摘要:針對(duì)國(guó)際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽所涉及知識(shí)與“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程密切相關(guān)的特點(diǎn)，將程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽與“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程實(shí)踐教學(xué)改革相結(jié)合，并在多年的課程教學(xué)中加以實(shí)踐，取得顯著效果。

關(guān)鍵詞:算法;數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽;實(shí)踐教學(xué);改革

“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”是計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的重要理論技術(shù)基礎(chǔ)，它不僅是計(jì)算機(jī)學(xué)科的核心課程，也是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。其在計(jì)算機(jī)學(xué)科的課程體系中起著承上啟下的作用，它為操作系統(tǒng)、編譯原理、數(shù)據(jù)庫(kù)原理、軟件工程等后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，學(xué)好“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”對(duì)于提高學(xué)生的理論認(rèn)知水平和實(shí)踐能力有著極為重要的作用。

ACM國(guó)際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽(ACM/ICPC:ACM Internation Collegiate Programming Contest)是由美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)(ACM: Assiciation for Computing Machinery)組織的年度性競(jìng)賽，開(kāi)始于1970年，是全球大學(xué)生計(jì)算機(jī)程序能力競(jìng)賽活動(dòng)中最有影響力的一項(xiàng)賽事。ACM/ICP競(jìng)賽涉及學(xué)科知識(shí)面廣，有助于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力、創(chuàng)新能力，也有利于團(tuán)隊(duì)精神的培養(yǎng)。參加此競(jìng)賽能使學(xué)生將“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程所學(xué)充分應(yīng)用于競(jìng)賽中，將理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐，用實(shí)踐驗(yàn)證及加強(qiáng)理論知識(shí)，二者相得益彰。

1面向問(wèn)題求解的實(shí)踐教學(xué)模式

“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”是一門(mén)理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程。在傳統(tǒng)的課程教學(xué)過(guò)程中，存在著理論教學(xué)與實(shí)踐運(yùn)用的矛盾。由于該課程內(nèi)容較抽象，不好講解，若非精心準(zhǔn)備，很難取得好的課堂教學(xué)效果。學(xué)生學(xué)完該課程后，普遍存在理論知識(shí)不扎實(shí)、編程實(shí)踐能力差的現(xiàn)象。

近年來(lái)，針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)存在的問(wèn)題，不少學(xué)校都在進(jìn)行該課程的教學(xué)改革[1-3]，其中很重要的一個(gè)改革就是實(shí)踐教學(xué)改革，提倡要加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，在每個(gè)章節(jié)的理論教學(xué)后要求學(xué)生完成若干上機(jī)實(shí)驗(yàn)作業(yè)，以此達(dá)到提高學(xué)生實(shí)踐能力，深化理論教學(xué)的目的。

我校從2005年起開(kāi)展課程實(shí)踐教學(xué)改革，構(gòu)建面向問(wèn)題求解的實(shí)踐教學(xué)模式[4]。面向問(wèn)題求解的實(shí)踐教學(xué)模式主要包括以下幾個(gè)方面:(1)面向?qū)嶋H問(wèn)題，精心設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容;(2)作業(yè)自動(dòng)評(píng)測(cè);(3)解題報(bào)告交流;(4)優(yōu)秀作業(yè)評(píng)選。

通過(guò)以上多方面的改革，學(xué)生的實(shí)踐能力也得到了較大的提高。

2結(jié)合程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程實(shí)踐教學(xué)改革

針對(duì)近幾年來(lái)我校學(xué)生對(duì)參與ACM/ICPC競(jìng)賽熱情高漲，而且該競(jìng)賽所涉及的很多知識(shí)與“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程息息相關(guān)等因素，自2007年以來(lái)，課程教學(xué)組將程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽與課程實(shí)踐教學(xué)改革相結(jié)合，依托程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽，進(jìn)一步推進(jìn)“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程實(shí)踐教學(xué)改革。具體措施主要有以下幾個(gè)方面:

2.1與競(jìng)賽題目描述形式相同的課程實(shí)驗(yàn)作業(yè)

我們借鑒程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽題目規(guī)范、求解目標(biāo)明確和背景描述有趣等特點(diǎn)，將“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程實(shí)驗(yàn)作業(yè)題目描述成程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽題目的形式，這樣便于學(xué)生明確問(wèn)題求解的目標(biāo)以及結(jié)果的表示形式，為自動(dòng)評(píng)測(cè)做了準(zhǔn)備。同時(shí)，采用競(jìng)賽題的描述方式也大大激發(fā)了學(xué)生解決問(wèn)題的興趣，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

2.2離線和在線評(píng)測(cè)相結(jié)合的作業(yè)評(píng)測(cè)方式

先用離線評(píng)測(cè)系統(tǒng)測(cè)試學(xué)生提交的作業(yè)，測(cè)出每次作業(yè)的成績(jī)，并在網(wǎng)站上公布評(píng)測(cè)結(jié)果，平時(shí)作業(yè)成績(jī)將是期末成績(jī)的重要組成部分。成績(jī)公布后，開(kāi)放程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽所用的在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)，作業(yè)成績(jī)不理想的學(xué)生可再次改進(jìn)自己的作業(yè)，并利用在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)進(jìn)行評(píng)測(cè)。

2.3競(jìng)賽形式的課程半期考

福州大學(xué)每年的程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽舉辦的時(shí)間都在四月下旬，時(shí)值“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)進(jìn)行至中期。鑒于程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽所涉及知識(shí)與“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程密切相關(guān)，我們將此競(jìng)賽當(dāng)成課程的半期考試，要求每一位修讀“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的學(xué)生都要參加。

競(jìng)賽形式的半期考有如下幾個(gè)好處:(1)通過(guò)競(jìng)賽可以檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程內(nèi)容的掌握情況;(2)由于此競(jìng)賽是全校性的賽事，各專業(yè)的學(xué)生均可參加，作為科班出身的計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生若在競(jìng)賽中輸給非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生，那將是一件很不光彩的事情，因此競(jìng)賽形式的半期考將給修讀“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的學(xué)生帶來(lái)無(wú)形的壓力，這必將促使他們?cè)谄綍r(shí)投入更多時(shí)間去學(xué)習(xí);(4)競(jìng)賽形式的半期考也讓學(xué)生親身感受到程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽的氛圍，從而激發(fā)學(xué)生參賽的興趣，為我校ACM/ICPC集訓(xùn)隊(duì)員的選拔奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.4開(kāi)展“有獎(jiǎng)月賽”活動(dòng)

為了讓學(xué)生在課堂之外能自覺(jué)加強(qiáng)對(duì)“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步提高他們分析、解決問(wèn)題的能力，我們?cè)诿吭履╅_(kāi)展一次“有獎(jiǎng)月賽”活動(dòng)。

“有獎(jiǎng)月賽”的獎(jiǎng)勵(lì)只頒發(fā)給大一、大二的學(xué)生，以此來(lái)激勵(lì)修讀“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的學(xué)生參加該項(xiàng)活動(dòng)，提高自身動(dòng)手實(shí)踐能力。該活動(dòng)至今已開(kāi)展兩年多，取得了顯著的效果。

3實(shí)踐教學(xué)改革的成效

3.1激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

競(jìng)賽題有趣的背景描述在很大程度上激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。如利用循環(huán)鏈表解決猴子選大王問(wèn)題，利用棧幫助小鼠走出迷宮，利用Huffman算法設(shè)計(jì)文件解壓縮軟件和利用圖的最短路徑算法尋找換車次數(shù)最少的公交線路問(wèn)題、套匯問(wèn)題等。

3.2深化理論教學(xué)

“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”是一門(mén)理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程。結(jié)合程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽的實(shí)踐教學(xué)改革不僅大大提高了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，而且也在很大程度上使學(xué)生加深對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的理解，達(dá)到通過(guò)實(shí)踐教學(xué)深化理論教學(xué)的目的。

3.3提高了學(xué)生分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力

從近幾年的改革實(shí)踐來(lái)看，大部分學(xué)生經(jīng)過(guò)“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的學(xué)習(xí)與實(shí)踐訓(xùn)練，已經(jīng)具備在一定的時(shí)間內(nèi)獨(dú)立解決問(wèn)題的能力，能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法設(shè)計(jì)策略，并在計(jì)算機(jī)上編程實(shí)現(xiàn)。我校計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生在各類與程序設(shè)計(jì)相關(guān)的學(xué)科競(jìng)賽中頻獲佳績(jī)。我校ACM/ICPC代表隊(duì)先后在ACM/ICPC亞洲區(qū)預(yù)賽中共獲9個(gè)銀獎(jiǎng)和11個(gè)銅獎(jiǎng)，且成功晉級(jí)第30屆ACM/ICPC全球總決賽，并喜獲第39名。

3.4為各類與程序設(shè)計(jì)相關(guān)的學(xué)科競(jìng)賽培養(yǎng)大量人才

經(jīng)過(guò)本課程的實(shí)踐教學(xué)改革，我院學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力得到極大的提高，涌現(xiàn)出了許多編程好手。近年來(lái)，我院學(xué)生除了組隊(duì)參加ACM/ICPC競(jìng)賽，許多學(xué)生紛紛加入到諸如數(shù)學(xué)建模、電子設(shè)計(jì)、機(jī)器人大賽等各大學(xué)科競(jìng)賽小組中，并在歷年的學(xué)科競(jìng)賽中均取得很好的成績(jī)，為學(xué)校贏得了榮譽(yù)，這些榮譽(yù)的取得都與“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的實(shí)踐教學(xué)改革是分不開(kāi)的。

5結(jié)語(yǔ)

結(jié)合程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽的實(shí)踐教學(xué)模式的實(shí)施深化了課堂理論改革，大大提高了學(xué)生的實(shí)踐能力和人才培養(yǎng)質(zhì)量。此教學(xué)模式先后在我校計(jì)算機(jī)專業(yè)近三年的“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)中得以實(shí)施，取得了顯著的效果。

注:本文為“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”國(guó)家精品課程建設(shè)項(xiàng)目。

參考文獻(xiàn):

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[3] 廖明宏，張巖，李秀坤，等. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”精品課程介紹[J]. 計(jì)算機(jī)教育，2006(5):17-19.

[4] 吳英杰，王一蕾，王曉東. 面向問(wèn)題求解的實(shí)踐教學(xué)模式——“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”實(shí)踐教學(xué)改革[J]. 計(jì)算機(jī)教育，2007(4):29-31.

Deepening the Practice Teaching Innovation of the Algorithm and Data Structure

Combining with Programming Contest

WU Ying-jie， Wang Yi-lei， FU Yang-geng， WANG Xiao-dong

(College of Mathematics and Computer Science， Fuzhou University， Fuzhou 350108， China)

Abstract: Aiming at the fact that most knowledge points of programming contest are closely related to algorithm and data structure，we combining programming contest and the practice teaching innovation of the algorithm and data structure course. The teaching practice in the last three years indicate that our innovation is significantly effective.

Key words: algorithm; data structure; programming contest; practice teaching; innovation

(編輯:白杰)