浅谈高校计算机科学与技术专业实验班《数据结构》教学改革

赵鹏

（黑龙江大学计算机科学技术学院，黑龙江 哈尔滨 150080）

一、引言

近年来，教育部等部委在国家层面上组织实施了一系列拔尖创新人才培养计划。黑龙江大学在2004年也设立了相关专业的创新人才实验班，计算机科学与技术专业实验班就是其中之一。该实验班致力于培养适应计算机科学快速发展的需要，掌握计算机科学与技术相关的基础理论和实践技能，具有较高的文化素质和国际视野以及良好的创新意识和探索精神，了解计算机学科前沿动态，具备黑龙江大学特色的厚基础、强实践、专门化的高层次计算机科学研究型人才。结合该培养目标，我院制定了实验班单独的培养方案、教学模式及教学要求。《数据结构》课程是计算机科学与技术专业的核心课程，在实验班课程设置中起着承上启下的重要作用，该课程的学习效果直接影响学生们的研究能力、设计能力和创新能力，笔者在多年讲授《数据结构》课程的经验基础上结合实验班培养目标及学生个体特色，对该课程的理论教学和实验教学进行了一些改革，取得了一些成果。

二、教学模式的改革

教学模式是教学基础理论的具体化，也是教学具体经验的总结和概括。传统的填鸭式的教学模式已经远远不能满足现代学生，特别是有一定自学能力和创新思维的实验班学生的需要。目前，国内外较有影响的现代教学模式主要有：掌握学习模式、发现学习模式、程序教学模式、案例教学模式和最优化教学模式。笔者在研究上述教学模式的基础上结合实验班教学的实际经验，总结了一套多维教学模式，以适应拔尖人才培养的需求，具体体现：

第一，课程知识体系的预热。为了激发学生的学习兴趣和主动性，笔者在正式授课前一周或第一次授课时会把该课程的相关研究问题、研究成果、国内外关于某问题的研究及应用现状通过网络发布给学生，使学生对《数据结构》课程的知识体系和框架有大概的理解和认知，使学生在学习时能够做到有的放矢，明确所学知识的研究和应用动态，有利于培养实验班学生的研究能力。

第二，变被动式接受学习模式为基于问题的探究式主动学习模式。被动式接受学习模式的缺点是学生基础不扎实，学生主观能动性差，理论与实践脱节。基于问题的探究式主动学习模式是指学生在教师指导下，确定研究专题，主动地获取知识、应用知识、解决问题的学习活动。这种学习模式重视学生的自主活动，提供并创造学生主动探究、独立操作、自由表达的“土壤”以及良好的氛围，学生在其中创新和实践，建立一种主动发现、独立思考的积极的学习方式。这种方式能提高学生的学习兴趣，给学生提供开放的学习空间，有利于发现和开发学生多方面的智慧潜能，同时，教师与学生在共同探求新知的过程中也能够不断提高，形成“教”“学”互长，“学”“教”相辅的良性循环。通过实践，这种方式确实使实验班学生对基础理论知识的认识深度有了很大提高，同时也提高了学生的沟通和表达能力。

三、教学内容及教学方法的改革

教学内容和方法的改革是关系到能否培养出复合型创新人才的一个重要环节。

第一，《数据结构》课程的知识点众多而复杂。为了强化实验班学生的基础能力，笔者对该课程的传统内容加以精炼，将普通的辅助性知识交给学生自学，注重基础理论的讲授，同时加强新理论、新技术的介绍，充实案例的分析内容，以丰富教学内容。在教学内容上笔者着重理论知识的传统性和扎实性相结合、研究问题的应用性和前沿性相结合，使学生把更多的精力放到对知识的深入研究上。另外，实验班教学重视教学内容的启发性和生动性，重视理论与实践的结合，激发学生创新思维，提高学生对基础理论与专业知识的应用能力，达到实验班学生“重思维、强实践”的培养目标。

第二，在教学方法的改革上，我们积极探索采用现代化教学手段（包括重点知识双语教学）以增加课堂信息量和教学的直观性，除了把传统的板书式教学更新为“板书——多媒体——网络”多维模式上以外，我们大力推进案例式驱动结合讨论的教学方法。我们精选和各章知识结合性强、衔接性好的案例，通过对实际应用案例的引导、案例解决方案的对比分析以及师生之间的研讨、生生之间的辩论等方法，使实验班学生对知识有更加全面和深刻的掌握。我们在课堂教学中会营造宽松的、师生互动的、自由讨论的课堂氛围，培养学生的互助协作能力和团队精神。课堂上让学生成为知识的发现者、探索者，然后在老师引导下通过讨论、辩论不断深入。这种教学方法有利于发挥学生的学习主动性。此外，案例式驱动结合讨论的教学方法能使学生从被动接受知识的单向思维转变为“发现问题——用知识解决问题——强化知识”的双向思维，这种双向思维模式对于学生把学习到的知识从片面的“点”到整体的“面”的梳理是十分关键的，而这种思维能力的提高也是实验班学生从事科学研究和工程实践的重要基础。这种教学方法改革在几年的教学实践中也取得了不错的效果，既优化了课堂教学、提高了教学效率，也充分调动了学生的积极性，增强了学生的成功感和自信心，提高了教学质量。

四、实验教学的改革

《数据结构》课程具有很强的实践性，因此实验教学是该课程教学过程中非常重要的一个环节。结合实验班学生的能力和个性特点，我们精化了实验班实验教学的课题内容和要求，特别是课程设计中综合性、设计性实验的内容和要求。以其中的“校园导游系统的设计”为例，实验班学生的课题内容要比同专业普通班多了“采用多种方法实现任意景点间的路径查询”。《数据结构》课程设计在实验项目的要求上也比普通班严格，比如必须使用可视化图形界面（可视化编程语言由学生自学），在课题设计上要体现重点知识的扩展性和面向对象程序设计的特点和优势，在功能实现上要体现出直观性和实用性；在课程设计的项目报告中要确立问题的分析、解决方案，项目实施的细节、不同算法解决问题的性能都要有明确的阐述。我们不仅对课程设计内容和要求加以改进，而且注重课程设计的过程性考核评估，加强并细化了考核评估的细节和标准并采用课题团队答辩的考核方式，增加了考核的合理性。通过几年的实践，使实验班学生综合性程序设计能力和编程能力有了显著提高，更重要的是这种实验教学方式能使课堂上探究式学习成果和实践教学相结合，形成立体式教学模式，保证学生既“重基础”，又“强实践”，为学生学习后续专业课知识打下了坚实的基础。

五、实验班学习效果评估

为了检验改革成果，笔者从两个方面对实验班的学习效果进行了评估。

（一）改革前后整体比较评估

通过对近几年和几年前《数据结构》课程期中和期末考试的成绩分析以及课程设计的考核结果可以看出，实验班学生经过这些改革方法和措施的实施，在基础知识的掌握程度上以及对综合问题的解决能力有很大进步，学生的学习积极性也有了很大提高。

（二）个人能力纵向评估

通过针对实验班学生关于“发展人际沟通能力”“协调组织能力”“解决现实世界中复杂问题能力”“分析问题能力”“增强团队意识”“逻辑思维及批判思维”等问题采用不记名调查问卷，课堂上对学生回答问题的效果评估以及团队答辩等方式，对学生的综合素质进行纵向评估。通过评估可以看出，实验班学生不仅在学习、研究、实践能力上有所提高，而且也对这些改革方法有着积极的认可态度。

笔者通过多年《数据结构》的教学经验，对这门课程的实验班教学从教学模式的转变、教学内容的精化、教学方法的改进、实践教学的改革等方面对实验班《数据结构》教学做了一些积极有益的尝试，希望这些尝试能使学生基础理论的研究能力和计算机工程实践能力有显著提高，也希望这些尝试能和同行们共勉。

［1］清华大学交叉信息研究院.拔尖创新学术人才培养之改革与实践——以清华大学计算机科学实验班为例［J］.北京教育（高教版），2013，（9）.

［2］布辉，刘冉.研究性学习教学模式在数据结构课程中的应用［J］.电脑知识与技术，2011，（3）.

［3］赵红丹，王希杰.任务驱动教学模式在数据结构教学中的应用［J］.福建电脑，2010，（1）.

［4］侯小静，石念峰.数据结构课程中研究性学习模式的探讨［J］.电脑知识与技术，2010，（4）.