程序开发类课程群框架下“数据结构与算法分析”课程教学实践研究

李净++郭洪禹++袁红春

摘 要： “数据结构与算法分析”在程序开发类课程群中有至关重要的作用。本文以课程群为背景，从教学、实践等方面进行研究，提出课程群框架下的自主学习、合作学习相结合的课堂教学模式、项目驱动的分层实践教学模式及分段管控的多元化实践考核等改革措施，其研究对激发学生长久的学习动力和兴趣有积极的作用。

关键词： “数据结构与算法分析” 课程群 分层实践 分段管控

课程群是对教学计划中有相互影响、互动、有序、相互间可构成完整的教学内容体系的相关几门课程组成一个课程间相互连接、相互配合、相互照应的课程群体[1]。2014年提出建设程序开发类课程群，包括C语言程序设计、C++程序设计、数据结构与算法分析、JAVA程序设计、web程序设计、组件开发技术、软件设计模式七门课程。其中“数据结构与算法分析”课程在整个课程群具有承上启下、举足轻重的地位，决定程序开发类课程群的成效。

一、“数据结构与算法分析”课程的现状

1.课程理论性强，难度大。

调研发现：非计算机专业近80%的学生都感觉课程难，即使计算机专业的有近50%的学生，感觉该课程难学，这种畏惧思想影响学习兴趣。

2.先导课程掌握不扎实，课程推进困难。

教学计划中C++程序设计、实践和该课程分别安排在第2和第3个学期。暑假将两门课割裂了，造成是否介绍先导课的困境。

3.学生动手水平参差不齐，单一的实践安排难以满足不同的需求。

目前，课程的实践安排对所有的学生相同，对于动手强的学生可能在寝室就完成题目，而对编程能力不强的学生可能根本不知该如何下手，久而久之学生就失去开发热情。

4.课程管控不足，课程考核不能反映学生的真实水平。

目前课程的评定以卷面成绩为主，实践证明有些学生根本不会写代码但他却能拿到很高的分数。

二、教学改革措施

1.课程群中相关课程开课时间的精细化安排。

（1）开课时间安排。

C++程序设计包括64上课课时和16实践课时，将C++课程实践调整到第3学期第1周上，而数据结构与算法分析课程从第2周以后开始上，这样就将两门课紧密地衔接起来。这种一门课程一分为二的方法促进了C++课程，同时也保证“数据结构与算法分析”课程的顺利进行。

（2）教学内容及学时分配。

为呼应课程群中的后续课程，该课程内容是贯穿程序设计、软件设计模式的思想和观点。该课程采用面向对象和抽象数据类型观点介绍数据结构，集中体现分解、抽象和信息隐蔽的基本原则，抽象数据类型是中枢，展示信息结构转换的三个重要阶段：数学模型、抽象数据类型、数据结构与算法。其理论教学环节的安排为：数据结构的基本概念（2），表、栈和队列（6），树（8），散列（4），优先队列（7），排序（12），不相交集（4），图论算法（7），算法设计技巧（4），摊还分析（4），高级数据结构（6）；课内实践的安排：栈和队列（2），表达式树（2），散列、优先队列（2），排序（2），不相交集（2），深度优先搜索应用（2），贪心、分治算法（2），AA树、treap数（2）。

2.课堂教学模式改革

（1）注重启发式教学，建立自主学习、合作学习相结合的教学模式。

为强调思维训练，采用讲、做穿插的授课方式，教师采用示例案例授课时学生采用自主学习模式，是教-做-答疑的互动、有反馈方式。它强调教中实践、实践中思考、交流中提升；自主学习完后各小组通过“以强带弱、以老带新”的方式合作完成综合实践作业。

具体讲解时，（1）首先引入案例，然后给出C++实现的方法，最后详细展开相应数据结构及操作实现；（2）一题多解、一题多语，如对同一问题采用不同的数据结构实现方法，对比讲解，多语言实现为拓展作业；（3）难点分散，如将栈与非递归处理技术分别在栈、二叉树非递归算法、快速排序与归并排序的非递归算法等多处讲解；（4）图示讲解和动画展示相结合。

（2）标准化教学与微课程教学模式相结合。

为了确保课程的可持续发展，课程采用项目组集体备课、集体讨论、分头准备的方式。课程组骨干教师经过多次讨论后修订了课程教学大纲，形成了标准教案、PPT及算法演示视频。为充分利用学生的课余时间，采用课程微课程化，微课视频一般10分钟左右[2]，选择与生活比较贴近的数据结构（比如栈、队列等）和基础实践内容微课化。

3.项目驱动的分层实践教学模式研究。

教育心理学家发现：学习是累积性的，较复杂、较高级的学习是建立在基础性的学习基础之上的[3]。因此，课程的实践教学以贯穿课程群的项目进行驱动，提出“注重基础、综合应用、提高创新”的三层次实验教学模式，以基础、设计、综合三个方面的实践能力培养为中心，全方位地培养学生的动手能力和创新能力。

基础类实践通常是对教材上所涉及的数据结构及相关操作进行上机验证，要求学生掌握相关数据结构，提高学生的软件设计规范化能力。这类实践通常在介绍完相关知识后以课程作业的方式发放，要求学生在规定时间内完成，教师以晚自习的形式进行个别指导；设计类实践要求学生对给定的题目进行数据结构的设计及算法实现，题目是从贯穿课程群中的项目案例中切割出来的。实践中我们鼓励学生一题多解，并分析不同解的时、空代价。这类实验通常是课程内实验题目，要求每个学生独自完成，教师全程指导、重点考核；综合类实践是对C++实践课程中学生已完成题目的重新设计，以小组为完成单位，人员分组原则上是C++实践的人员分组。该类实践培养学生分析、设计实际项目的能力和创新能力。教师对有强烈要求的学生通过答疑的方式进行指导。各小组完成后需要进行结题答辩，答辩中教师会对完成情况进行评价，从而引出后续课程。

4.课程考核与过程控制。

我们采用分段控制的多元化实践考核方式：期末机考30%+基础实践20%（程序代码+报告+随机面试）+设计实践40%（课前准备材料+完成代码+报告）+综合实践10%（报告+答辩）。考核方式强调对课程的过程监控，基础实践的每一次完成情况能够给教师提供重点监控的学生名单，通过晚自习的重点指导确保学生弄懂相关知识点、顺利进行实践课任务，为保证设计实践课的完成质量，要求学生在课前精心准备并提交准备材料。综合实践强调以强带弱，最后通过总结引出下一门课程，从而保持学生长久的学习动力。

三、结语

数据结构与算法设计是程序开发类课程群中最重要的一门课程，其成败直接决定整个课程群的成败。在不影响其他课程下的课程群开课时间微调保证课程的顺利进行；创新的教学课堂模式激发学生自主式、探索式学习；项目驱动的实践模式将课程群中的课程更紧密地结合起来；分层的实践教学满足不同层次学生的需求；教学过程的管控进一步确保教学的顺利推进。该课程改革对课程群中其他课程改革有积极的作用。

参考文献：

[1]马赛，李方能，吴正国，卜乐平.《信号与系统》课程群的建设与教学改革探索[J].高等教育研究学报，2010.3.

[2]梁乐明，曹俏俏，张宝辉.微课程设计模式研究—基于国内外微课程的对比分析[J].开放教育研究，2013，19（1）.

[3]哈斯.《数据结构》课程中使用逐步演示法进行算法教学的实验研究[D].呼和浩特：内蒙古师范大学，2007.

[4]李净，多琦，袁小华.信息管理与信息系统专业“软件工程”课程教学研究[J].计算机教育，2007，19.

项目：上海海洋大学《数据结构与算法分析》重点课程建设