劉曉靜，王曉英

0 引言

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)中一門綜合性的專業(yè)基礎(chǔ)課，是計(jì)算機(jī)科學(xué)課程體系中核心課程之首，作為學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課，具有承上啟下的重要作用。課程主要研究系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程中有關(guān)設(shè)計(jì)的若干基本問(wèn)題，不僅是一般程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，而且是設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)編譯程序、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)及其它系統(tǒng)程序和大型應(yīng)用程序的重要基礎(chǔ)[1,2]。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程的學(xué)習(xí)過(guò)程也是算法設(shè)計(jì)的技巧和能力的訓(xùn)練過(guò)程，以構(gòu)造性思維訓(xùn)練為重點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)抽象能力、算法設(shè)計(jì)能力和軟件開發(fā)能力。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生獲得編寫結(jié)構(gòu)、正確易讀、符合軟件工程規(guī)范的理論、技巧和能力，使學(xué)生初步具備分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，養(yǎng)成良好的程序設(shè)計(jì)風(fēng)格，為學(xué)生在此領(lǐng)域中繼續(xù)學(xué)習(xí)和研究打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)應(yīng)用人才如何發(fā)現(xiàn)應(yīng)用問(wèn)題、軟件設(shè)計(jì)人才如何進(jìn)行概念層與實(shí)現(xiàn)層的抽象、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)人才如何進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，為了解決這些問(wèn)題，在課堂教學(xué)與實(shí)踐中采用項(xiàng)目導(dǎo)向的方法[3]。

1 問(wèn)題的提出

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程主要內(nèi)容包括數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)、組織，不同數(shù)據(jù)類型的基本操作實(shí)現(xiàn)，以及將現(xiàn)實(shí)世界轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)世界中的抽象的數(shù)據(jù)描述等等。這門課程既包含較多的抽象的概念、算法和編程思想，又包含許多前驅(qū)課程的知識(shí)，再有對(duì)程序?qū)嵺`又有一定的要求。因此，該課程的教學(xué)難度很大。而學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中經(jīng)常感到困難，甚至產(chǎn)生厭學(xué)情緒。此外，學(xué)生對(duì)前導(dǎo)課程程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)I、程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)II學(xué)習(xí)不夠扎實(shí)，尤其對(duì)結(jié)構(gòu)體、指針這兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程中常用數(shù)據(jù)類型的認(rèn)識(shí)和理解不夠透徹，這就需要在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程教學(xué)初期，通過(guò)項(xiàng)目實(shí)踐來(lái)彌補(bǔ)。

項(xiàng)目導(dǎo)向的教學(xué)模式是指將項(xiàng)目這個(gè)載體運(yùn)用于工作過(guò)程中，具體是指通過(guò)師生的共同作用，實(shí)施完成一個(gè)項(xiàng)目的教學(xué)活動(dòng)。基于項(xiàng)目導(dǎo)向的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程教學(xué)，可以培養(yǎng)和深化學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)知識(shí)的理解，運(yùn)用計(jì)算機(jī)工具解決實(shí)際問(wèn)題的能力；能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和求知欲望，使學(xué)生根據(jù)自己內(nèi)在的需要去探究和學(xué)習(xí)，充分發(fā)揮自身的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性，從而培養(yǎng)出獨(dú)立探索、勇于開拓進(jìn)取的自主學(xué)習(xí)能力，以促進(jìn)他們獲得良好的學(xué)習(xí)效果。

基于項(xiàng)目導(dǎo)向的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程教學(xué)，以培養(yǎng)服務(wù)于青海計(jì)算機(jī)和IT企業(yè)的復(fù)合型計(jì)算機(jī)專業(yè)人才為指導(dǎo)思想，以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為目標(biāo)，以研究為導(dǎo)向的實(shí)踐教學(xué)，可以在充分把握國(guó)內(nèi)外專業(yè)教育的最新動(dòng)態(tài)、吸納融合本學(xué)科最新研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，不斷更新和豐富課程內(nèi)容，以項(xiàng)目工作任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，將知識(shí)、方法和技能有機(jī)融合，建立以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、知識(shí)點(diǎn)串行、課程設(shè)計(jì)并行“教、學(xué)、做”一體化的教學(xué)模式，以工作過(guò)程為主線、讓學(xué)生在問(wèn)題解決過(guò)程中進(jìn)行學(xué)習(xí)。

2 案例系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于項(xiàng)目為導(dǎo)向的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程教學(xué)以培養(yǎng)動(dòng)手能力強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)人才為目標(biāo)，分析當(dāng)前高校計(jì)算機(jī)類專業(yè)群的工作崗位、人才的職業(yè)能力、工作任務(wù)和工作內(nèi)容，確定典型工作任務(wù)，建立基于工作過(guò)程的課程體系。圍繞該思路，主要研究?jī)?nèi)容包括建立3個(gè)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)化教學(xué)所需要的開發(fā)項(xiàng)目，如圖1所示：

圖1 案例系統(tǒng)界面

2.1 學(xué)生成績(jī)管理案例

2.1.1 任務(wù)內(nèi)容

編寫一個(gè)簡(jiǎn)易的學(xué)生成績(jī)管理系統(tǒng)（假定有5個(gè)學(xué)生）。要求：

1.程序能實(shí)現(xiàn)以下功能：從鍵盤輸入成績(jī)、從文件讀取成績(jī)（5個(gè)學(xué)生的成績(jī)）、輸出成績(jī)到屏幕、保存成績(jī)到文件、計(jì)算并輸出最高分明、計(jì)算并輸出最低分；

2.程序能檢查輸入成績(jī)的合法性（0～100）；3.程序能提供菜單共用戶選擇。

2.1.2 涉及知識(shí)

1.全局變量局部變量的使用；

2.循環(huán)語(yǔ)句；

3.函數(shù)的定義和調(diào)用；

4.排序算法；

5.鏈表；

6.文件的打開、文件的關(guān)閉、文件格式輸入函數(shù)、文件格式輸出函數(shù)。

2.1.3 學(xué)生成績(jī)管理案例界面

如圖2所示：

圖2 學(xué)生成績(jī)管理案例界面

2.2 景區(qū)旅游管理案例

2.2.1 任務(wù)內(nèi)容

建立一個(gè)景區(qū)旅游信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)的主要功能：

1.制定旅游景點(diǎn)導(dǎo)游線路策略；

2.制定景區(qū)道路鋪設(shè)策略。

2.2.2 涉及知識(shí)

1.圖的建立；

2.拓?fù)渑判颍?/p>

3.圖的遍歷；

4.求圖中節(jié)點(diǎn)的最短路徑；

5.求最小生成樹。

2.2.3 景區(qū)旅游管理案例界面

如圖3所示：

圖3 景區(qū)旅游管理案例界面

2.3 景區(qū)旅游管理案例

2.3.1 任務(wù)內(nèi)容

航空客運(yùn)訂票系統(tǒng)的功能包括：

1.管理員登陸后，能夠修改個(gè)人信息和密碼，添加客機(jī)，安排航班，搜索查看航班，刪除航班/客機(jī)；

2.客戶登錄后，能夠修改個(gè)人信息和密碼，搜索查看航班，預(yù)定航班，退訂航班。

（1）航線信息：航線編號(hào)，客機(jī)編號(hào)，起飛時(shí)間，歷時(shí)，余票，候補(bǔ)客戶名單，已定票客戶名單；

（2）客戶信息：用戶昵稱（唯一標(biāo)識(shí)），登錄密碼，注冊(cè)身份證，真實(shí)姓名，郵箱，性別，預(yù)定候補(bǔ)航線編號(hào)，已定航線編號(hào)（對(duì)于某一用戶不限制其定多個(gè)航線）。

2.3.2 涉及知識(shí)

1.鏈表；

2.隊(duì)列；

3.查找。

2.3.3 航空訂票管理案例界面

如圖4所示：

圖4 航空訂票管理案例界面

學(xué)生成績(jī)管理案例、景區(qū)旅游管理案例以及航空訂票管理案例 3個(gè)案例基本將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程的主要內(nèi)容涵蓋進(jìn)來(lái)，其中包括單鏈表、隊(duì)列、最小生成樹、查找與排序、圖的建立、圖的遍歷以及最短路徑等知識(shí)點(diǎn)。

3 項(xiàng)目導(dǎo)向在教學(xué)研究與實(shí)踐中的應(yīng)用

當(dāng)今世界已進(jìn)入信息化、網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代。對(duì)于西部地區(qū)特別是青海作為經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)青海省對(duì)信息化人才培養(yǎng)提出的“以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)”，已成為一個(gè)重要的研究課題。以項(xiàng)目為導(dǎo)向，把“提高課堂教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量，加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力”作為突破口，將課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)融為一體，讓學(xué)生在做中學(xué)，目的是充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和求知欲望，提高和增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力、社會(huì)適應(yīng)能力以及創(chuàng)新能力，從而適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)條件下對(duì)信息技術(shù)人才的需求[4]。

3.1 項(xiàng)目導(dǎo)向在理論教學(xué)中的應(yīng)用

在理論課的講解過(guò)程中，主講教師以學(xué)生成績(jī)管理案例、景區(qū)旅游管理案例以及航空訂票管理案例的工作步驟為主線，以項(xiàng)目工作任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法中的線性表、棧、隊(duì)列、數(shù)組、樹、圖以及查找與排序等知識(shí)點(diǎn)和一些方法、技能有機(jī)融合，在問(wèn)題解決過(guò)程中進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而真正做到讓學(xué)生通過(guò)該課程建立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)處理的概念，掌握數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)分析、存儲(chǔ)和算法編寫的基本流程、步驟、內(nèi)容及操作方法，具備完成相關(guān)工作的能力。

這種以項(xiàng)目為導(dǎo)向的教學(xué)方法既突出了知識(shí)的應(yīng)用性，又讓學(xué)生對(duì)項(xiàng)目開發(fā)工作的整體框架有了更清晰的了解，可以對(duì)不同程度的學(xué)生，特別是青海少數(shù)民族學(xué)生，進(jìn)行個(gè)性化培養(yǎng)，以激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)和鍛煉他們的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，使他們都能在不同程度上得到提高和發(fā)展。這種教學(xué)方法能將書本上的知識(shí)變“活”，可以使學(xué)生更好地理解課堂教學(xué)內(nèi)容，拓展知識(shí)面，延伸和擴(kuò)展課堂教學(xué)，提高學(xué)生的抽象能力、思維能力、算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析能力，從而使學(xué)生學(xué)會(huì)如何把書上學(xué)到的知識(shí)用于解決實(shí)際問(wèn)題，以培養(yǎng)軟件工作所需要的動(dòng)手能力。

3.2 項(xiàng)目導(dǎo)向在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

在實(shí)驗(yàn)課中提倡同學(xué)之間相互指導(dǎo)，加強(qiáng)學(xué)習(xí)交流，引導(dǎo)大家分享學(xué)習(xí)成果，從而共同進(jìn)步。在本課程的學(xué)習(xí)中，將全班同學(xué)分成若干個(gè)學(xué)習(xí)小組，每組3-4人，將班里編程好的同學(xué)分插到各組。在課程設(shè)計(jì)中，教師提供多個(gè)不同項(xiàng)目化的題目供學(xué)生選擇，這樣可以給予學(xué)生更廣闊的思路去實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)的任務(wù)從而達(dá)到鞏固所學(xué)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。同時(shí)。題目多樣化的方式也杜絕了同學(xué)們的抄襲現(xiàn)象。同學(xué)們以學(xué)習(xí)小組作為一個(gè)項(xiàng)目組，按照要求進(jìn)行構(gòu)思共同商討設(shè)計(jì)思路，然后進(jìn)行算法設(shè)計(jì)，接著由項(xiàng)目組長(zhǎng)進(jìn)行分工各自負(fù)責(zé)不同部分，大家分頭去實(shí)現(xiàn)算法，最后項(xiàng)目組將大家的實(shí)現(xiàn)部分匯總在一起進(jìn)行整個(gè)項(xiàng)目的運(yùn)作并撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。在整個(gè)課程設(shè)計(jì)過(guò)程中同學(xué)們?cè)谕瓿勺约贺?fù)責(zé)模塊的同時(shí)，也需要不斷地參與討論和設(shè)計(jì)其他同學(xué)的模塊中，通過(guò)這種方式可以讓同學(xué)們?cè)谳^短的時(shí)間內(nèi)對(duì)本課程的知識(shí)進(jìn)行較全面的復(fù)習(xí)和鞏固。

在課程設(shè)計(jì)的驗(yàn)收時(shí)，教師安排開展一堂集研究、研討、趣味于一體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程設(shè)計(jì)答辯會(huì)，并邀請(qǐng)系里教師作為嘉賓出席，整個(gè)活動(dòng)由同學(xué)們進(jìn)行策劃、設(shè)計(jì)，并有班里同學(xué)推薦主持人。課程設(shè)計(jì)中，同學(xué)經(jīng)過(guò)查閱資料->構(gòu)思整體方案->算法設(shè)計(jì)->編碼實(shí)現(xiàn)->調(diào)試運(yùn)行->總結(jié)，整個(gè)過(guò)程中不斷地討論、不斷地解決問(wèn)題，每一個(gè)環(huán)節(jié)都可以鍛煉學(xué)生的溝通能力、解決問(wèn)題能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，讓大家都受益匪淺。

通過(guò)多種實(shí)踐環(huán)節(jié)，使學(xué)生更好地理解課堂教學(xué)內(nèi)容，拓展知識(shí)面，延伸和擴(kuò)展了課堂教學(xué)。全面地培養(yǎng)了學(xué)生的素質(zhì)，提高了學(xué)生的抽象能力、思維能力、算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析能力、科學(xué)報(bào)告的撰寫和表達(dá)能力，同時(shí)在這個(gè)過(guò)程中也培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立分析實(shí)際問(wèn)題的能力。此外，在作業(yè)批改中，采用作業(yè)相似度檢測(cè)工具，杜絕了學(xué)生對(duì)編程作業(yè)的抄襲行為，從而培養(yǎng)了學(xué)生程序設(shè)計(jì)的實(shí)踐能力[5,6]。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于項(xiàng)目導(dǎo)向的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程教學(xué)，目標(biāo)是建立若干個(gè)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)化教學(xué)所需要的開發(fā)項(xiàng)目，以實(shí)現(xiàn)以項(xiàng)目為導(dǎo)向、以需求學(xué)理論、以實(shí)踐為主導(dǎo)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法教學(xué)模式，從而幫助任課老師提高教學(xué)效果。在本研究中主要案例項(xiàng)目包括建立3個(gè)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)化教學(xué)所需要的開發(fā)項(xiàng)目，學(xué)生成績(jī)管理案例、景區(qū)旅游管理案例以及航空訂票管理案例，將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程的主要內(nèi)容涵蓋進(jìn)來(lái)。在教學(xué)過(guò)程中采用動(dòng)畫、視頻、演示等多種形式的多媒體教學(xué)手段，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的眼、手、耳，以實(shí)現(xiàn)以項(xiàng)目為導(dǎo)向、以實(shí)踐為主導(dǎo)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法教學(xué)模式。

基于項(xiàng)目為導(dǎo)向的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程教學(xué)方法以學(xué)生為中心，強(qiáng)調(diào)小組合作學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)，注重培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)應(yīng)用能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作交流能力、系統(tǒng)工程分析能力和自我提升能力。該教學(xué)方法可以讓我們的學(xué)生深入理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法相關(guān)理論、扎實(shí)掌握面向?qū)ο箝_發(fā)的技能，全面培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)科技術(shù)和個(gè)人與專業(yè)素質(zhì)、人際等多個(gè)方面的能力，從而在本科層次培養(yǎng)出具備終身學(xué)習(xí)能力的高素質(zhì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用和開發(fā)人才，并且最終能讓我們的每個(gè)學(xué)生帶著自己的作品走上工作崗位。

[1]劉曉靜,王曉英,薛媛媛等.讓趣味教學(xué)進(jìn)駐數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課堂[J].青海大學(xué)學(xué)報(bào),2011,29(5):95-97.

[2]沈華.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法和程序之間關(guān)系的探討[J].計(jì)算機(jī)教育,2013,4:58-61.

[3]熊岳山,錢程?hào)|,徐凱.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中的數(shù)據(jù)抽象能力培養(yǎng)體會(huì)[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué).2014,36(4):27-30.

[4]李和平,龔波林,劉萬(wàn)毅.深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革,強(qiáng)化技能型人才培養(yǎng)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2013,30(2):159-161.

[5]劉曉靜,黃維通,王曉英.西部地區(qū) CDIO 理念下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程建設(shè)[J].計(jì)算機(jī)教育,2013,17:107-111.

[6]王曉英,靳力,王曉青等.基于序列匹配的作業(yè)相似度檢測(cè)系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)工程,2012,38(24):53-61.