數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)金課建設(shè)教學(xué)探索與實(shí)踐

王 彤， 鮑玉斌， 楊 雷， 張立立， 劉佳良

（東北大學(xué)a.計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院；b.PBL教學(xué)創(chuàng)新研究中心，沈陽 110819）

0 引 言

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)及電子信息類等其他專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，具有知識(shí)點(diǎn)多、理論性強(qiáng)、抽象程度高及實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)，是學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、編譯原理、操作系統(tǒng)的重要先行課程，也是軟件開發(fā)的基礎(chǔ)，具有較高的實(shí)踐要求。在教育部實(shí)施的“高等學(xué)校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”中，提出要“高度重視實(shí)踐環(huán)節(jié)，提高學(xué)生實(shí)踐能力”［1-2］。因此，實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)的必要環(huán)節(jié)。但學(xué)生在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)過程中常遇到內(nèi)容多、算法抽象難于理解、難以將算法轉(zhuǎn)化為可運(yùn)行代碼以及遇到實(shí)際應(yīng)用問題無從下手等問題，影響了后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。

為著力解決上述問題，順應(yīng)社會(huì)對(duì)創(chuàng)新人才需求的趨勢(shì)，響應(yīng)教育部打造實(shí)驗(yàn)教學(xué)各類“金課”課程建設(shè)，全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，支撐引領(lǐng)教育現(xiàn)代化發(fā)展［3］的號(hào)召，圍繞教育部指出的“金課”需要具備的“兩性一度”，即高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，本次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)金課建設(shè)教學(xué)探索圍繞解決實(shí)際應(yīng)用問題，以在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和線下教師引導(dǎo)相結(jié)合的線上線下混合式的方式開展，主要探討了實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系構(gòu)建、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)與指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)考核要求與評(píng)價(jià)方法以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果等。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為驗(yàn)證型、設(shè)計(jì)型、應(yīng)用性探究式綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)3個(gè)層次，具體實(shí)現(xiàn)形式為在線課前預(yù)習(xí)、線上基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)以及線下應(yīng)用性探究式綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)具體實(shí)現(xiàn)形式，即線上預(yù)習(xí)、線上較難知識(shí)點(diǎn)動(dòng)畫演示、在線基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、線下教師引導(dǎo)、線下學(xué)生分組協(xié)作應(yīng)用性綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、線下答辯、綜合評(píng)價(jià)等具體環(huán)節(jié)以及課后方便學(xué)生自學(xué)的在線習(xí)題、配套參考資料“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教程”等。

課程體系構(gòu)建與金課建設(shè)相適應(yīng)。首先，課程具備高階性，本實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)旨在深化教育改革，注重知識(shí)、素質(zhì)和能力全面發(fā)展，以培養(yǎng)具有堅(jiān)實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)、實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維等綜合能力的人才為目的；實(shí)驗(yàn)題目設(shè)置具有創(chuàng)新性，應(yīng)用性探究式綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)為實(shí)際應(yīng)用問題具有前沿性和時(shí)代性，學(xué)生分組完成，并可根據(jù)小組情況從教師提供的題目中選題或自擬題目，同時(shí)教學(xué)形式具有較強(qiáng)的互動(dòng)性，采取線上自主實(shí)驗(yàn)與線下教師引導(dǎo)探究式學(xué)習(xí)相結(jié)合的方式開展課程并以答辯、綜合評(píng)價(jià)等形式結(jié)課；課程題目同時(shí)具有一定程度的挑戰(zhàn)性，因課程題目以日常生活、工作中遇到的實(shí)際問題為背景，如何存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，并基于存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合適的算法已達(dá)到解決實(shí)際應(yīng)用問題的目的是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)。

本課程建設(shè)旨在幫助學(xué)生扎實(shí)基礎(chǔ)、開啟創(chuàng)新思維，進(jìn)而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生在知識(shí)綜合運(yùn)用和工程設(shè)計(jì)等方面的分析并解決復(fù)雜問題的綜合能力和高階思維，為以后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

1 研究現(xiàn)狀

近年來，不少院校從實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)平臺(tái)、教學(xué)方案等方面進(jìn)行了研究、改革和探索，實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)的重要性也得到了一定的認(rèn)同，同時(shí)總結(jié)了教學(xué)中出現(xiàn)的常見問題。文獻(xiàn)［4］中針對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識(shí)點(diǎn)多、理論性強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，提出了3層階段遞進(jìn)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案。文獻(xiàn)［5］中根據(jù)CDIO工程教育原理，提出將軟件工程訓(xùn)練融入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程的方法和實(shí)踐手段，教學(xué)設(shè)計(jì)包括驗(yàn)證性和設(shè)計(jì)性兩部分實(shí)驗(yàn)，該方法有助于提高學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣，有效提高課程教學(xué)效果，并為學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定良好的軟件工程基礎(chǔ)。文獻(xiàn)［6］中設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)經(jīng)典算法為主體的雙邊教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以支持教師的算法動(dòng)態(tài)教學(xué)演示和學(xué)生的自學(xué)推導(dǎo)，通過圖形化、虛擬化的方法逐步展示經(jīng)典數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法分析和計(jì)算過程，可以幫助學(xué)生理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中經(jīng)典算法的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)策略，時(shí)空復(fù)雜性以及實(shí)現(xiàn)過程，使學(xué)生更好地掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程的教學(xué)內(nèi)容，提高課堂教學(xué)效率和學(xué)生的自學(xué)創(chuàng)新能力。文獻(xiàn)［7］中構(gòu)建數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和內(nèi)容進(jìn)行分層設(shè)計(jì)，讓普通學(xué)生學(xué)得更扎實(shí)、好的學(xué)生走得更遠(yuǎn)，通過實(shí)踐學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性增強(qiáng)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的設(shè)計(jì)與應(yīng)用能力得到了有效訓(xùn)練和提高。文獻(xiàn)［8］中針對(duì)課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)的突出特點(diǎn)是學(xué)時(shí)少、任務(wù)重、期望值高的特點(diǎn)，提出了找出關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，利用有限的課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)重點(diǎn)對(duì)這些關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)化，使學(xué)生有進(jìn)行課外實(shí)踐能力的基本思路和教據(jù)結(jié)構(gòu)課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)方案，并根據(jù)難易程度將實(shí)驗(yàn)題目分為基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)題目、單點(diǎn)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)題目和多點(diǎn)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)題目。文獻(xiàn)［9］中針對(duì)現(xiàn)有的教學(xué)模式提出引入CDIO思想的教學(xué)模式，闡述了CDIO大綱的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，將該方法應(yīng)用于課程的具體教學(xué)環(huán)節(jié)，并對(duì)實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目和考核方法進(jìn)行重構(gòu)，包括驗(yàn)證型、綜合型、設(shè)計(jì)型和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。文獻(xiàn)［10］中通過構(gòu)建數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，形成了從平時(shí)實(shí)驗(yàn)、期中和期末考試的模式，并依靠該教學(xué)平臺(tái)和資源，實(shí)現(xiàn)了多角度的以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的教學(xué)改革與實(shí)踐。文獻(xiàn)［11］中討論以自主開發(fā)的Online Judge（OJ）為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐教學(xué)過程中，引入學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)和分層次教學(xué)，運(yùn)用探究式教學(xué)模式，以O(shè)J上的問題為核心與載體，在課堂內(nèi)、外的自主探究與合作探究中凸現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性、實(shí)踐性，提高學(xué)生的實(shí)踐能力，以及改革實(shí)驗(yàn)考核方式來提高教學(xué)質(zhì)量。文獻(xiàn)［12］中針對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中出現(xiàn)的學(xué)生編程基礎(chǔ)不扎實(shí)、重理論輕實(shí)踐、缺乏實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，提出了內(nèi)容面向應(yīng)用的教學(xué)改革方案。文獻(xiàn)［13］中探討了大規(guī)模開放在線課程（MOOC）的出現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出新挑戰(zhàn)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性和特點(diǎn)以及目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)在在線大規(guī)模實(shí)驗(yàn)方面的一些探索和實(shí)踐，介紹了軟件實(shí)驗(yàn)借助在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)完成實(shí)驗(yàn)程序的驗(yàn)證和評(píng)價(jià)。文獻(xiàn)［14］中基于SPOC教學(xué)模式，闡述了計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)云平臺(tái)設(shè)計(jì)及其在教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用，包括學(xué)生可在該平臺(tái)上完成課前預(yù)習(xí)、課堂實(shí)踐、在線提問、課后整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、撰寫并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告等，通過平臺(tái)的使用提高了有效學(xué)習(xí)時(shí)間，形成了有效的師生互動(dòng)和及時(shí)反饋的評(píng)價(jià)機(jī)制。文獻(xiàn)［15］中介紹了學(xué)生對(duì)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”邏輯結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)及其經(jīng)典算法理解困難，利用動(dòng)畫演示將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法的執(zhí)行過程像物理實(shí)驗(yàn)和化學(xué)實(shí)驗(yàn)一樣直觀形象地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，幫助學(xué)生理解和學(xué)習(xí)。文獻(xiàn)［16］中針對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程實(shí)踐教學(xué)中的若干問題，在自主開發(fā)的程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽在線測(cè)試平臺(tái)上有針對(duì)性地提出平臺(tái)改進(jìn)、試題設(shè)計(jì)和教學(xué)改革的方法，闡述這些方法應(yīng)用到實(shí)際教學(xué)工作中對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)的促進(jìn)作用，并取得了良好效果。文獻(xiàn)［17］中針對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中學(xué)生積極性不高、實(shí)踐動(dòng)手能力不強(qiáng)的教學(xué)實(shí)際，分析傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的主要問題，提出分層次教學(xué)的基本思想，從目標(biāo)分層、分層評(píng)價(jià)和分層次教學(xué)應(yīng)注意的問題等方面闡述分層次教學(xué)的實(shí)施方案。

針對(duì)以上情況，結(jié)合課程學(xué)習(xí)目標(biāo)提出了圍繞解決實(shí)際應(yīng)用問題，以在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和線下教師引導(dǎo)相結(jié)合的形式開展多層次、立體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系構(gòu)建，并詳細(xì)闡述了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與方法、實(shí)驗(yàn)考核要求與評(píng)價(jià)方法等。

本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)目標(biāo)旨在深化教育改革，加深學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論知識(shí)的理解，并注重知識(shí)、素質(zhì)和能力全面發(fā)展，以培養(yǎng)具有堅(jiān)實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)、實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維人才為目的，提高問題求解能力和創(chuàng)新思維水平，同時(shí)這也是我校計(jì)算機(jī)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心實(shí)驗(yàn)課程一直遵循的教學(xué)理念。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系構(gòu)建

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系以理解抽象的理論知識(shí)、掌握典型的應(yīng)用以及利用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識(shí)求解實(shí)際問題的創(chuàng)新探究能力為教學(xué)目標(biāo)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的題目設(shè)置以多層次、立體化為宗旨，由基礎(chǔ)到應(yīng)用，由易到難，循序漸進(jìn)，分為驗(yàn)證型、設(shè)計(jì)型以及應(yīng)用性探究式綜合創(chuàng)新型3個(gè)層次實(shí)驗(yàn)；借助于購置的希冀在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開展在線驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)現(xiàn)形式為驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為在線課前預(yù)習(xí)形式開展，設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)為線上基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，二者均為在線自動(dòng)測(cè)評(píng)實(shí)驗(yàn)；線下應(yīng)用性探究式綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)則以問題求解為驅(qū)動(dòng)，“教師引導(dǎo)，學(xué)生主導(dǎo)”的方式，以2或3名學(xué)生為1組的組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制從教師所提供的題目中選擇或自擬題目并通過任務(wù)模塊化、探究、討論以及教師答疑等方式逐步完成實(shí)驗(yàn)題目，并組織學(xué)生以組為單位進(jìn)行項(xiàng)目展示，考核機(jī)制為過程和結(jié)果相結(jié)合的綜合考核評(píng)價(jià)機(jī)制，并通過教師、學(xué)生不同角度評(píng)價(jià)得到最終的考核結(jié)果。最后，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)一步完成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)、參加開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、校企合作項(xiàng)目以及參加競(jìng)賽等，引導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際應(yīng)用問題。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系如圖1所示。

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)為理解抽象的理論知識(shí)、掌握典型的應(yīng)用以及利用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識(shí)求解實(shí)際問題的創(chuàng)新探究綜合能力3個(gè)層次。

理解抽象的理論知識(shí)是開展數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。強(qiáng)調(diào)達(dá)到理解、驗(yàn)證基本概念，即在理解和掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本概念的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)所學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中涉及的基本操作。

掌握典型的應(yīng)用是學(xué)習(xí)算法設(shè)計(jì)和完成后續(xù)實(shí)際應(yīng)用問題的核心，即完成后續(xù)應(yīng)用性探究式綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。強(qiáng)調(diào)掌握每種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的一些經(jīng)典應(yīng)用和算法，并具備通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法設(shè)計(jì)思想解決簡(jiǎn)單的實(shí)際應(yīng)用問題，進(jìn)而舉一反三為后續(xù)的高階實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。

利用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識(shí)求解實(shí)際問題的創(chuàng)新探究綜合能力是最終完成應(yīng)用性探究式綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。強(qiáng)調(diào)將探究式學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新思維能力和問題求解能力相結(jié)合發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，將實(shí)際問題抽象為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的邏輯結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)高效的算法解決實(shí)際應(yīng)用問題。

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

對(duì)應(yīng)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)3個(gè)層次的目標(biāo)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容分為驗(yàn)證型、設(shè)計(jì)型和應(yīng)用性探究式綜合創(chuàng)新型3部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)部分與理解抽象的理論知識(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)相對(duì)應(yīng)。通過驗(yàn)證基本概念、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、相應(yīng)的基本操作并進(jìn)行簡(jiǎn)單調(diào)用，使學(xué)生加深對(duì)概念和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的理解，提高學(xué)生的代碼實(shí)現(xiàn)能力。如線性表結(jié)構(gòu)中，鏈表及其基本操作的實(shí)現(xiàn)和簡(jiǎn)單的調(diào)用；如隊(duì)列結(jié)構(gòu)中，循環(huán)隊(duì)列及其基本操作的實(shí)現(xiàn)和簡(jiǎn)單的調(diào)用，驗(yàn)證隊(duì)列的空和滿操作；例如，圖結(jié)構(gòu)中鄰接表、鄰接矩陣及其基本操作的實(shí)現(xiàn)和簡(jiǎn)單的調(diào)用。

圖1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)部分與掌握典型的應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)相對(duì)應(yīng)。通過將教材中以偽代碼形式給出的典型應(yīng)用算法等轉(zhuǎn)化為可運(yùn)行的代碼，或啟發(fā)學(xué)生通過調(diào)用驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)已實(shí)現(xiàn)的部分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其基本操作并結(jié)合算法設(shè)計(jì)思想解決一些簡(jiǎn)單的實(shí)際應(yīng)用問題，從而達(dá)到拓寬學(xué)生視野、啟發(fā)學(xué)生思維、提高學(xué)生的算法設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)能力的目的。這些經(jīng)典應(yīng)用、算法和簡(jiǎn)單的實(shí)際應(yīng)用問題的特點(diǎn)是相對(duì)于復(fù)雜的實(shí)際應(yīng)用可以較直接的抽象出與之對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并采用何種算法解決該問題。如車廂調(diào)度問題、括號(hào)匹配問題，這些問題可以通過選取適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、利用基本操作的調(diào)用和算法思想進(jìn)一步設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)；例如，圖結(jié)構(gòu)中的普利姆、克魯斯卡爾、迪杰斯特拉等經(jīng)典算法，可在實(shí)現(xiàn)經(jīng)典算法后將其用于解決更復(fù)雜的實(shí)際應(yīng)用問題，為后續(xù)完成應(yīng)用性探究式綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。

應(yīng)用性探究式綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)部分對(duì)應(yīng)于利用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識(shí)求解實(shí)際問題的創(chuàng)新探究能力的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)。教師為學(xué)生提供多個(gè)實(shí)際應(yīng)用問題的相關(guān)題目，學(xué)生自行組隊(duì)并確定組長(zhǎng)，可從教師所給題目范圍內(nèi)選題或自擬題目。教師所提供的題目如互聯(lián)網(wǎng)域名查詢系統(tǒng)、校園導(dǎo)游咨詢、學(xué)期授課計(jì)劃編制、CCSP大賽、ACM大賽等程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽題目。這些題目與上述的設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)相比，題目本身復(fù)雜度更高，數(shù)據(jù)和處理更復(fù)雜，在問題的描述中也無直接的信息說明使用某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，學(xué)生需要分析要處理的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)關(guān)系以及要做的何種操作，進(jìn)而選擇合適的一種或幾種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)結(jié)合起來并設(shè)計(jì)算法解決該問題；同時(shí)，學(xué)生也可自擬題目。通過完成應(yīng)用性探究式綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)所學(xué)相關(guān)知識(shí)有更深刻的體會(huì)，同時(shí)可培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力和高級(jí)思維，進(jìn)而達(dá)到課程學(xué)習(xí)的總體目標(biāo)。

2.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

驗(yàn)證型和設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)學(xué)生均在線上完成，借助線上平臺(tái)中教師課前準(zhǔn)備的教學(xué)資源，包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)文檔、相關(guān)教學(xué)視頻、較難知識(shí)點(diǎn)動(dòng)畫演示以及實(shí)驗(yàn)常見問題解答等相關(guān)資源，以學(xué)生自主學(xué)習(xí)資源完成線上題目（驗(yàn)證性和設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)題目），教師及時(shí)提供提示和答疑為主，并強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)緊跟理論教師的授課進(jìn)度，學(xué)生可不受時(shí)間和空間的限制，在教師規(guī)定的時(shí)間前完成驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)部分內(nèi)容。其中，自主學(xué)習(xí)資源為實(shí)驗(yàn)教學(xué)文檔，具體包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程實(shí)驗(yàn)實(shí)施方案、在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的使用手冊(cè)、相關(guān)教學(xué)視頻、較難知識(shí)點(diǎn)動(dòng)畫演示以及實(shí)驗(yàn)常見問題解答等相關(guān)資源，實(shí)驗(yàn)課程課件（幻燈片）、實(shí)驗(yàn)環(huán)境安全手冊(cè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告封面和模板以及實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)等。驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)設(shè)置在理論教師教授完基本概念之后，以在線課前預(yù)習(xí)的形式給出，要求學(xué)生在線完成，教師可在在線平臺(tái)查看學(xué)生進(jìn)度，檢查、監(jiān)控實(shí)驗(yàn)完成情況和過程，同時(shí)提供在線和論壇答疑；在設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)部分，設(shè)置章節(jié)結(jié)束后在新的章節(jié)開始前，教師將提醒學(xué)生，在完成設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的各基本結(jié)構(gòu)的基本操作時(shí)，不要僅局限于教材中提供的基本操作，可根據(jù)實(shí)際用途自行增加或擴(kuò)展必要的操作，啟發(fā)學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)積極思考、靈活運(yùn)用、提高算法設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)能力，同時(shí)本部分教師可與學(xué)生實(shí)時(shí)互動(dòng)答疑或以論壇答疑（師生和學(xué)生間交流）或視頻的形式講解，并實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程的監(jiān)督、檢查以及查看學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)度和實(shí)驗(yàn)完成情況，并將共性的難點(diǎn)及時(shí)總結(jié)，在后續(xù)的線下課堂上集中講解。

應(yīng)用性探究式綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)在線下以“教師引導(dǎo)，學(xué)生主導(dǎo)”的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)形式開展。應(yīng)用性探究式綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)題目，以小組為單位完成，2或3名同學(xué)為1組，采取組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制，題目可從教師所提供的題目中選擇或自擬題目，題目均為較復(fù)雜的實(shí)際應(yīng)用問題，首先方案設(shè)計(jì)、教師評(píng)估，評(píng)估通過后組織學(xué)生以組為單位進(jìn)行項(xiàng)目展示，包括演講、答辯以及評(píng)價(jià)交流，了解不同解決方案，通過交流分享遇到的問題及解決方法，進(jìn)而拓寬設(shè)計(jì)思路。

上述教學(xué)方法把傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式的優(yōu)勢(shì)和在線學(xué)習(xí)的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，既發(fā)揮了教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，又充分體現(xiàn)了學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體的積極性、主動(dòng)性與創(chuàng)造性。

這里需要說明的是，每章節(jié)的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)均要求學(xué)生在本章對(duì)應(yīng)的線下實(shí)驗(yàn)開展前完成，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)共16學(xué)時(shí)，線上實(shí)驗(yàn)由于不受時(shí)空限制不占用學(xué)時(shí)數(shù)，每次線下實(shí)驗(yàn)均為4學(xué)時(shí)，最后一次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行項(xiàng)目展示、答辯及評(píng)價(jià)，項(xiàng)目展示的題目范圍為前3次實(shí)驗(yàn)（由于學(xué)時(shí)限制第4次實(shí)驗(yàn)題目的相關(guān)內(nèi)容在報(bào)告中考察）任選1題進(jìn)行項(xiàng)目展示及答辯，教師評(píng)價(jià)、學(xué)生以組為單位互評(píng)最后綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告等計(jì)入考核。

2.4 輔助教學(xué)手段

驗(yàn)證型、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)部分以及教學(xué)資源均以計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)示范中心購置的在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，包括注冊(cè)、發(fā)布實(shí)驗(yàn)資源、在線實(shí)驗(yàn)、自動(dòng)測(cè)評(píng)以及在線答疑等，作為線下“教師引導(dǎo)，學(xué)生主導(dǎo)”的應(yīng)用性探究式綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)開展的基礎(chǔ)。目前，在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中已經(jīng)積累了一定數(shù)量的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)題目。其中，驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)題目，學(xué)生以個(gè)人為單位完成，以預(yù)習(xí)題目形式布置給學(xué)生，具體形式為選擇、填空、整體編程或程序片段，目的是在實(shí)驗(yàn)前幫助學(xué)生扎實(shí)理論基礎(chǔ)，題目?jī)?nèi)容主要為理論知識(shí)及基本操作的代碼實(shí)現(xiàn)等；設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)題目，以編程題目為主，具體為整體編程或程序片段題目，題目?jī)?nèi)容以經(jīng)典算法或簡(jiǎn)單的實(shí)際應(yīng)用問題求解為主；教學(xué)資源主要包括教師提供的實(shí)驗(yàn)教學(xué)文檔、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、教學(xué)視頻、較難知識(shí)點(diǎn)動(dòng)畫演示、實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)以及實(shí)驗(yàn)常見問題解答等。

應(yīng)用性探究式綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，由于其需要教師投入較多的精力設(shè)計(jì)布置題目、指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)全過程，包括方案評(píng)估、答辯、交流、評(píng)價(jià)與綜合考核等，因此后續(xù)考慮增加助教，減輕教師工作量，使教師有更多的精力設(shè)計(jì)完善實(shí)驗(yàn)體系，進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

2.5 實(shí)驗(yàn)考核方式

考核機(jī)制為實(shí)驗(yàn)全過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相結(jié)合的綜合考核評(píng)價(jià)機(jī)制，考核結(jié)果根據(jù)線上課前預(yù)習(xí)、在線基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、線下應(yīng)用性探究式綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等環(huán)節(jié)的完成情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告綜合得到。綜合考慮在線平臺(tái)的在線自動(dòng)測(cè)評(píng)結(jié)果、線下方案設(shè)計(jì)、任務(wù)完成、學(xué)生參與、團(tuán)隊(duì)合作、項(xiàng)目展示以及答辯等情況，進(jìn)行教師評(píng)價(jià)、自我評(píng)價(jià)和學(xué)生互評(píng)得到綜合評(píng)價(jià)，最終得到考核結(jié)果。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容采取多層次、立體化、由易到難的設(shè)置方式，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)共16學(xué)時(shí)，包括驗(yàn)證型、設(shè)計(jì)型和應(yīng)用性探究式綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)3大部分，具體以課前預(yù)習(xí)、線上基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)以及線下應(yīng)用性綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)3個(gè)階段的形式開展。其中，驗(yàn)證型和設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)均在線上平臺(tái)開展，由于不受時(shí)空限制，因此線上實(shí)驗(yàn)不占用學(xué)時(shí)數(shù)；線下實(shí)驗(yàn)共4次，每次4學(xué)時(shí)（如某學(xué)生小組當(dāng)次未完成線下實(shí)驗(yàn)，可課后額外根據(jù)本組情況自行安排完成題目）。課前預(yù)習(xí)要求學(xué)生在教師教授完理論知識(shí)后設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)布置前隨即完成驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，內(nèi)容為基本概念和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其基本操作的實(shí)現(xiàn)；設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課前完成，內(nèi)容為典型算法的實(shí)現(xiàn)、使用簡(jiǎn)單操作和算法設(shè)計(jì)思想解決較簡(jiǎn)單直接的實(shí)際應(yīng)用問題；應(yīng)用性探究式綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)主要為日常生活中較復(fù)雜的實(shí)際應(yīng)用問題，學(xué)生可從教師提供的題目中選擇，也可從實(shí)際問題出發(fā)自擬題目。

課程第1階段為課前預(yù)習(xí)階段，教師設(shè)定完成預(yù)習(xí)的截止時(shí)間，每名學(xué)生獨(dú)立自行選擇時(shí)間完成題目，并在此基礎(chǔ)上完成第2階段的設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)典型算法或調(diào)用驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)已實(shí)現(xiàn)的基本操作（可開拓思維，自行增加并實(shí)現(xiàn)合適基本操作，不僅限于教材提供的基本操作）并結(jié)合算法設(shè)計(jì)思想解決簡(jiǎn)單的應(yīng)用問題，每章節(jié)的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)均要求學(xué)生在本章對(duì)應(yīng)的線下實(shí)驗(yàn)開展前完成。接著，在第3階段，由學(xué)生自由組隊(duì)，每組2或3人，采用組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制完成，學(xué)生小組根據(jù)需求合理提出解決設(shè)計(jì)方案，由教師評(píng)估，評(píng)估時(shí)教師需要注意學(xué)生設(shè)計(jì)的規(guī)范性，引導(dǎo)學(xué)生在設(shè)計(jì)時(shí)養(yǎng)成良好的開發(fā)習(xí)慣；評(píng)估通過后，學(xué)生以組為單位，采用團(tuán)隊(duì)協(xié)作的方式用4學(xué)時(shí)完成實(shí)驗(yàn)；最后，由學(xué)生以組為單位向全體師生進(jìn)行項(xiàng)目展示，題目范圍為前3次實(shí)驗(yàn)（由于學(xué)時(shí)限制，第4次實(shí)驗(yàn)題目在報(bào)告中考察）任選1題進(jìn)行項(xiàng)目展示，包括演講、答辯以及評(píng)價(jià)交流，了解不同解決方案，通過交流分享遇到的問題及解決方法，進(jìn)而拓寬設(shè)計(jì)思路。

3.1 課前預(yù)習(xí)

基礎(chǔ)理論的掌握是整個(gè)實(shí)驗(yàn)完成的基石，貫穿整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程。課前預(yù)習(xí)部分的目的是鞏固理論基礎(chǔ)知識(shí)，其主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為在線教學(xué)資源的自主學(xué)習(xí)、基礎(chǔ)知識(shí)復(fù)習(xí)和完成驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，課前預(yù)習(xí)依托于在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)展開，按照功能可分為教師引導(dǎo)、學(xué)生自主學(xué)習(xí)、答疑論壇以及線上作業(yè)4部分。

課前預(yù)習(xí)部分以驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為主，注重基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，鞏固理論知識(shí)，訓(xùn)練學(xué)生對(duì)基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其基本操作的代碼實(shí)現(xiàn)，主要包括順序表、棧、隊(duì)列、樹、圖、查找和排序的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其基本操作的代碼實(shí)現(xiàn)和簡(jiǎn)單調(diào)用。

下面就教師引導(dǎo)、學(xué)生自主學(xué)習(xí)、答疑論壇以及線上作業(yè)4部分分別闡述。

(1)教師引導(dǎo)部分。該部分依托于在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供教學(xué)資源的演示、下載，主要包括教師提供的實(shí)驗(yàn)教學(xué)文檔、相關(guān)教學(xué)視頻、較難知識(shí)點(diǎn)動(dòng)畫演示以及實(shí)驗(yàn)常見問題解答等相關(guān)資源（這里需要說明的是，課程初期，教師首先通過學(xué)委發(fā)布通知，將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程介紹及在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)手冊(cè)分發(fā)給學(xué)生，要求同學(xué)自行閱讀）。

其中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)文檔為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程實(shí)驗(yàn)實(shí)施方案、在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的使用手冊(cè)、實(shí)驗(yàn)課程課件（幻燈片）、實(shí)驗(yàn)環(huán)境安裝手冊(cè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告封面、實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板以及實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)等。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程實(shí)驗(yàn)實(shí)施方案主要內(nèi)容為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)的整體授課模式介紹、實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)環(huán)境、使用語言、實(shí)驗(yàn)成績(jī)組成和實(shí)驗(yàn)報(bào)告上交時(shí)間等；在線平臺(tái)使用手冊(cè)的內(nèi)容為在線平臺(tái)的網(wǎng)址、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)操作流程，需要注意的是需要在操作流程中提示學(xué)生的初始登錄賬號(hào)和密碼，并及時(shí)更改自己的密碼以免后續(xù)課程中出現(xiàn)不必要的麻煩；實(shí)驗(yàn)課程課件即課前預(yù)習(xí)階段部分的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)課件中的內(nèi)容為實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟、思考題等；實(shí)驗(yàn)電子指導(dǎo)書為“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教程”的電子版以供學(xué)生參考。

在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上提供較難知識(shí)點(diǎn)動(dòng)畫演示資源，該資源提供了網(wǎng)絡(luò)上相關(guān)優(yōu)質(zhì)資源的網(wǎng)址以供學(xué)生學(xué)習(xí)觀看，以化抽象為具體、化繁為簡(jiǎn)的方法，以動(dòng)畫演示和圖文并茂的教學(xué)方式，令課程更加生動(dòng)有趣，使“難”懂的問題變得容易理解。動(dòng)畫展示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的各種實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對(duì)各種結(jié)構(gòu)特性一目了然，如向?qū)W生演示數(shù)據(jù)入棧和出棧操作，加入圖像、Flash動(dòng)畫等輔助措施后，不僅能夠提高數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識(shí)講解的條理性，還可以使枯燥的理論變得有趣味。通過在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供實(shí)驗(yàn)動(dòng)畫展示的多樣化教學(xué)手段，可以不斷增進(jìn)教學(xué)質(zhì)量，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

(2)學(xué)生自主學(xué)習(xí)部分。學(xué)生自主學(xué)習(xí)區(qū)提供課程的基礎(chǔ)知識(shí)復(fù)習(xí)題目、驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等。上述均可由在線實(shí)驗(yàn)自動(dòng)測(cè)評(píng)，學(xué)生可在完成題目后看到自己的測(cè)試結(jié)果，根據(jù)測(cè)試結(jié)果及時(shí)了解自身學(xué)習(xí)情況，有針對(duì)性地學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，通過完成相應(yīng)的基礎(chǔ)知識(shí)復(fù)習(xí)題目或驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可進(jìn)一步加深對(duì)知識(shí)的理解和運(yùn)用。

(3)答疑論壇部分。該部分提供了師生的交流平臺(tái)，包括教師在線答疑和平臺(tái)論壇答疑等，以教師提示指導(dǎo)但不直接給出答案或解決方案，學(xué)生之間相互交流學(xué)習(xí)遇到的問題、解決方法和創(chuàng)新思路的形式為主。

(4)線上作業(yè)部分。線上作業(yè)部分實(shí)現(xiàn)學(xué)生在線提交實(shí)驗(yàn)作業(yè)和教師手動(dòng)評(píng)定?；A(chǔ)知識(shí)復(fù)習(xí)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)均依托于在線平臺(tái)上展開，并以作業(yè)的形式發(fā)布給學(xué)生?；A(chǔ)知識(shí)的復(fù)習(xí)以填空或選擇的形式在在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上展開，由在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)自動(dòng)測(cè)評(píng)；驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是對(duì)理論課程教學(xué)內(nèi)容的體現(xiàn)，側(cè)重于加深學(xué)生對(duì)于理論知識(shí)點(diǎn)的理解、掌握基本的實(shí)踐技能，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)緊跟理論教學(xué)進(jìn)度，由學(xué)生自行安排時(shí)間及時(shí)在線上完成，由在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)自動(dòng)測(cè)評(píng)和教師手動(dòng)相結(jié)合的形式對(duì)題目答案進(jìn)行評(píng)定。實(shí)驗(yàn)教師通過平臺(tái)對(duì)線上作業(yè)進(jìn)行在線監(jiān)控，通過學(xué)生作業(yè)完成情況及時(shí)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)狀況與進(jìn)度，促進(jìn)學(xué)生理論課后的復(fù)習(xí)，并對(duì)學(xué)生遇到的問題及時(shí)進(jìn)行提示和答疑，保障該部分實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

3.2 線上基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

(1)線上基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)。線上基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)主要指設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，依托于在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)展開，具體包括典型的應(yīng)用型題目或基于調(diào)用驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)部分和算法設(shè)計(jì)思想可完成的簡(jiǎn)單實(shí)際應(yīng)用題目（相對(duì)于應(yīng)用性探究式綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)題目復(fù)雜程度較低）。開展時(shí)機(jī)為每章章節(jié)結(jié)束。題目的設(shè)置原則為圍繞本章節(jié)知識(shí)點(diǎn)，通過運(yùn)用本章節(jié)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)算法、設(shè)計(jì)程序完成典型的應(yīng)用型題目或較簡(jiǎn)單的實(shí)際問題相關(guān)的項(xiàng)目，旨在培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。和下一階段的較復(fù)雜性應(yīng)用問題相比，本部分應(yīng)用任務(wù)相對(duì)簡(jiǎn)單、直接，可以從任務(wù)描述中較直接、容易地獲知使用哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。該部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的題目以在線實(shí)驗(yàn)或作業(yè)的形式布置給學(xué)生，題目如復(fù)數(shù)四則運(yùn)算、括號(hào)匹配問題、哈夫曼編碼、平衡二叉樹演示、圖遍歷生成樹等，或是ACM競(jìng)賽、CCSP競(jìng)賽等各類程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽曾出現(xiàn)過的與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相關(guān)并符合題目設(shè)置原則的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這些應(yīng)用可通過使用驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)已定義好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、基本操作及算法思想設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

(2)線上基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)。該部分雖然依托于在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)展開，把線上及時(shí)指導(dǎo)和線下課堂指導(dǎo)充分融合，為學(xué)生提供靈活高效的學(xué)習(xí)途徑，學(xué)生可通過自學(xué)加教師答疑的方式完成實(shí)驗(yàn)，教師及時(shí)總結(jié)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況，總結(jié)存在的問題和不足，將共性的問題在線下實(shí)驗(yàn)開始的時(shí)候?qū)ι鲜鰡栴}集中講解，形成良性的反饋機(jī)制。學(xué)生根據(jù)需要完成線上基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，通過學(xué)習(xí)教師提供的各類資源，如通過觀看較難知識(shí)點(diǎn)動(dòng)畫演示的資源，加深對(duì)算法的理解，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)并完成線上基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)；教師提供平臺(tái)在線論壇、在線即時(shí)答疑與線下答疑相結(jié)合的方式為學(xué)生解答問題，線上基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)在線上開展，學(xué)生可在完成線上基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的同時(shí)在線提問，教師及時(shí)解答，學(xué)生可在解決問題后繼續(xù)完成當(dāng)前實(shí)驗(yàn)，充分有效地提高該部分的學(xué)習(xí)效率，同時(shí)，在開展線下應(yīng)用性綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生亦可根據(jù)自身情況或問題的復(fù)雜程度選擇與教師當(dāng)面交流，教師給出提示，引導(dǎo)學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題，多種形式的答疑方式促進(jìn)了師生交流，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生在遇到問題時(shí)可以得到適時(shí)的幫助；最后，教師反思和總結(jié)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況，包括學(xué)生存在的不足和問題等，在線上應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)開展前，有針對(duì)性地對(duì)共性問題進(jìn)行集中講解，形成良性的反饋機(jī)制，加深學(xué)生對(duì)理論和算法的理解掌握。

線上基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部分鞏固了學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，通過實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的應(yīng)用為下一階段的線下應(yīng)用性綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的開展做準(zhǔn)備，是從課前預(yù)習(xí)階段到線下應(yīng)用性綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)階段的過渡階段，循序漸進(jìn)的題目設(shè)置，起到承上啟下的作用，培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力和實(shí)踐能力。

3.3 線下應(yīng)用性探究式綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程及其實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目的均為培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、數(shù)據(jù)抽象能力和團(tuán)隊(duì)意識(shí)等，從而提高學(xué)生綜合運(yùn)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。針對(duì)上述教學(xué)目的設(shè)置了線下應(yīng)用性探究式綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，主要圍繞解決應(yīng)用性探究式綜合創(chuàng)新型的實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目展開。

(1)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)。線下應(yīng)用性綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的題目設(shè)置采取技能和項(xiàng)目融合在一起，能體現(xiàn)相關(guān)知識(shí)與實(shí)際問題聯(lián)系的設(shè)置原則，旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用多個(gè)知識(shí)點(diǎn)解決實(shí)際問題，由舊知識(shí)構(gòu)建新知識(shí)的創(chuàng)新能力。同時(shí)，以團(tuán)隊(duì)合作的形式完成題目有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而達(dá)到能力培養(yǎng)的目的。該部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的題目可以是教師提供備選題目，或是學(xué)生根據(jù)題目設(shè)置原則從實(shí)際生活中發(fā)現(xiàn)問題自擬題目，學(xué)生小組討論決定選題。其中，教師提供的題目如公交車站臺(tái)排隊(duì)問題、商品庫存信息管理系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)域名查詢系統(tǒng)、學(xué)期授課計(jì)劃編制、校園導(dǎo)游咨詢等，或是ACM競(jìng)賽、CCSP競(jìng)賽等各類程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽曾出現(xiàn)過的與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相關(guān)并符合題目設(shè)置原則的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

(2)實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)。線下應(yīng)用性綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的課程形式為“教師引導(dǎo)，學(xué)生主導(dǎo)”，教師檢查、監(jiān)控并引導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，注重方案評(píng)估、設(shè)計(jì)、程序分析、測(cè)試、程序錯(cuò)誤和算法的分析。學(xué)生作為課程主體，2或3人自由組成實(shí)驗(yàn)小組，以小組的形式根據(jù)需求合理提出解決設(shè)計(jì)方案，由教師評(píng)估，評(píng)估時(shí)教師要注意學(xué)生設(shè)計(jì)的規(guī)范性、提出的問題與實(shí)際問題和理論的相關(guān)性、問題的深度是否適當(dāng)?shù)?，并提出修改意見，引?dǎo)學(xué)生在設(shè)計(jì)時(shí)養(yǎng)成良好的開發(fā)習(xí)慣；評(píng)估通過后利用課堂時(shí)間完成實(shí)驗(yàn)，教師在學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)時(shí)提供引導(dǎo)和答疑，并及時(shí)對(duì)共性問題進(jìn)行統(tǒng)一講解，并記錄學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的參與度等；最后，由學(xué)生以組為單位向全體師生進(jìn)行項(xiàng)目展示，形式不限，可以是幻燈片、視頻、動(dòng)畫等形式以引起學(xué)生的興趣，題目范圍為前3次實(shí)驗(yàn)（由于學(xué)時(shí)限制第4次實(shí)驗(yàn)題目在報(bào)告中考查）任選一題進(jìn)行項(xiàng)目展示，展示匯報(bào)過程中教師需要及時(shí)對(duì)匯報(bào)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)、提出相關(guān)的問題讓學(xué)生思考，項(xiàng)目展示具體包括演講、答辯以及評(píng)價(jià)交流，了解不同的解決方案，分享遇到的問題及解決方法，進(jìn)而拓寬設(shè)計(jì)思路。

3.4 在線課后習(xí)題

在線課后習(xí)題以自愿的方式在在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)全程提供給學(xué)生，方便學(xué)生復(fù)習(xí)和加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解使用。課后習(xí)題一般以章節(jié)為節(jié)點(diǎn)，每章節(jié)后緊跟著該章節(jié)對(duì)應(yīng)的課后習(xí)題。習(xí)題針對(duì)一點(diǎn)展開，以需要實(shí)現(xiàn)主算法或給出部分程序補(bǔ)全算法的編程片段題的形式給出，如兩個(gè)非降序鏈表的并集、采用遞歸方法實(shí)現(xiàn)漢諾塔問題、求二叉樹的高度和結(jié)點(diǎn)數(shù)以及編寫算法將有向圖的鄰接表轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的逆鄰接表等。

3.5 交流與答疑

針對(duì)課前預(yù)習(xí)、線上基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、線下應(yīng)用性綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)以及在線課后習(xí)題開展不同形式提供交流與答疑。上述4部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置與設(shè)計(jì)需要教師精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并對(duì)教師的理論及實(shí)踐能力有較高的要求。同時(shí)，需要投入較多的時(shí)間和精力準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)、實(shí)時(shí)線上答疑、及時(shí)在線下指導(dǎo)的過程中發(fā)現(xiàn)問題、啟發(fā)并引導(dǎo)學(xué)生完成復(fù)雜的應(yīng)用性探究綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。

交流與答疑以線上實(shí)時(shí)答疑、論壇答疑以及線下“教師引導(dǎo)，學(xué)生主導(dǎo)”相結(jié)合的形式開展，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，教師、學(xué)生的分工明確，相互獨(dú)立又交叉互動(dòng)。教師線上提供實(shí)時(shí)答疑可即時(shí)解決學(xué)生在線上學(xué)習(xí)過程中遇到的問題，使學(xué)生不會(huì)出現(xiàn)“無助”的狀態(tài)，保障了線上教學(xué)的有序開展；論壇答疑為教師和學(xué)生提供了更廣闊的交流空間，以論壇的形式展開討論，學(xué)生可在提問和回答中找到共鳴，適合于解答共性的問題；在教師的提示和引導(dǎo)下，學(xué)生能主動(dòng)思考問題，或主動(dòng)向教師或同學(xué)請(qǐng)教進(jìn)而解決問題。

線上、線下形成互補(bǔ)，教師不但能夠及時(shí)解答學(xué)生提出的問題，還能夠進(jìn)行優(yōu)秀項(xiàng)目的展示，形成了良性的反饋機(jī)制。

4 實(shí)驗(yàn)考核要求與評(píng)價(jià)方法

建立規(guī)范的考核標(biāo)準(zhǔn)與考核制度，能夠使教師和學(xué)生有章可循，確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的有效構(gòu)建和實(shí)驗(yàn)方案的圓滿實(shí)施，充分落實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。

實(shí)驗(yàn)考核以實(shí)驗(yàn)的全過程和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果綜合考慮為依據(jù)，目的為改變傳統(tǒng)的考核制度?？己私Y(jié)果根據(jù)線上課前預(yù)習(xí)和在線基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)完成情況、線下應(yīng)用性探究式綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目完成情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告部分綜合得出。線上課前預(yù)習(xí)和在線基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)占實(shí)驗(yàn)成績(jī)的30%；為突出實(shí)踐性項(xiàng)目，即線下應(yīng)用性綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的重要性，實(shí)踐項(xiàng)目部分占實(shí)驗(yàn)成績(jī)的50%，將方案設(shè)計(jì)、任務(wù)完成、學(xué)生參與、團(tuán)隊(duì)合作、項(xiàng)目展示以及答辯等情況引入考核與評(píng)價(jià)指標(biāo)，并引入學(xué)生互評(píng)模式，教師作為總裁判公平客觀地記錄評(píng)價(jià)結(jié)果，最后綜合學(xué)生評(píng)價(jià)和教師評(píng)價(jià)給出該部分考核結(jié)果；學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容包括需求分析、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、調(diào)試分析、使用說明、測(cè)試結(jié)果及附錄（源程序），實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)占實(shí)驗(yàn)成績(jī)的20%；學(xué)生根據(jù)自身情況，自愿完成課后習(xí)題，達(dá)到復(fù)習(xí)的目的，但如有學(xué)生完成課后習(xí)題可適當(dāng)提高其相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)成績(jī)，但前提為不高于最高成績(jī)。

多樣化的考核方式能促進(jìn)學(xué)生自始至終努力完成實(shí)驗(yàn)部分，避免了學(xué)生只注重理論知識(shí)的學(xué)習(xí)、死記硬背理論知識(shí)的情況，達(dá)到重視實(shí)踐的目的。教師需要客觀公正地進(jìn)行考核評(píng)價(jià)，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)，形成良性的互動(dòng)模式。

5 實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

通過對(duì)計(jì)算機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、電子以及通信等專業(yè)約590名學(xué)生的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革，并選擇某一時(shí)刻監(jiān)控學(xué)生在線實(shí)驗(yàn)完成情況得到如圖2所示的數(shù)據(jù)。因?qū)W生的空閑時(shí)間根據(jù)課表有一定的規(guī)律等原因，因此出現(xiàn)在某一時(shí)間段對(duì)平臺(tái)的使用率較高的情況。

同時(shí)，采取數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革后，從學(xué)生報(bào)告的課程總結(jié)及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到效果統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表如表1所示?？梢钥闯鰧?shí)驗(yàn)的參與度、實(shí)驗(yàn)的完成度和多層次立體化的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)比較適配。

圖2 學(xué)生在線實(shí)驗(yàn)完成情況

表1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表 %

學(xué)生的實(shí)驗(yàn)參與度、題目完成度與多層次立體化的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)比較適配。對(duì)在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的滿意度和對(duì)較難知識(shí)點(diǎn)動(dòng)畫演示的滿意度，反映了學(xué)生的接受度較好。同時(shí)，平臺(tái)運(yùn)行期間基本穩(wěn)定，有效輔助了實(shí)驗(yàn)教學(xué)，取得了良好的效果。①教學(xué)資源和教學(xué)的時(shí)空延展增加了學(xué)生的有效學(xué)習(xí)時(shí)間；②多層次、立體化的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置，有利于學(xué)生逐步提高學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新思維能力；③有效的師生互動(dòng)形式，良性的及時(shí)反饋評(píng)價(jià)機(jī)制，綜合的全過程考核評(píng)價(jià)方式。

通過使用在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與線下“教師引導(dǎo)，學(xué)生主體”的課堂教師指導(dǎo)相結(jié)合的方式，學(xué)生鞏固了自己的基礎(chǔ)理論知識(shí)，并通過平臺(tái)的自動(dòng)評(píng)測(cè)將算法轉(zhuǎn)化為可運(yùn)行代碼。同時(shí)，有能力的同學(xué)能夠通過應(yīng)用性探究式綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)題目繼續(xù)通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識(shí)解決日常生活中的實(shí)際應(yīng)用問題，有效提高了解決復(fù)雜問題的綜合能力和創(chuàng)新思維能力。

6 結(jié) 語

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程由于在計(jì)算機(jī)及其相關(guān)專業(yè)課程體系中的重要性，近年來一直是計(jì)算機(jī)及其相關(guān)專業(yè)課程建設(shè)的重點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)更是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)的必要環(huán)節(jié)。通過對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行金課建設(shè)教學(xué)探索，把課堂教學(xué)和線上學(xué)習(xí)充分融合，通過為學(xué)生提供靈活高效的學(xué)習(xí)途徑，逐步實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的個(gè)人能力，注重引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、深入思考，在實(shí)驗(yàn)課程中強(qiáng)化解決實(shí)際問題的能力。未來考慮增加助教，減輕實(shí)驗(yàn)教師的工作負(fù)擔(dān)，使實(shí)驗(yàn)教師能有更多的精力投入到實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置、豐富題目和增加題目數(shù)量上，并保障上述實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)更加有效地實(shí)施。