數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程QAE實踐教學模式的探索與實踐

1、    “數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程qae實踐教學模式的探索與實踐    黨源源 王紅梅 劉冰摘 要：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一門應(yīng)用實踐性強的課程，為加強數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐課程建設(shè)，分析了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐課程教學中存在的問題，提出了以問題驅(qū)動為基礎(chǔ)、立體化進階式教學與考核為手段、時空拓展實踐教學為特色（qae）的教學模式。從實際問題出發(fā)重新組織教學素材，完成教學內(nèi)容“階”的劃分，并制定進階規(guī)則；將實踐教學拓展為四個階段，逐步培養(yǎng)學生的實踐能力?？偨Y(jié)教學模式實施效果，分析改進思路。關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；qae；進階；實踐教學：tp31 ：aabstract：data structure is

2、a practice-oriented application course.to strengthen the construction of this practice course，this paper analyzes the current problems in the teaching of the practice course and provides a teaching model which takes the question-driven as the basis，stereoscopic advanced teaching and evaluation as th

3、e method，space-time expansion of practical teaching as the characteristic （qae）.starting from actual problems，it reorganizes the teaching materials，completes the division of steps in teaching content，and establishes the advanced rules.moreover，it has expanded the practical teaching into four stages，

4、cultivating the practice ability of students gradually，summarizing the teaching model and practicing effects，and analyzing the improvement ideas.keywords：data structure；qae；advanced；practical teaching1 引言（introduction）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計算機專業(yè)教學計劃中的核心課程，也是計算機及相關(guān)專業(yè)考研和水平等級考試的必考科目。要從事和計算機科學與技術(shù)相關(guān)的工作，尤其是計算機應(yīng)用領(lǐng)域的開發(fā)和研制工作

5、，必須具備堅實的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)1。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程既有很強的理論性，又有較高的實踐要求2。本文針對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課內(nèi)實踐教學，采用以問題驅(qū)動為基礎(chǔ)、立體化進階式教學與考核為手段、時空拓展實踐教學為特色（qae）的教學模式，以培養(yǎng)學生抽象思維、計算思維能力，提高學生運用理論知識解決實際問題的能力，達到學以致用的實踐教學目的。課內(nèi)實踐（驗）是指與理論課相捆綁的實踐教學，即嵌入到專業(yè)基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)課內(nèi)的實踐教學3。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程具有理論抽象程度高和應(yīng)用實踐性強的特點4。因此如何提高課內(nèi)實踐教學水平，在實踐中不斷地夯實理論知識，并將理論知識運用到實際問題的解決中顯得尤為重要。但傳統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐教學存在以下問題5-8：

6、（1）課程要求理論實踐并重，學習跨度大。（2）學生學習起點、學習規(guī)律不同，統(tǒng)一、同一的教學設(shè)置無法滿足教學需求。（3）原有實踐題目與實際問題契合不緊密。（4）課程學時分散、學時不足、難與課程其他實踐設(shè)置相關(guān)聯(lián)。（5）考核機制平面化、考核形式單一化，難以形成激勵效果。2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程qae實踐教學模式框架（the framework for data structure course qae practice teaching model）針對上述問題，將培養(yǎng)學生抽象思維、計算思維能力；提高學生運用理論知識解決實際問題的能力；因材施教拓展個人學習發(fā)展空間設(shè)定為實踐教學目標。借鑒巴特勒與拋錨式教學

7、模式9，制定以問題驅(qū)動為基礎(chǔ)、立體化進階式教學與考核為手段、時空拓展實踐教學為特色（qae）的教學模式，如圖1所示。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程組通過總結(jié)多年的實踐教學經(jīng)驗，結(jié)合課程組編著的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（c+）立體化教材（“十一五”國家規(guī)劃教材），基于長春工業(yè)大學“計算機軟件基礎(chǔ)課程群實驗平臺”，應(yīng)用qae實踐教學模式對原有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐課程進行了改革。將問題驅(qū)動式教學方法貫穿于整個實踐教學過程；重新組織設(shè)置實驗題目，使其層次分級、推進分階；為學生架設(shè)時空可擴展的立體化實踐學習平臺；結(jié)合進階實踐學習建立多層次立體化課程考核機制。3 qae中基于問題驅(qū)動的立體化進階式教學設(shè)置 （stereoscopic advanc

8、ed teaching settings based on problem-driven in qae model）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程涉及計算機求解問題過程的兩大基石：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法10。qae教學模式，在回歸課程主旨的同時緊扣課程內(nèi)容，將實踐課程內(nèi)容進行了橫向分階與縱向分層的立體化組織，并結(jié)合理論知識設(shè)置了一系列具有現(xiàn)實背景的實踐題目。以此為基礎(chǔ)開展問題驅(qū)動式實踐教學。3.1 問題驅(qū)動式教學設(shè)置為解決學生遇問題無想法的問題，設(shè)置具有實際背景的問題（表1），并通過“解決問題”推進教學進程。實踐題目設(shè)置原則：（1）理論知識覆蓋范圍明確。（2）問題求解目標明確。（3）難度分級明確。（4）背景生動簡潔。教

9、學設(shè)置：（1）針對訓練內(nèi)容由實際問題出發(fā)，將學生帶入問題情境。（2）引導學生應(yīng)用所學理論知識構(gòu)建問題模型。（3）引導學生針對問題模型設(shè)計數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)。（4）指導學生基于存儲結(jié)構(gòu)完成設(shè)計算法。（5）指導學生進行算法分析。（6）引導學生進行算法實現(xiàn)。問題驅(qū)動式實踐教學以應(yīng)用計算機解決實際問題為主旨，通過“問題”的解決對學生進行問題模型抽象、算法設(shè)計分析的訓練。來源于生活的問題具有親和力，通過由易到難的問題導入可使學生的學習進行平滑過渡。通過“問題”的不斷解決，使學生自然形成計算思維，最終到達遇“問題”有“想法”的教學目的。3.2 立體化進階式課程組織將實踐課程內(nèi)容進行橫向分階與縱向分層的立體化組織

10、（限于篇幅截取部分章節(jié)），如表1所示。并在此基礎(chǔ)上進行立體化進階式實踐教學。（1）課程內(nèi)容層次化設(shè)置：分層教學即根據(jù)不同專業(yè)和不同水平層次的受教育對象，制定不同的教學體系及與之相適應(yīng)的教學方法11。qae教學模式將教學內(nèi)容進行了四個層次的劃分，分別為：章節(jié)基礎(chǔ)進階層、章節(jié)探索進階層、章節(jié)應(yīng)用進階層、課程綜合進階層。四個層次由單知識點基礎(chǔ)訓練到課程知識綜合訓練由淺及深逐層遞進。層次化教學設(shè)置可提供多樣化的學習方式，在完成基本學習的前提下學生可選擇單點深入學習也可選擇分層迭代學習，以應(yīng)對學生學習起點、學習能力、學習目標的差異，滿足個性化教與學的需求。qae教學模式層次設(shè)置：章節(jié)基礎(chǔ)進階層，緊扣章節(jié)

11、教學內(nèi)容，設(shè)置章節(jié)基礎(chǔ)訓練題目，題目類型分為基礎(chǔ)驗證實驗和基礎(chǔ)設(shè)計實驗兩部分。其中基礎(chǔ)驗證試驗在理論課教學中詳細講解，設(shè)置為預習實驗在課前完成。章節(jié)探索進階層，基于章節(jié)內(nèi)容設(shè)置與實際問題相結(jié)合的實踐題目，并設(shè)定課程考核基線和層次拓展基線。章節(jié)考核基線（*號標識）為本章節(jié)學習的基礎(chǔ)要求，層次拓展基線（+號標識）為通往下一層次的解鎖控制（兩條基線可根據(jù)學生的學習情況動態(tài)調(diào)整）。章節(jié)應(yīng)用進階層，設(shè)置以本章節(jié)內(nèi)容為主并結(jié)合其他章節(jié)知識的具有實際背景的綜合性應(yīng)用題，并設(shè)定層次拓展基線。課程綜合進階層，設(shè)置具有一定難度和規(guī)模的課程綜合性題目。（2）課程內(nèi)容進階設(shè)置。為降低實踐課程學習門檻，解決學生學習跨度

12、大的問題，對課程內(nèi)容進行進階設(shè)置?！斑M階”機制可平滑推進教學進程、激發(fā)學生的學習積極性。進階也將階與階之間進行了有效聯(lián)通，使其獨立而不孤立。定義1：階。將知識模塊與知識考核相結(jié)合，內(nèi)聚而獨立的學習單元稱之為“階”。定義2：進階。課程學習中“階”的推進、迭代過程為“進階”。qae教學模式中階的建設(shè)，以章節(jié)“圖”為例。（1）將內(nèi)容劃分為知識模塊：圖的存儲結(jié)構(gòu)、圖的遍歷、最小生成樹、最短路徑、拓撲排序、關(guān)鍵路徑、圖的其他應(yīng)用。（2）針對知識模塊設(shè)置不同難度等級的實踐題目，形成“階”（如表1：圖、階）。1階，知識模塊：圖的存儲結(jié)構(gòu)。難度：基礎(chǔ)。2階，知識模塊：圖的遍歷、圖的其他應(yīng)用。難度：基礎(chǔ)。3階，

13、知識模塊：圖的遍歷。難度：中等。4階，知識模塊：圖的遍歷。難度：較難。5階，知識模塊：拓撲排序、圖的其他應(yīng)用。難度：較難。6階，知識模塊：最小生成樹。難度：難。7階，知識模塊：最短路徑。難度：難。8階，知識模塊：拓撲排序。難度：難。9階，知識模塊：關(guān)鍵路徑、圖的其他應(yīng)用。難度：難。qae教學模式中進階設(shè)置。結(jié)合層次劃分，進階設(shè)置分為兩部分：（1）課程學習進階。隨課程學習的推進而推進，在“章節(jié)基礎(chǔ)進階”和“章節(jié)探索進階”中完成。達到章節(jié)考核基線視為章節(jié)學習通過。當前章節(jié)學習通過方可進行下一章節(jié)的學習。（2）章節(jié)層次進階。層次進階考察學習的深度，通過四個拓展層次來體現(xiàn)。除“章節(jié)基礎(chǔ)進階”（必修）外

14、，達到進階基線可進入下一層次的學習。3.3 qae教學模式中時空拓展式實踐教學設(shè)置當前實踐課程存在學時分散、學時不足等問題。為解決上述問題課程組進行了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學改革，應(yīng)用實驗平臺，打破教學硬件資源的限制，對原有的10學時課上實踐教學進行時空拓展。結(jié)合“立體化進階式課程組織”將原有單一的實踐課程分為四個階段：課前實踐、課上實踐、課后實踐、課程延伸實踐。教學設(shè)置如表2所示。4 多層次立體化實踐課程考核（multi-level and stereoscopic practice course evaluation）借鑒智豬博弈理論12，結(jié)合進階學習過程，采用減量加移位與分層考核相結(jié)合的立體化考

15、核方式。對應(yīng)課程實施的四個階段，課程考核也分為課前實踐考核、課上實踐考核、課后實踐考核、課程延伸實踐考核四個層次。再將四個層次應(yīng)用在不同的章節(jié)實踐中，形成立體化考核體系?？己嗽O(shè)定為百分制延伸考核，所有考核在實驗平臺中完成，考核成績由實驗平臺自動生成并進行累加。課前實踐考核為實踐課的門檻考核，只設(shè)置通過標識不記入分數(shù)統(tǒng)計，通過者方可進行課上實踐。課上實踐考核，要求通過章節(jié)考核基線，應(yīng)用實驗平臺自動評判實踐分數(shù)，并累計平臺中實驗報告評判分數(shù)（教師給出），得出課上實驗分數(shù)，滿分為70分。課后實踐考核，依據(jù)進階規(guī)則實驗平臺自動累計分數(shù)，滿分為30分。課程延伸實踐考核，依據(jù)進階規(guī)則實驗平臺自動累計分數(shù)，

16、成績累計入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計，成績突出者計入創(chuàng)新學分。各層考核標準（考核基線、進階基線）可根據(jù)學生的學習情況在實驗平臺中動態(tài)調(diào)整。分層進階、逐層遞進、多次考核、成果延伸的考核形式將原有分散的實踐課程有機的結(jié)合起來，并有效的延伸到相關(guān)的實踐教學中，充分激發(fā)了學生的學習積極性。同時實驗平臺的自動化評價考核管控機制大大節(jié)省了教師的工作時間，使教師有更多的時間用于學生的學習指導。5 結(jié)論（conclusion）從2015年開始針對“計算機科學與技術(shù)”專業(yè)學生進行實踐課程教學改革，并不斷完善qae教學模式。應(yīng)用課題組編著教材，基于實驗平臺重新組織教學內(nèi)容、教學形式和考核形式。經(jīng)過三年多的積累，通過學生橫縱

17、向考核比較，qae實踐教學模式在培養(yǎng)學生實踐能力上有明顯效果。在實驗完成的數(shù)量、深度均有較大幅度提高，據(jù)實驗平臺數(shù)據(jù)跟蹤，學生知識繼承轉(zhuǎn)化（創(chuàng)新實踐、競賽）也取得了較好的效果。參考文獻（references）1 王紅梅，胡明，王濤.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（c+版）第2版m.北京：清華大學出版，2016.2 郭瑞波，王夢菊.基于cdio理念的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程體系研究與實踐j.實驗技術(shù)與管理，2016，33（10）：213-216.3 楊曉波，陳邦澤.“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”演示實驗類交互式微課設(shè)計與實踐j.實驗技術(shù)與管理，2017，34（08）：153-157.4 王翔.用mooc來實現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程cdio教改的探討j.軟件工程，2018，21（03）：54-56.5 劉曉靜，王曉英，張玉安，等.以創(chuàng)新人才培養(yǎng)為目標的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗教學改革j.實驗技術(shù)與管理，2014，31（11）：184-187.6 張安勤，葉文珺，田秀霞，等.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學改革方案和應(yīng)用效果j.軟件工程，2017，20（12）：57-59.7 吳長偉，鄭曉霞，鄧紅，等.應(yīng)用型本科數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程多維度實踐教學體系改革j.中國冶金教，2015，（4）：63-66.8 王卓，黃安，陳愛.一種基于階段式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學探索與實踐j.計算機教