應用型人才培養(yǎng)下的數(shù)據(jù)結構與算法課程改革

霍清華 吳錦華 伍祥 王德昌 劉艷

摘要：作為各大高校計算機專業(yè)的必修課之一，《數(shù)據(jù)結構與算法》其重要性不言而喻。由于其課程內(nèi)容抽象、理論性強，對于普通本科院校學生來說難以理解，學生學習興趣不高，教學效果不佳。該文根據(jù)我校培養(yǎng)應用型人才為目標，闡述了這門課程進行的一系列改革，包括課程內(nèi)容，授課方式以及實踐教學等方面的改進，使其更適合應用型本科院校學生，重在培養(yǎng)學生計算機思維能力、問題抽象能力和綜合程序設計實現(xiàn)能力，訓練和提升學生的實踐技能，更順應計算機行業(yè)的發(fā)展。

關鍵詞：數(shù)據(jù)結構與算法；應用型人才培養(yǎng)；實踐教學改革

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-5039（2018）17-0209-02

Abstract：As one of the compulsory courses for computer majors in universities， The importance of "data structure and algorithm" is self-evident. Because of its abstract and theoretical course content， Its difficult to understand for ordinary undergraduate students， students have little interest in learning， teaching is not effective. According to our school to develop applied talents as the goal， this paper expounds a series of reforms in this course， including the improvement of curriculum content， teaching methods and practice teaching， so that it is more suitable for students in Applied Undergraduate Colleges and universities. It is important to train students' ability of computer thinking， problem abstract and comprehensive program design， and to train and enhance the students' practical skills. More conforms to the development of the computer industry.

Key words： data Structure and algorithm； applied personnel training； practice teaching reform

《數(shù)據(jù)結構與算法》是計算機類專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)基礎課，對應于計算機學科中問題求解的理論、抽象和設計的方法論，在計算機軟件類課程體系有著承上啟下的核心地位。它一方面擴展和深化在離散數(shù)學、程序設計語言等課程學到的基本技術和方法，另一方面為進一步學習其他專業(yè)課，如操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、軟件工程等奠定堅實的理論與實踐基礎。本課程重在培養(yǎng)基本數(shù)據(jù)結構分析能力和綜合程序設計實現(xiàn)能力，是計算機類專業(yè)人才素質框架中的脊梁骨。它承上啟下，貫通始終，對學生能力培養(yǎng)至關重要，受益終身。但從長久的教學實踐中看，這門課程的教學效果一般，不能達到教學目標。因此，必須結合實際情況，采取有效改革措施優(yōu)化課程教學，旨在提升學生應用能力水平。

安徽信息工程學院是經(jīng)教育部批準獨立設置的民辦普通本科高校，根據(jù)我?！皯眯汀钡霓k學定位，堅持我校長期以來所確立的“培養(yǎng)應用型人才”的辦學目標，《數(shù)據(jù)結構與算法》作為計算機系三個專業(yè)的必修課以及其他非計算機類專業(yè)選修課，課程的建設需要從用人單位對畢業(yè)生的崗位能力需求著眼，訓練和提升學生的實踐技能，更需要順應計算機行業(yè)的發(fā)展，為畢業(yè)生的未來發(fā)展做好鋪墊。

1 數(shù)據(jù)結構課程教學存在的問題

數(shù)據(jù)結構是一門理論性很強的課程、要求學生具備良好抽象的思維能力和分析能力，該課程的理論性以及抽象性，不容易提起學生學習興趣，以致于達不到良好的教學效果。導致這種情況的原因是多方面的。

1.1 學生基礎不牢，未能充分掌握先導課程

數(shù)據(jù)結構課程的學習是基于編程能力和編程習慣的，如果在前期學生不能熟練掌握好程序設計語言，沒有養(yǎng)成良好的編程習慣，將直接導致數(shù)據(jù)結構課程進展慢，久而久之也會漸漸失去對這門課程的學習興趣[1]。數(shù)據(jù)結構的前驅課程是程序設計語言，和大多數(shù)的本科院校相同，本校在第一學年開設C語言程序設計和面向對象程序設計C++實現(xiàn)兩門課程。由于學生都是剛剛步入大學，對大學的教學方式不適應，自學能力較差。并且，計算機專業(yè)中絕大部分學生在進入大學之前完全沒有接觸過計算機編程，很難形成計算機程序設計思維。因此，學生對函數(shù)的應用、指針、構造數(shù)據(jù)類型等，程序設計語言中較難但舉足輕重的內(nèi)容理解不深，不能熟練掌握并應用，從而影響后面數(shù)據(jù)結構的學習。

1.2 課程難度大內(nèi)容多，學習興趣不高

數(shù)據(jù)結構課程通常是構建于數(shù)據(jù)模型基礎之上的，其教學目標是使學生了解各種數(shù)據(jù)對象的特性，學會數(shù)據(jù)的組織方式，以及使用計算機思維，表示現(xiàn)實世界中的關系，解決實際問題的，培養(yǎng)學生算法設計和分析能力。該課程具有較強的邏輯性以及抽象性，相較于其他類型的計算機課程來說，對學生的邏輯推理能力、抽象能力和空間想象力要求較高。對于本身基礎不牢的普通高校學生而言，高難度的教學內(nèi)容使學生學習積極性不高。

同時，數(shù)據(jù)結構與算法課程內(nèi)容多而廣，除了要掌握線性表、棧、隊列、樹、圖這些基本的邏輯結構，還要了解這些數(shù)據(jù)結構在計算機內(nèi)的存儲結構，不同的存儲結構會直接影響對其數(shù)據(jù)的各種操作方式。對于剛剛學習這門課的學生而言，很難完全理解同一種邏輯結構，在不同的存儲結構下的各種數(shù)據(jù)操作。

1.3 實驗教學效果差

目前大多數(shù)的課程實驗都是驗證性的，將教師講解的算法用程序實現(xiàn)。缺乏使用學到的算法解決實際問題的實驗內(nèi)容，學生在實驗后，仍舊不知道所學的數(shù)據(jù)結構在實際應用時能對編程有什么指導意義，使得實驗課流于形式，而不能鍛煉學生分析解決問題，設計算法的能力[2]。同時，由于學生數(shù)量較多，老師不可能逐個去驗證每位學生實驗代碼的正確性，難免會存在渾水摸魚的情況，實驗效果無法保證。

2 基于應用型人才培養(yǎng)的數(shù)據(jù)結構課程改革措施

2.1 調(diào)整教學計劃和教學內(nèi)容

根據(jù)我院自身實際情況，以培養(yǎng)應用型人才為教學目標，修改教學大綱，調(diào)整教學內(nèi)容。

首先，將數(shù)據(jù)額結構和算法課程和C++課程同學期開設，在教學安排上，將C++課程作為前驅課程，在類的概念學習完之后，開始數(shù)據(jù)結構與算法課程。學生學習完C語言之后，由于缺乏自覺性，疏于練習，很多內(nèi)容已經(jīng)遺忘。開學前幾周的C++課程，剛好可以讓學生鞏固程序設計語言的內(nèi)容，為學生夯實基礎。本固枝榮，對數(shù)據(jù)結構的學習大有裨益。

其次，全面調(diào)整教學內(nèi)容，減少理論性過于深奧、實踐應用少的內(nèi)容或者與其他課程重復的內(nèi)容，如廣義表、串、外部排序等章節(jié)。對于我們的學生而言，基礎比較薄弱，數(shù)學功底可能不是特別強，加上數(shù)據(jù)結構與算法內(nèi)容本身就比較枯燥，所以在新知識的導入時，結合學生身邊的生活，通過分析、引導、總結的方式導出要講解的內(nèi)容，對于特別難以理解的知識點，可分多次講解，不求一節(jié)課就讓學生徹底理解，同時給予相關的參考鏈接，供學生參考學習。

2.2 多層次教學方式

授課模式采用理論講授+學習平臺（預習、復習、題庫訓練）+上機實踐訓練的模式。此課程理論性較強，重點采用啟發(fā)式教學思路，培養(yǎng)學生的自學能力和組織能力以及創(chuàng)造力。對于數(shù)據(jù)結構與算法理論原理推導部分，采用老師講解為主，用偽代碼實現(xiàn)該數(shù)據(jù)結構與算法，具體的代碼實現(xiàn)由學生借助學習平臺完成。

學習平臺是一個在線自學平臺，上面的內(nèi)容由老師按照課程進度事先編輯好，包括課程導入，重難點視頻講解，要點總結以及課程題庫等。該課程的大部分作業(yè)都在學習平臺中完成，學生在學習平臺上可以預習、復習以及題庫訓練。對于學生課下參與度有較高的要求，無論是理論部分的理解與推導還是代碼實現(xiàn)部分，都需要學生強化訓練。學習平臺能夠實時批改，并且還有題庫推送，針對學生掌握程度推送相關習題強化練習。平臺的使用不僅減少老師批改作業(yè)的負擔，同時平臺上的學習數(shù)據(jù)可以反應學生對知識點的掌握情況。老師可以隨時查看每個學生的學習情況、班級的整體學習情況等，根據(jù)學習平臺的數(shù)據(jù)，適當調(diào)整教學內(nèi)容，對于錯誤率較高的題目重點講解，針對性教學。

本課程專門安排了上機實踐訓練，結合C++程序設計語言和數(shù)據(jù)結構與算法兩門課程，完成幾個實際案例。注重理論講解和實際編程的緊密結合，提高學生學以致用的能力、養(yǎng)成編程思想和編程技巧。針對每個章節(jié)精心設計一個實驗案例，學生4人一組團隊合作，通過分析問題，分解問題，選擇合適的存儲結構，編程實現(xiàn)完成實驗內(nèi)容，并通過學習平臺的測試用例得到相應的實驗分數(shù)。

2.3 個人階段小項目

通過前面幾個實踐訓練課程，學生基本具備分析問題解決問題的能力，在學期末開始個人階段項目。項目為程序開發(fā)綜合練習，可以鍛煉學生邏輯思維、C++開發(fā)能力和數(shù)據(jù)結構與算法的分析能力。項目題目可以自選或者在平臺提供的項目庫中選擇，例如：通訊錄管理系統(tǒng)、音樂播放器、課堂小助手、校園地圖導航等等。項目分為三個階段：系統(tǒng)分析階段、系統(tǒng)實現(xiàn)階段和系統(tǒng)評審階段。本課程只考核系統(tǒng)分析階段，老師根據(jù)每個學生的選題，下達項目任務書，指明項目的基本要求。學生再對項目要求分析之后寫出可行性方案，包括各個功能模塊的設計思想和解決方法。教師根據(jù)可行性方案給出一個項目考核分數(shù)。至于項目第二階段和第三階段，都放在夏季小學期實行，不屬于本門課程考核內(nèi)容，這里就不作展開。

3 結語

為充分順應時代發(fā)展需求，努力培養(yǎng)應用型人才，必須認真做好計算機專業(yè)課程教學改革，尤其是實踐教學的改革[3]。無論是在教學內(nèi)容、教學方法還是教學資源平臺等都進行了變革，教學內(nèi)容注重貼合實際；教學方法重在啟發(fā)、合作，以學生為主體，教師為主導；教學資源平臺也不斷完善，培養(yǎng)學生自主學習能力，為教師提供教學輔助，減輕負擔。

參考文獻：

[1] 王寧. 獨立學院基于應用型人才培養(yǎng)的數(shù)據(jù)結構課程教學改革與實踐[J]. 開封教育學院學報， 2016， 36（5）：147-148.

[2] 周艷秋. 基于應用型人才培養(yǎng)的數(shù)據(jù)結構課程教學改革[J]. 科技資訊， 2015， 13（6）：171-171.

[3] 方陸明， 唐麗華， 徐愛俊，等. 計算機應用型人才培養(yǎng)[J]. 計算機教育， 2011（9）：54-57.