基于CDIO工程模式的数据结构教学研究与探索

武 彬 吴其林

（巢湖学院信息工程学院，安徽 巢湖 238000）

基于CDIO工程模式的数据结构教学研究与探索

武 彬 吴其林

（巢湖学院信息工程学院，安徽 巢湖 238000）

数据结构课程在教学中存在理论性强，算法难理解的特点，文中提出将CDIO工程教育理念融入到数据结构的理论和实验教学中，以项目为载体，问题为驱动，提高学生的学习兴趣并锻炼学生的综合动手能力与创新能力，并为后续课程的学习奠定基础。

CDIO理念；数据结构；项目驱动；应用型人才

1 引言

数据结构是计算机学科的重要分支研究领域，它研究现实世界的实体模型与相应数学模型间的关系和转化，并研究转化的数学模型间大量数据之间的关系［1］，它在计算机学科中占有十分重要的地位，是计算机学科研究生考试的必考科目。对这门课程的学习、理解、掌握及应用，可提高学生的抽象思维能力和创造能力［2］，另外在计算机专业的很多后续课程里，都要用到数据结构的知识，如操作系统里关于内存管理、文件管理；数据库里关于物理模型问题；计算机网络里关于最短路径的求解；软件工程里关于关键工期的求解等。就目前的大部分应用型本科院校的教学现状来看，《数据结构》课程教学理论性较强与实践相脱节，所学内容被人为切割，相互孤立，学生易产生“学而无用”的思想，学习兴趣不高，达不到理想的教学效果。

如何对本门课程的教学效果进行提高？本文将CDIO工程模式结合理论教学经验进行教学研究与实践探索，将CDIO工程教育理念作为导向，建立以工程项目为载体的课程教学体系，在课堂教学和课程设计中潜移默化的培养学生的工程能力、团队协作能力及个人创新能力［3］。

2 CDIO工程模式教育理念

CDIO（Conceiving，Designing，Implementing and Operating）即为构思、设计、实现、运作，它以工程项目从研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习［4］。“做中学”及“基于项目的教育和学习”是CDIO典型的教学模式体现，该模式让学生主动参与理论到实践的转化过程，为《数据结构》课程的实践教学环节提供了新的方法和手段，它将“教、学、做”融为一体，是一种新型有效的教学模式。

遵循 CDIO“做中学”的原则，我们有针对性地设计一些实验实训项目，让学生在解决实际项目问题的过程中相互讨论，共同思考促进对书中抽象理论的理解，进一步实现由理论到实际应用的转化。因此，以CDIO理念作基础对数据结构课程来做教学研究探索是有必要有意义的。

3 基于CDIO的数据结构教学研究与探索

3.1 传统教学现状分析

传统《数据结构》教学主要存在以下问题：①以课堂以理论教学为主，学生被动接受，基本无实践动手的机会；②授课基本以教师理论讲解为中心，内容抽象、枯燥，学生的学习兴趣和学习积极性得不到充分的激发和调动，教学效果不理想；③教、学、用三个环节脱离，因大多教师缺乏工程经验，课堂教学中，偏学术，偏理论，轻工程，教学所教不能与工程应用中最常用的相结合，教学与工程脱离；④教学考核上，偏重考察抽象的理论知识，忽视对学生实践综合能力的考核；⑤学生团体协作能力培养不足（传统的实践课，基本只要求学生独立对小实验项目完成编程，达不到对学生团队协作能力和沟通能力的锻炼）；⑥达不到当前国家对普通高校的应用型人才的培养要求。

3.2 基于CDIO的教学实践方法研究与改革

3.2.1 基于CDIO的问题驱动式教学研究

对于数据结构课程中那些抽象枯燥的算法，教师如何在课堂上引导激发同学们的学习热情，并培养提高他们分析解决问题的能力，在此我们可采用问题式驱动的教学方法。以问题求解作为实践内容设计的主线索，重在培养学生的问题分析能力及算法设计能力。在每章教学中教师可选择有代表性、难度相对适中并有一定综合性的经典算法，合理设计“问题”，从而以点带面地将各个知识点融汇讲解，讲授过程可采用“提出问题、分析问题、解决问题”的模式引导学生由生动的实例过渡到数据结构的算法中。因此在数据结构的每章教学中，为了让学生更好理解教师上课所讲的一个个孤立的算法，我们在每章的教学中都带领学生做几个验证性的小实验，重点在于训练学生对章节内容的理解，为了提高学生的学习兴趣及程序开发和设计能力，以及他们的团队协作能力，我们采用如图1的教学设计方法。

3.2.2 基于CDIO的以实用为导向的实验教学

应用型人才是国家对当前普通高校的人才培养要求，因此从实用性的角度进行教学可更好的激发引导提高学生的学习兴趣，对于《数据结构》中那些抽象的基本概念名词和算法我们可在理论教学之初提出项目，教学围绕项目做展开，这样既可加深学生对基本算法的理解又能充分调动提高学生的学习积极性，另外教学中还可结合生活中的实例进行教学。如，在对“栈与队列”进行讲解时，栈可以结合我们生活举例：我们在往纸箱放书时，放在最上面的书必然是最后放上去的；而当我们从纸箱里要拿出书的时候只有先拿出最上面的才可能拿出下面的，这就是现实生活中的栈具有典型的后进先出（LIFO）的特点；对于队列也可以结合生活举例：如去医院看病，大家站成一个队列排队就诊，那么在最前面的可以先就诊离开（出队），新来者需要排到队尾（入队），这是现实生活中大家很熟悉的队列，具有的先进先出（FIFO）的特点。

3.2.3 基于CDIO的以项目为载体的实践教学

在学生理解掌握数据结构基本算法及各章验证性小实验的基础上，我们带领学生进行项目教学，即师生共同对一个完整的项目工作进行实施，这样的以项目为载体的教学活动能让学生融入有意义的任务完成的过程中，使学生自主进行有目标的学习。

①对项目任务进行确定：根据学生的掌握和进展情况，结合重难点，教师安排教学进度及内容并制定实用性的项目。教学过程中首先明确项目任务，带领学生按软件开发的流程讨论项目的目标和任务，确定项目完成的功能，让学生带着明确的目的去汲取知识；教师依据所研究的项目安排展开项目内容并对学生提出的难点的项目内容做讲授；在项目实践设计时指导学生以个人或小组的形式在所学过的子项目知识基础上对项目进行扩展和链接以完成综合项目。

②对项目任务进行细化：理论授课时，教师针对项目的任务做知识点分析，带领引导学生从分析项目任务到研究数据间的结构，提醒引导学生借助教材及教辅材料讲过的算法和知识点思考本项目的算法及伪代码的描述，随之教师在课堂上对项目中的难点部分做程序演示，最终要求学生实验课时将程序补充并调试出结果［5］。例如，在线性结构的实践使用时可要求学生完成一个“图书目录管理系统”，通过该项目可让学生对信息的存储结构、管理、查询以及排序算法有综合的理解；在树型结构的使用可要求学生完成一个“家族关系查询系统”，由该项目可提高学生对树、二叉树、线索二叉树、最优二叉树的理解与应用；在图形结构的使用可要求学生完成一个“公交线路最优路径查询系统”，通过该项目来锻炼提高学生对图的创建、输出、最小生成树构建算法及最短路径算法等的理解与应用［6］。

4 考核模式的改革

因数据结构课程具有较强的实践性，在基于CDIO模式的培养要求下，数据结构课程的考核除了要考核学生的理论学习成绩，实践成绩也不可忽视。为了全面考核目标，目前我校计算机专业的数据结构课程已将课程设计拿出单独设立学分，在理论考核的基础上，补充实践考核的成绩，这种综合考核方式，既能检测学生对理论知识的学习掌握情况，又能提高学生的实践创新能力，使学生的（Skilled）技能、（Innovative）创新、（Collabo-rated）协作等综合素质得到全面的提高。

［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，2008.

［2］徐子珊.“算法设计与分析”教学中理论与技术的平衡［J］.计算机教育，2008，（10）：72-73.

［3］刘敏娜，张晋平.基于CDIO理念的软件工程专业改革探索［J］.陕西教育（高教版），2013，（9）：61-62.

［4］张强，金义富.基于CDIO工程教育的IT类专业学科竞赛模式探索［J］.实验室科学，2013，（4）：127-131.

［5］宋桂娟，等.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，（3）：755-756.

［6］叶国灿，等.独立学院应用型人才培养的系统论思考［J］.产业与科技论坛，2013，（17）：141-142.

RESEARCH ON DATA STRUCTURE TEACHING BASED ON THE CDIO PROJECT MODEL

WU Bin WU Qi-lin
（College of Information Engineering，Chaohu College，Chaohu Anhui 238000）

Teaching the course of Data Structure is characterized by the profound theory and the algorithm which is difficult to understand.This paper puts forward integrating the concept of CDIO teaching into experimental teaching of Data Structure，enhancing students′interest，comprehensive ability to practice and innovative ability through taking the projects as the carrier and the questions as the drive，and laying the foundation for learning subsequent courses.

CDIO concept；Data Structure；project-driven；application-oriented talents

杨松水

G642

A

1672-2868（2015）03-0151-03

2015-03-12

巢湖学院课程教改项目（项目编号：ch13kcjgxm21）；2014年度省级项目（项目编号：2014xnfz017）

武彬（1979-），女，安徽巢湖人。巢湖学院信息工程学院，助教。研究方向：无线局域网语音。