现代教学模式与CDIO理念在数据结构课程中的实践
现代教学模式与CDIO理念在数据结构课程中的实践 本文针对目前数据结构课程教学中存在的问题，运用多 种现代教学模式及CDIO的工程教育理念进行了改革的探索。实践证明，基于现代教学模式与理念的教学方法在本课程中 是可行的、有效的。
摘 要：
数据结构；
现代教学模式；
CDIO 数据结构与算法是计算机专业及信息类专业的核心基 础课程。由于课程难度大，内容多，在教学中经常会出现重 理论轻实践、重视知识学习而轻视开拓创新的培养等问题。
要在有限的课时内使学生更好地掌握课程的重点、更好地提 高解决实际问题的程序设计能力以适应学科迅速发展和知 识更新的需要，就必须打破传统的数据结构教学模式，融入 一些新的现代教育的理念与方法。
1. 数据结构教学的现状 数据结构课程存在理论和实践性强、知识点庞杂、内容 抽象等特点，传统的教学模式与理念容易出现以下一些问 题：
（1）教师在授课过程中容易只专注于自顾自地讲解教 材上的算法思想及过程，不顾及学生的接受程度和融入课堂 的积极性，从而陷入"教师讲，学生被动接受"甚至是"教师 讲，学生睡"的填鸭式教学误区。
（2）重视理论教学，轻视实践环节。导致学生体会不到"学有所用"，容易感觉枯燥而失去兴趣，学习缺乏积极性 和主动性。
（3）实践教学中验证试验较多，设计实验及综合实验 偏少，不利于培养学生综合分析、解决问题的能力。
2. CDIO理念下的实践教学 CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现 （Implement）和运作（Operate）,这一工程教育理念更注 重扎实的工程基础理论和专业知识的培养，通过贯穿整个人 才培养过程的团队设计和创新实践环节的训练，培养既有过 硬的专业技能，又有良好职业道德的国际化工程师。[1] 2.1 基于CDIO的实践能力培养 CDIO大纲强调加强专业基础教育的同时，必须关注工程 实践，加强实践环节。同时，CDIO大纲的第三部分是人际技 能，即团队协作及沟通能力[2]。
根据CDIO的思想，在课程中设计了验证型、设计型、综 合型三类实验，由易到难，由浅入深，构成了完整的实验教 学体系。实验的开展应该以此为主线，循序渐进地进行[3]。
每学习完一种数据结构后就要求学生完成相应的验证实验， 主要起到深化学生对基本知识的理解和训练调试程序的基 本能力。
综合实验若干周进行一次，以保证实验的完成质量。综 合实验一般要求2-3人的小团队合作完成，并要求必须提交 完整的设计文档。以线性表这一章为例，设计实验可以要求解决约瑟夫环问题，综合实验要求完整实现"简单电话号码 簿"这一项目。
这种按照CDIO思想安排的实践项目由小到大，内容由浅 到深循序渐进，而且以小组为单位开展实验教学，能培养学 生良好的团队精神和沟通协作能力 。
2.2 基于CDIO的创新能力的培养 CDIO能力大纲第二部分强调学生创造性思维的培养。考 虑到ACM/ICPC大赛的创新性、趣味性和实用性，在数据结构 课程教学中引入ACM/ICPC比赛中和数据结构课程内容相关 的赛题和学生一起讨论，然后分析算法并编程实现。这样学 生在拓展视野的同时也培养了创新精神。
为培养创新能力并奠定扎实的程序设计能力，我校配置 了程序在线评测系统（Judge Online），其中的题目按照验 证型，设计型，综合型分布。要求学生必须在该系统中实名 注册，然后根据自己的能力选择教师指定范围内的若干题目 完成。最后，学生的完成情况必须纳入期末总评的考核。这 种方法对于激发学生的创新性和积极性非常有效。
3.基于现代教学模式的数据结构课堂教学 现代教学模式在教学方法和教学体系上与传统教学截 然不同，把"以教师为主体"、"课程为中心"的传统教育观转 变为"以学生为主体"、"以学生为中心"的新的教育观。它们 更注重培养学生独立获取知识、发现创新知识的能力。
在CDIO思想的指导下展开实践教学的同时，我们在数据结构的课堂教学中，根据每节课程内容的特点选用以下教学 模式展开教学。
3.1 问题驱动式教学 问题驱动教学是以培养学生提出问题、发现问题为目标 来组织课堂的一种教学模式。问题驱动式教学在课堂一开始 就能吸引学生的兴趣，并引导学生积极参与到学习中，而不 再是被动的接受知识。例如，在学习循环链表这部分内容时， 教师可以提出比较有趣的"约瑟夫环"问题让学生思考，再逐 步引出循环链表的相关知识，然后鼓励学生课后应用循环链 表编写算法解决"约瑟夫环"问题并上机编程实现。这一过程 中学生自主思考、自己动手的教学环节是十分重要的，不仅 激发学生兴趣，也能够培养学生分析解决实际问题的能力。
3.2 范例教学 范例教学模式是用特例具体直观地阐明"个体"的具体 特征，根据范例"个体"的知识推论特点，分析掌握整个"类 别"事物的特征，使对"个体"的认识上升为对"类别"的认识， 从而掌握其规律和范畴。数据结构中的主要算法和一些抽象 的概念，可以尽量先从直观意义或具体实例解释着手，让学 生更容易理解。因此在教学过程中宜多画图、多举例、多解 释。这种从特殊到一般，从具体到抽象的方法，适用于数据 结构中的很多内容。
3.3 项目驱动式教学 项目驱动式教学（Project based leaning）是师生通过共同实施一个完整的项目工作而进行的教学活动，它将学 习者融入有意义的任务完成过程中，让学生有目标地自主学 习；
同时要求学生通过自己的实践进行知识建构和技能训练。
数据结构课程是很适合应用该教学模式的。
教学中教师可以结合学生的实际情况，针对章节内容的 特点来设计具有实用性的综合项目，从项目的提出到项目的 完成都遵循软件项目开发的流程来进行。课程知识点的学习 都紧密围绕该项目展开。例如，线性表这一章可以设计一个 "简单电话号码簿"的系统，该系统要求能够实现电话号码的 录入、插入、删除和修改等功能。首先，教师引导学生分析 该问题中数据之间的逻辑关系，从而引出线性表这一数据结 构。然后，教师将项目的功能进行分解，分别讲授线性结构 的两种存储结构实现及其上插入、删除等算法。最后，指导 学生以个人或小组的形式进行项目扩展和链接，生成一个综 合项目。随着课程的进行，还可以灵活的在已有项目上扩充。
3.4 "做中学"的教学模式 顾名思义，"做中学"是让学生不再被动地接受知识的灌 输，而是在参与具体工作的过程中去主动地探究知识。因此， 教师在课堂上对重点和难点必须有所侧重，次要内容可以让 学生在课外通过设计实验或课程设计自学。实践证明，学生 在"做"的过程中可以充分的发挥主动性和积极性，可以 "学 "的更好、更扎实。
4. 总结综上所述，结合数据结构课程的特点将CDIO工程教育 理念贯穿于教学中，并且根据教学内容灵活使用多种现代教 学模式，对于培养学生的创新思维、实践动手能力以及团队 协作能力是十分有意义的，在教学实践中可以取得较为满意 的效果。
参考文献：
[1] www.chinacdio.cn,中国CDIO网站 [2]陶永芳等. CDIO大纲对高等工科教育创新的启示[J]. 中国高教研究,2006（11）:81-83 [3]金静，信息类专业《数据结构》教学策略探究[J]. 计算机教育,2009（15）:80-83