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摘要：數據結構是計算機科學與技術專業的核心基礎課程。針對當前數據結構課程設計教學中存在的問題，以培養學生分析問題能力和實踐能力為目標，以CDIO教學理念作為課程的指導思想，從實踐教學方法、教學手段、研究方法等方面，對課程設計環節進行了深入的改革，并進行了實踐與探索。新的教學模式效果良好，對于提高本科生的創新能力與實踐能力具有重要的現實意義。
關鍵詞：數據結構；課程設計；創新能力；管理平臺；CDIO理念
高等教育的發展趨勢要求加強對應用型、行業特色型人才的培養，但由于目前計算機專業教學體系中一般更著重培養學術型和研究型計算機專業人才，所以這種類型的人才在計算機專業人才體系中所占比例較小。隨著科學技術的快速發展，對大學生創新能力的要求越來越高，各企事業單位對于能夠運用計算機解決各類實際問題的創新應用型人才的需求越來越迫切。這就要求大學生既要掌握相關學科的理論知識，又要具有較強的創新能力。這兩方面能力的提高，與課程教學中實踐教學環節的管理息息相關。在所有的實踐教學環節中，課程設計是高等學校教學管理中最重要的環節[1]。數據結構是計算機專業的核心課程，可以使學生掌握復雜數據結構的定義及存儲結構，著重于培養學生編寫復雜程序的邏輯思維能力、算法的分析與設計能力，是計算機專業培養方案中一門舉足輕重的專業課程。它分為理論教學和實踐教學。課程設計是最為重要的實踐教學環節，著重提高學生的實踐能力和創新能力。目前課程設計環節的管理流程如下：教師布置課程設計要求，給出設計題目，指導學生選擇題目，學生完成后，將所有作品和說明書拷貝保存，刻成光盤，隨紙質的說明書上交。經過多年的課程設計教學，發現存在以下主要問題：（1）對于實踐教學的重視程度不夠。課程設計的大部分題目通常都是任課教師根據教材的知識點，再結合課程的實驗指導書進行安排的，學生在設計的過程中缺乏主動性和創新性，只是機械地學習。學生很難按照自己的興趣和喜好，做自己喜歡的、感興趣的題目，造成學生的積極性不高，也很難提高學生創新能力的培養。（2）學生選擇設計題目時，題目的選擇通常還是手動進行，對于同一題目學生人數，通常會有嚴格規定，如果小的題目，一人一題，如果是較大的系統，也可以多人選擇同一題目，分模塊進行。如果選擇同一題目的學生超過規定人數，教師還需反復調整，花費大量時間整理所有學生所選擇的題目，工作非常繁瑣。（3）課程設計結束后學生需要上傳電子版作品、說明書和紙質說明書，教師也需要逐一拷貝、根據名單逐一核對是否每個學生都已上交。綜上所述，目前課程設計管理中，學生積極性不高，實踐能力和創新能力較弱，教師不僅要花費大量時間在實驗室指導學生，同時也要花費很大的精力處理學生選題、交材料等環節，增加了教師的工作量?；谏鲜龇治龅臄祿Y構課程設計存在的問題，以培養和提高學生分析能力、實踐能力和創新能力為指導思想，從教學理念、教學方法和手段、實施方案、研究方法等幾個方面進行了探索與改革，效果良好。
一、教學理念的改革
教學理念的改革是所有改革的基礎，固有的教學理念已不適應現在的發展要求，CDIO教學理念是近年來推出的一種全新的教學理念，用它來指導課程設計的教學，可以提高學生的實踐能力和創新能力。CDIO工程教育模式是為了應對經濟全球化形勢下的對創新工程人才的大量需求而產生的國際工程教育改革的最新成果。麻省理工學院等四所大學組成跨國研究，并于2004年創立了CDIO工程教育理念[5]。CDIO是一種國際化高等工程教育模式，即“構思、設計、實現、動作”四種教育理念和相應的實施體系的縮寫。CDIO模式注重培養學生扎實的學習能力，出眾的實踐能力，良好的團隊協作能力和溝通能力，培養學生積極主動的學習態度，是特別注重實踐能力培養的一門學習工程[2]。CDIO既要求學生掌握深厚的工程理論知識，培養學生扎實的專業技術理論知識，但更著重于培養團隊協作精神和創新精神。
二、實踐教學方法與教學手段的改革
實踐教學是專業培養方案的重要組成部分，對于培養學生實踐能力和創新能力具有舉足輕重的作用。經過多年的探索與實踐，對于實踐教學方法與手段進行了如下改革：（1）以問題驅動的實踐教學[3]。這種教學方法以課程涉及到的專業領域的具體問題為核心進行規劃實踐教學的具體內容，以學生作為主體，從而提高學生的主動性與積極性，對于抽象理論有更為深入和直觀的理解。設計具體問題時應難度適宜，既能與理論知識相融合，同時又能與實踐應用緊密結合，充分調動學生的興趣。通過查找資料和團隊協作可以完成。教師在設計問題時要合理，選擇比較經典的算法，充分引導學生由給定的實例過渡到算法設計中，提高學生探索和創新的能力。（2）多種教學方法的綜合運用，方式要力求多樣化。案例教學法指結合生活中常見的實例進行講解，模擬現實設計課題，學生分組討論是一種較好的方式。在討論的過程中可以發現問題、提出問題、解決問題。老師不是旁觀者，要積極地參與到學生的討論中，并針對學生提出的具體問題，詳細分析如何運用課程中學習過的理論知識來解決具體問題。啟發式教學是根據學生的具體知識水平，從學生當前的實際出發，在教師的啟發和引導下，鼓勵學生積極思考和探索的一種教學方法。情境式教學方法是一種充分利用形象創設典型場景，激起學生學習情緒，把認知活動和情感活動結合起來的教學模式。（3）課程設計的題目選擇要難度適宜，實用性和理論性相結合[4]。合適的選題是實現課程設計教學目標的關鍵。應該既能反映課程大綱要求，又能使學生運用教材的理論知識解決實際問題。好的選題可以讓學生們意識到他們所學的知識和技能與日常生活、生產是密不可分的，這樣才能調動學生的積極性和主觀能動性。如題目“圖書管理系統”是為了使學生更深刻地理解最常用的線性結構的數據邏輯結構和物理結構，提高學生對于數據存取方式、查找和排序算法的應用能力；“自駕游最短旅游線路選擇系統”是為了提高學生對圖的創建、存儲結構、最短路徑算法和最小生成樹構建算法的應用能力，將教材中有關圖的理論知識具體化；“足球賽場安排系統”是為了提高學生對二叉樹性質的理解、二叉樹的存儲結構、二叉樹的遍歷等操作的理解與應用。除此之外，還可以讓學生查閱資料，自己設計喜歡的題目，激發學生濃厚的興趣，多樣化的選題方式，不僅培養了學生綜合解決問題的能力，提高他們的創新能力，在某種程序上也杜絕學生為了應付檢查而出現“抄襲、拷貝”現象[5]。（4）以項目為中心的實踐教學。這種教學方式，是師生共同溝通、共同協作完成一個完整的項目開發，從而培養學生自主學習的能力和溝通能力；課程設計的每個題目就是一個小的項目，老師引導學生如何將理論知識融會貫通到項目的各個階段，學生通過具體實現，鍛煉技能訓練的能力。完成的項目在后期經過繼續完善，參加計算機程序設計競賽，以賽帶練，通過開發可以具體應用的項目以及參賽獲獎給他們帶來的成就感，激發學生的自主學習的動力和能力，從而提高他們的科技研發能力和創新能力。（5）開發課程設計管理平臺，將信息化思想應用于日常教學活動中，將教學的各個環節不僅僅局限到課堂，同時滲透到網絡中，作為教學手段和教學資源的有益補充，注重學生創新能力和實踐能力的提高，提高課程設計的教學效果，減輕教師的工作量。平臺實現課程設計各個環節的信息化，主要完成下列功能：教師課程設計題目的上傳、學生課程設計網上選題、學生自主命題的申報、教師自主命題的審核、學生題目下載、教師上傳說明書模版、學生上傳作品及說明書等課程設計文檔。
三、實施方案與研究方法
（1）提出了將CDIO的基本思想融入到課程教學中，為課程設計實踐教學引入一種新的教學理念。通過對課程教學理念的改革，培養學生的創新能力和團隊協作精神，激發他們主動學習前沿技術的興趣和熱情，使每個學生都能根據自己的能力與水平在項目中擔負起相應的工作，成為使用計算機解決各類實際問題的創新應用型人才。（2）重新修訂課程設計的題目安排。在課程設計環節，精心設計題目，把難以理解的抽象概念和算法轉化為實實在在的能夠在計算機上正確運行的程序。題目的設計還應注重理論聯系實際，將理論知識的實現與實際問題的解決相結合。同時還要注重設計題目的生動性和趣味性，尋找一些學生感興趣、運行結果簡明清晰、可擴展性強的例題。題目的設置要考慮不同學生的需求，對于能力較強的學生，可以申報較大的應用實踐題目，最大程度地挖掘自身的潛能。（3）為本科生教學開發課程設計管理平臺，讓更多的學生和教師采用網絡學習和網絡教學這種手段，豐富了教學手段，通過平臺完成課程設計每個環節的工作，既增強了學生自主學習的時間，也有效地減輕了教師的工作量。（4）組織學生參加創新創業訓練比賽，并將比賽所需知識點細分，規劃到課程設計的實踐教學環節中，從而達到既提升學生的實踐應用能力，又提高課程設計效率的教學效果。
四、已取得的成果
（1）經過細致的調研、認真的規劃，目前已完成了課程設計教學大綱、課程設計指導書和課程設計題目的修訂與完善，在學生完成的課程設計題目基礎上，根據相關比賽的要求，將題目功能加以擴充，界面加以調整，指導學生將后期完善后的項目申報參加國家和省級計算機程序設計比賽，獲得國家級獎項六次，省級獎項11次。學生通過參加比賽，提升了他們的實踐能力和創新能力，也鍛煉了他們的表達能力與溝通能力。在指導學生課程設計的過程中，指導學生將他們將項目開發的進程進行總結，查找相關的理論知識，完成論文的書寫，并參加遼寧省“挑戰杯”比賽，取得了優異的成績。（2）課程設計網上管理平臺的開發已完成。平臺采用多種開發技術的集成，確保系統性能最優。平臺主要采取JavaEE+MySQL技術，使用MyEclipse企業級工作平臺，采用MySQL作為數據庫管理系統，整合使用Struts2+Spring+Hibernate開發設計。平臺實現了課程設計各環節工作的網上管理，學生通過平臺實現網上選題，也可以申報自主命題，以及網上提交課程設計的各個文檔等功能。課程設計網上管理平臺的開發，將課程設計各個環節信息化、網絡化，充分體現了學生設計的自主化、個性化、多樣化，它培養了學生自主學習的能力，開拓了學生的創新能力，提高了課程設計的效率，減少了指導老師的工作量。（3）項目組成員主持遼寧省教學改革項目三項，主持校級教學改革五項，均已結題。發表教改論文十余篇，教學經驗交流獲二等獎二次，三等獎三次。
五、結束語
在課程的教育教學中，課程設計是重要的實踐教學環節，對于培養學生運用書本所學的理論知識解決實際應用問題的能力，提高學生的研發能力、實踐能力和溝通能力起到了良好的促進作用。如何提高課程設計的教學效果和教學質量，是教師們一直不斷探索和研究的課題。筆者經過多年的教學實踐，以數據結構這門課程為例，從實踐教學方法、教學手段、研究方法等方面，對課程設計的各個教學環節進行了深入細致的改革，使學生對于復雜數據結構的存儲方式和存取方式、研發程序的邏輯思維能力與解決問題能力、共同開發實際項目時的創新能力和團隊協作能力等各方面都得到了較好的鍛煉和提高，取得了較好的效果。
參考文獻：
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[2]張紅軍.基于CDIO的數據結構教學改革與實踐[J].產業與科技論壇,2013,12(17):140-141.
[3]李治軍,廖明宏,張巖.數據結構與算法課程設計教學模式的探討[J].計算機教育,2006(2):54-56.
[4]華蓓,趙明.對“數據結構”課程設計教學的一些體會[J].廣西大學學報:自然科學版,2007,32(6):220-222.
[5]李竹林,杜利鋒,劉興平.基于CDIO教學理念的數據結構課程設計方法[J].延安大學學報(自然科學版),2010,29(3):92-94.
作者:賈丹 張興 單位:遼寧工業大學