CDIO理念在数据结构课程教学中的实践

胡瑞娟

摘要：CDIO是一套工程教育理论和实施体系，针对目前数据结构课程教学内容抽象难懂的特点和教学过程中存在的问题，提出将CDIO工程教育理念应用到数据结构课程教学模式中，以学生为中心，提高数据结构理论与实践相结合的教学效果，通过“做中学”和基于项目的教育和学习，培养学生的实践能力、自学能力和团队协作精神。

关键词： CDIO；数据结构；课程教学

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）01-0078-02

数据结构是计算机学科的重要核心课程，在计算机课程体系中处于承上启下的地位，它不仅是程序设计的重要理论技术基础，也与计算机科学技术的其他领域如操作系统、编译原理等也有着密切的关系。由于课程内容比较抽象，算法理解比较困难，要在有限的课时内使学生更好地理解课程的内容，掌握课程的重点，提高解决实际问题的程序设计能力，就必须打破传统的数据结构教学模式，融入一些新的现代教育的理念与方法，CDIO教育模式为我们提供了一个重要途径。

1 CDIO工程教育模式

CDIO是由美国麻省理工学院、瑞典查尔姆斯技术学院、瑞典林克平大学共同倡导，集多国工程教育精英建立的一套工程教育理论和实施体系。CDIO代表Conceive（构思）、Design（设计）、Implement（实施）和Operate（运作），是“做中学”和“基于项目教育和学习”理念的集中体现。

2 《数据结构》教学的特点与现状

《数据结构》教学过程中主要存在以下几个方面的问题：

1）对于课堂教学，大多采用多媒体理论教学和上机实践相结合的方式，但是目前的数据结构教学仍然非常重视理论教学，即存在“重理论、轻实践”的现象，不利于学生实践能力的培养。

2）虽然现在授课一直在提倡“以教师为主导，学生为主体”，但是在实际的理论教学环节通常仍然是以教师为主，学生充当“听众”，始终按着教师讲解的思路去理解问题、记忆知识，即存在“教师讲、学生听”的现象，难以调动学生探讨问题的积极性。

3）实践教学环节中的实验大多是验证性实验，缺乏与实际相结合的设计实验和综合性实验，即存在“验证多、设計少”的现象，不利于学生创新能力的培养。

3 CDIO对数据结构课程教学模式的启示

CDIO以能力培养为主线，以任务驱动进行项目教学，考核实施过程监控，通过构思、设计、实现、运作的完整过程，实现课程的“做中学”和“基于项目教育和学习”。对于数据结构课程教学，CDIO理念给我们带来了很大的启示，根据每节课程内容的特点选用以下教学模式展开教学。

3.1 问题驱动式教学

问题驱动式教学是为了激发学生的学习兴趣，根据教学内容合理地设置问题引入教学内容的方法，采用“提出问题、分析问题、解决问题”的模式，组织学生进行思考、分析、讨论与交流，这样，学生能够积极参与到学习中，而不再是被动地接受。

例如，在学习“栈”这部分内容时，教师可以提出比较有趣的“Hanoi塔”问题、八皇后问题或者迷宫问题让学生思考，再逐步引出“栈”的相关知识，然后鼓励学生应用“栈”编写算法解决这些问题并上机编程实现。以八皇后问题为例，提出问题可以教师口述如下：八皇后问题是一个古老而著名的问题，该问题是十九世纪著名的数学家高斯1850年提出的：在8*8格的国际象棋上摆放八个皇后，使其不能互相攻击，即任意两个皇后都不能处于同一行、同一列或同一斜线上，问有多少种方法。也可以用形象的图示或演示软件为学生展示问题，如图1所示，左边是初始状态，右边是假设第1个皇后摆放在第1列，那么第2个皇后从第2列第1行开始试探，如果不互相攻击就将其摆放，第2个皇后摆放在第2列第3行的位置，接着试探第3个皇后摆放的位置，图示表示第3个皇后目前的位置与第1个皇后处于同一对角线，与第2个皇后处于同一行，都互相攻击，不满足条件……提出问题之后，让学员去思考分析，这样不仅激发学生的兴趣，也能培养他们分析解决实际问题的能力。

3.2上机实践教学改革

计算机课程学习过程中普遍存在这样的现象：教师讲授的内容学生反映基本都听懂了，但是上机实践时却觉得无所适从，不知道怎么把课堂上讲授的算法思想转换成可以执行的程序。上机实践是数据结构课程教学必不可少的一个重要组成部分，通过上机实践学生能够更好的理解数据中的经典算法思想的意义，掌握数据和数据之间的关系，深刻体会理论和实践的结合，运用所学知识去解决实际问题，所以对上机实践教学的改革势在必行。

首先，验证性实验应作为基本目标要求学生必须掌握，在此基础上，多展开设计性实验和综合性实验，使理论学习中需要解决的现实问题在一定程度上得到实现。其次，将上机实践纳入考试范围，占期末总成绩的30%，上机成绩由“验证性实验+设计性实验”组成，这样会使学生重视平时上机实践。

例如，在进行线性表的实践教学时，在掌握了线性表理论知识的前提下，每位学生都要将书中的算法予以验证性的实现，我们使用的是严蔚敏老师的《数据结构（C语言版）》，要求学生将顺序表和单链表的基本运算包括插入、删除等操作予以验证。这些基本的算法得到验证后，将其整合到现实中的问题作为综合性设计性实验，由学生自主完成，如：为某届学生建立一个通讯录管理系统，可以方便查询每一个学生的学号、姓名、年龄、专业、电话、电子邮箱等。其功能包括通讯录链表的建立、学生通讯信息的查询、修改、插入与删除、以及整个通讯录表的输出等。

3.3 以项目为导向的课程设计

课程设计是对数据结构知识的梳理巩固和综合运用，好的课程设计能够使学生对理论知识举一反三、熟能生巧。传统的课程设计题目过于单一，学生应付式交作业的现象比比皆是且答案雷同。所以有必要采取多样化的题目，要求学生自由结合分组，每组3-4人，从给定题目中选取感兴趣并符合自身能力的设计题目，分别进行项目的Conceive（构思）、Design（设计）、Implement（实施）和Operate（运作），最后以项目小组的形式完成，上交项目报告。各不相同的任务迫使学生必须用学到的数据结构知识独立解决问题，小组中每个学生要发挥各自作用，积极思考，相互交流、沟通，在完成不同任务的同时，项目实施专业能力和团队协作能力得到很好的锻炼。在项目实施过程中，突出学生的主体地位，强调学生自学能力和动手能力的培养。

4 总结

综上所述，结合数据结构课程教学的特点和现状，将CDIO工程教育理念贯穿于教学中，并根据数据结构的教学内容和教学目标，在教学过程中“重学生、重理论、重实践、重项目”，培养学生的自学能力，提高学生的实践能力和团队协作能力。

参考文献：

[1] 严蔚敏，吴伟民.数据结构（C语言版）[M].北京：清华大学出版社，2012.

[2] Edward F Crawley.Creating the CDIO Syllabus，a Universal Template for Engineering Education. 32nd ASSEE/IEEE Frontiers in Education Conference.November 6-9，2002，Boston，MA

[3] 杨蒙召，顾泽元.CDIO理念在数据结构课程中的探索与实践[J].计算机教育，2010（12）：124-126.

[4] 宋桂娟，杨勇虎.基于CDIO的数据结构课程教学改革与研究[J].电脑知识与技术，2010，6（3）：755-756.