對數(shù)據(jù)結構知識的梳理鞏固和綜合運用，好的課程設計能夠使學生對理論知識舉一反三、熟能生巧。傳統(tǒng)的課程設計題目過于單一，學生應付式交作業(yè)的現(xiàn)象比比皆是且答案雷同。所以有必要采取多樣化的題目，要求學生自由結合分組，每組3-4人，從給定題目中選取感興趣并符合自身能力的設計題目，分別進行項目的Conceive（構思）、Design（設計）、Implement（實施）和Operate（運作），最后以項目小組的形式完成，上交項目報告。各不相同的任務迫使學生必須用學到的數(shù)據(jù)結構知識獨立解決問題，小組中每個學生要發(fā)揮各自作用，積極思考，相互交流、溝通，在完成不同任務的同時，項目實施專業(yè)能力和團隊協(xié)作能力得到很好的鍛煉。在項目實施過程中，突出學生的主體地位，強調學生自學能力和動手能力的培養(yǎng)。

4 總結

綜上所述，結合數(shù)據(jù)結構課程教學的特點和現(xiàn)狀，將CDIO工程教育理念貫穿于教學中，并根據(jù)數(shù)據(jù)結構的教學內容和教學目標，在教學過程中“重學生、重理論、重實踐、重項目”，培養(yǎng)學生的自學能力，提高學生的實踐能力和團隊協(xié)作能力。

參考文獻：

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