王精明，李君燕

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基于PDCA理論的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》實踐教學的探索和實踐

王精明，李君燕

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》是計算機專業(yè)人才培養(yǎng)方案中重要的核心專業(yè)基礎(chǔ)課之一，其教學質(zhì)量的好壞直接影響學生對計算機專業(yè)的興趣和后續(xù)專業(yè)課程的學習。為達到地方高校應用型人才的培養(yǎng)目標，在分析《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》實踐教學過程中存在問題的基礎(chǔ)上，將PDCA循環(huán)理論應用于該課程的實踐教學過程中，鍛煉和提高了學生自主學習、團隊協(xié)作和創(chuàng)新能力。兩年的教學改革實踐和教學結(jié)果表明，新的教學方式在應用型人才培養(yǎng)上取得了良好的教學效果，也為今后《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》等軟件開發(fā)類課程的教學提供了一種可以借鑒的參考。

PDCA循環(huán)理論；實踐教學；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；教學效果

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》是軟件工程、計算機科學與技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)工程、網(wǎng)絡(luò)工程等專業(yè)一門核心專業(yè)基礎(chǔ)課，是計算機程序設(shè)計的重要理論和實踐基礎(chǔ)。通過介紹數(shù)據(jù)在計算機中的存儲、處理和組織方法，使學生能夠根據(jù)實際問題設(shè)計恰當?shù)倪壿嫿Y(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)以及相應的算法，并掌握算法的時間和空間復雜度的分析方法，培養(yǎng)學生初步具備應用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法基本理論分析和解決實際問題的能力，為后續(xù)課程的學習和算法研究打好堅實的基礎(chǔ)。因此，《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》在計算機專業(yè)課程體系中具有承前啟后的作用，而且也是計算機專業(yè)研究生入學考試的必考課程，《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的教學效果的好壞對計算機專業(yè)的學生的專業(yè)學習影響深遠[1-2]。

1 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》實踐教學中存在的問題

通過分析《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》實踐教學過程，收集同行教師、學生座談會和相關(guān)課程授課教師的建議和意見，發(fā)現(xiàn)學生在學習《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的過程中存在以下較為普遍問題，這些問題困擾著學生，極大地影響了該課程的教學和學習效果，造成不能達到該課程預期教學目標的結(jié)果。

1.1 編程語言掌握不熟練

我校計算機專業(yè)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》實踐教學采用C語言進行代碼編寫和算法實現(xiàn)。函數(shù)、指針和結(jié)構(gòu)體作為《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》算法描述的重要手段和工具，同時也是 C 語言的難點。實踐表明學生在《程序設(shè)計基礎(chǔ)》課程中雖然有了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計編程思想的概念，但對于函數(shù)、指針和結(jié)構(gòu)體等C語言等知識的理解和掌握不夠扎實和熟練，導致《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》算法實現(xiàn)時力不從心，不能完成實踐教學的任務(wù)，直接影響該課程的教學效果[3]。

1.2 課程內(nèi)容抽象難度大

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程概念內(nèi)容多，理論性強，抽象度高，學生在算法理解上感覺吃力和困難。面對《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程中涉及到的復雜算法、枯燥代碼和程序運行結(jié)果，相當一部分學生覺得學習該門課程枯燥沒有趣味，上課跟不上教師的思維和推理過程，導致學習這門課程的主動性、積極性和創(chuàng)造性很差，沒有成就感[4]。

1.3 編程解決問題信心不夠

通過觀察發(fā)現(xiàn)不少學生在在解決實際問題尤其是上機編寫程序時缺乏獨立解決問題的能力和勇氣。第一種情況是學生在程序編譯過程中一旦看到幾個甚至幾十個語法錯誤時，立即變得無所適從、不知所措，立即變得無所適從、不知所措，完全被錯誤的數(shù)量嚇倒，產(chǎn)生畏難情緒。實際情況是這類語法錯誤只要學生稍微有點耐心和基本英語知識，結(jié)合編程開發(fā)環(huán)境給出的提示是完全可以獨立解決的，但是學生絕大多數(shù)情況是立即求助于輔導教師，是缺乏信心的直接表現(xiàn)。另一類錯誤是邏輯錯誤，部分學生程序編譯沒有錯誤，順利通過，但是運行結(jié)果不對，這就是程序出現(xiàn)邏輯錯誤，但是學生對這樣的錯誤完全沒有信心去調(diào)試和排除，要么不了了之，要么立即求助于輔導老師，潛意識里認為自己沒有能力解決該邏輯問題。

1.4 學習過程檢查和考核不足

該課程傳統(tǒng)的檢查考核學習效果的方式主要是期末理論考試，平時對學生學習過程的檢查和考核很少。雖然課程教學中有布置作業(yè)和課程實驗，但是大學二年級上學期學生的課程較多，如果學生心理放松，疏于檢查和考核，很容易趕不上進度，期末考試只能是突擊考試，只要考試題目稍微變化，就無從下手，實際動手能力和學習效果很差，對學習的積極性和后續(xù)課程的學習造成很大影響。

2 基于“PDCA”理論的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》實踐教學改革和實踐

2.1 “PDCA”循環(huán)

“PDCA”循環(huán)理論是美國戴明博士提出的一種實施全面質(zhì)量管理所應遵循的工作方法，人們也稱之為戴明環(huán)[5]?！癙DCA”是英語單詞Plan、Do、Check和Action的首字母縮寫而成，分別是計劃、 實施 、檢查和處理。 “PDCA”循環(huán)是按照計劃(P)→實施(D)→檢查(C)→處理(A) 順序來對質(zhì)量進行管理，并且循環(huán)不斷地往下進行，上一個循環(huán)過程中未解決或新產(chǎn)生的問題會進入下一個循環(huán)。如此循環(huán)往復，使得每次循環(huán)達到一個新的臺階和水平，直到最終達到目標，如圖1 所示。

圖1 PDCA 循環(huán)理論示意圖

2.2 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》實踐教學的計劃(P)階段

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》實踐教學的計劃(P)階段主要是做好實驗教學大綱的制(修)訂工作。實驗教學大綱需要明確各實驗項目的實驗名稱、實驗目的、實驗內(nèi)容、實驗環(huán)境、實驗步驟和課后實驗等。一個好的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》實驗教學大綱不僅是教師的實踐教學的指導性文件，也有利于學生建立起程序設(shè)計的信心，并真正感受到解決困難與不斷進步的成就感；不僅使學生能夠牢固地掌握主教材各種算法，而且能夠深刻認識各數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的意義。另外，還對循序漸進地培養(yǎng)學生大規(guī)模程序設(shè)計能力具有重要的意義。

我校的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》實驗教學使用的是自編實驗講義和資料，將實驗分為驗證性實驗、設(shè)計性和綜合性，其實驗難度系數(shù)和對所學知識的綜合應用程度逐漸遞增。驗證性實驗主要目的是訓練學生對主教材理論內(nèi)容的理解，程序開發(fā)和設(shè)計能力。設(shè)計性和綜合性實驗主要訓練學生項目開發(fā)能力、團隊合作能力和協(xié)作精神以及基本的軟件工程思想的訓練。該課程實驗教學。

2.3 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》實踐教學的實施(D)階段

對于驗證性實驗，在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》實驗教學的組織上要求學生每 人一組，獨立編程完成。過程分為三階段: ① 在理論課講解緒論部分時，因為僅涉及基本概念和術(shù)語，沒有對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法內(nèi)容本身進行實質(zhì)的講解，因此該階段的實驗內(nèi)容主要以熟悉VC++編程環(huán)境、C語言的結(jié)構(gòu)體、指針和函數(shù)等內(nèi)容的復習; ② 每周2課時的實驗課主要用于學生將主教材中的算法偽代碼以及自編實驗講義預留的需要學生設(shè)計的部分代碼進行編程實現(xiàn)，并引導學生對自己的代碼進行單元測試，驗證性實驗主要考察學生對主教材數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的和學生的設(shè)計和編程能力；③ 學生在完成經(jīng)過單元測試的程序后，撰寫實驗報告。驗證性實驗內(nèi)容主要包括單鏈表、棧、隊列、矩陣壓縮存儲、二叉樹、圖等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本操作，以及查找和排序算法實現(xiàn)和比較。

對于設(shè)計性和綜合性實驗，在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》實驗教學的組織上主要由教師精心設(shè)計設(shè)計性和綜合性實驗選題，由學生自由組合，3-4人為一組，進行團隊合作，完成設(shè)計性好綜合性實驗程序設(shè)計、實現(xiàn)、文檔撰寫和匯報等工作。設(shè)計性和綜合性實驗的選題一般均具有一定的實用性，如約瑟夫環(huán)問題、帶優(yōu)先級的計算機、迷宮問題、銀行排隊仿真系統(tǒng)、文本編輯器系統(tǒng)、圖像壓縮系統(tǒng)、加密壓縮和公交線路查詢系統(tǒng)等。

2.4 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學的檢查(C)階段

一般來說，各高?！稊?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》核傳統(tǒng)方式主偏理論測試，對實驗教學的監(jiān)管和考核重視程度不夠，導致動手能力沒有得到有效鍛煉和提高，因此一套好的切實可行的實踐檢查和考核方法和標準值得探索和研究。

我校對于驗證性實驗的考核主要考核環(huán)節(jié)為程序演示、程序改進和實驗報告三個環(huán)節(jié)。程序演示環(huán)節(jié)由學生演示自己的程序，教師檢查學生程序是否達到預期要求；程序改進環(huán)節(jié)教師根據(jù)學生的程序運行狀況向?qū)W生提出改進措施，學生按照要求完成對程序的改進；實驗報告主要觀測學生實驗報告是否認真，對本次實驗的心得、體會以及實驗過程中出現(xiàn)的問題等。我校一般以班級為單位組織教學，由于學生人數(shù)一般超過50人，一般安排兩名實驗指導教師同時指導實驗，從而保證實驗教學質(zhì)量。

對于設(shè)計性和綜合性實驗，主要考核的措施為首先教師組織學生進行答辯，進行自評；其次教師組織小組之間進行互相評價、打分；最后，教師根據(jù)學生的工程實現(xiàn)程度，文檔的撰寫質(zhì)量，單元測試完成質(zhì)量進行和團隊合作水平考核評分。最終設(shè)計性和綜合性實驗按照三個考核分數(shù)進行加權(quán)計算總評實驗成績。

2.5 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗教學的處理(A)階段

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》實驗教學處理(A)階段的主要任務(wù)是對實驗教學進行總結(jié)和反饋。首先，學生通過總結(jié)在驗證性實驗時老師給出的考核結(jié)果和評價，改進自己在算法分析和程序設(shè)計過程中的不足，然后將成功的經(jīng)驗和錯誤的教訓納入到設(shè)計性、綜合性實驗或者下一次“PDCA”循環(huán)中；其次，學生通過總結(jié)設(shè)計性實驗和綜合性實驗中的經(jīng)驗和教訓(主要是小組評議結(jié)論和指導教師的評價結(jié)論)，提高自己的團隊合作意識、文檔撰寫質(zhì)量、算法分析和設(shè)計能力和解決實際問題的能力。圖2為《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》實踐教學PDCA循環(huán)圖。

圖2 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》實踐教學PDCA循環(huán)圖

隨著“PDCA”循環(huán)的結(jié)束，每個學生自身的能力和水平都得到了提高，為后面章節(jié)的實驗教學能夠取得好的效果奠定了基礎(chǔ)，也為后續(xù)內(nèi)容實驗的“PDCA”循環(huán)教學更完善、更全面提供了基礎(chǔ)和保障。

3 結(jié)語

作者基于PDCA理論連續(xù)二年對計算機專業(yè)班級進行《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》實踐教學改革和實踐。學生對采用這個實踐教學改革方式的評價較好，具體如下：驗證性實驗選題能夠刺激學生的學習興趣，絕大部分題目能夠通過努力獨立完成，提高了積極性，畏難情緒大大減少；通過驗證性實驗的經(jīng)驗積累和知識儲備，循序漸進，能夠融入團隊完成設(shè)計性和綜合性實驗選題，學習效果良好；實驗強調(diào)真正意義上的動手能力的培養(yǎng)，容易將所學的理論和實際項目開發(fā)相結(jié)合; 這種學習方式占用時間雖然較多了，但是能學到很多知識，最大的收獲就是編程的積極性得到極大提高，收獲很大。

實踐證明，采用這種教學方法，學生的成績確實得到很大提升，表1是近三屆《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》成績對比表。通過對比，學生成績均有較大幅度提升，不及格學生的比例逐步下降，說明新的教學方式在應用型人才培養(yǎng)上取得了良好的教學效果，也為今后《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》等軟件開發(fā)類課程的教學提供了一種可以借鑒的參考。

表1 近三屆《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》成績對比表

[1] 余艷,劉燕麗,李琳娜.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐教學內(nèi)容的分析與思考[J].實驗技術(shù)與管理，2014，31:4.

[2] 劉越暢,鐘秀玉,鐘治初,陳世基. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程工程化實驗教學的探索和實踐[J].實驗室研究與探索，2012,31:8.

[3] 儲昭輝,牛欣,徐立祥,孫梅蘭,徐麗娟. 應用型本科高校信息與計算科學專業(yè)實踐教學體系構(gòu)建與創(chuàng)新[J].合肥學院學報(自然科學版)，2015,25:1.

[4] 喻梅,李曉紅,王文俊,王慶節(jié),徐超. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學改革探索[J].實驗室研究與探索，2014,33:12.

[5] 鄧德學,徐新瑞. PDCA視角下工程造價專業(yè)應用型人才培養(yǎng)模式的研究[J].科學管理研究，2010,21.

責任編輯：劉海濤

G642

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1673-1794(2016)05-0114-03

王精明，滁州學院計算機與信息工程學院副教授，工學博士；李君燕，滁州學院圖書館(安徽 滁州 239000)。

安徽省高校教學研究重點項目，滁州學院教學研究重點項目：地方應用型本科高校工科類專業(yè)實踐能力考核標準研究(2015jyxm358，2015jyz001)

2016-04-12