摘要：傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)方法存在理論與實踐脫節(jié)、學(xué)生動力不足等問題，而編程比賽作為一種具有挑戰(zhàn)性和競爭性的學(xué)習(xí)環(huán)境，為學(xué)生提供了實踐應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論的機會。通過設(shè)計合適的教學(xué)模式，將編程比賽與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程相結(jié)合，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高他們的編程能力和問題解決能力。本文對基于編程比賽的Java版數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)模式的設(shè)計和實施過程進行了研究，并評估了其對學(xué)生學(xué)習(xí)成果的影響。研究結(jié)果表明，該教學(xué)模式能夠有效提升學(xué)生的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用能力和編程技巧，為學(xué)生參與編程比賽和實際軟件開發(fā)奠定堅實基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；Java；編程比賽；教學(xué)模式

引言

2021年4月，全國職業(yè)教育大會提出，要推動“崗課賽證”融通，提高教育質(zhì)量；同年10月，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳在《關(guān)于推動現(xiàn)代職業(yè)教育高質(zhì)量發(fā)展的意見》中又指出，要完善“崗課賽證”綜合育人機制。以編程比賽為基礎(chǔ)的教學(xué)模式能夠以大賽標準為課程考核標準，有效將“賽”和“課”融通[1]。

在現(xiàn)代計算機科學(xué)教育中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一門基礎(chǔ)而重要的課程，為學(xué)生提供了解決復(fù)雜問題和優(yōu)化算法的基礎(chǔ)知識和技能。然而，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)方法往往偏重理論和概念的講解，學(xué)生在實踐應(yīng)用方面存在挑戰(zhàn)。此外，學(xué)生的學(xué)習(xí)動力也常常受到影響，缺乏對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實際應(yīng)用的興趣和激情。因此，尋找一種能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和提高實踐能力的教學(xué)模式具有重要意義。

基于編程比賽的Java版數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)更加簡潔和易于管理，比如提供了集合框架（collection framework）和泛型（generics）等功能。Java采用垃圾回收機制來管理內(nèi)存，不需要手動分配和釋放內(nèi)存。Java擁有規(guī)模龐大、功能強大的類庫，提供了豐富的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)算法，如鏈表、樹、堆、哈希表等[2]。通過將編程比賽與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程相結(jié)合，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高他們的編程能力和問題解決能力。同時，我們也希望通過這種教學(xué)模式培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作能力、創(chuàng)新思維和競爭意識。

1. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)概述

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在計算機科學(xué)教育中具有重要性，已得到廣泛研究和認可。有研究表明，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)可以幫助學(xué)生發(fā)展算法設(shè)計和分析的能力，提高程序設(shè)計的效率和質(zhì)量，以及應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)解決實際問題。然而，教學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也面臨一些挑戰(zhàn)和需求，學(xué)生對于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的抽象概念可能存在理解困難。因此，研究者提出了各種教學(xué)方法和策略，如引入實際案例、問題驅(qū)動學(xué)習(xí)和編程比賽等，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動力。此外，教師還需要提供適當?shù)膶嵺`環(huán)境和工具支持，以幫助學(xué)生應(yīng)用和實踐不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

2. 編程比賽的作用和意義

2.1 編程比賽在學(xué)生編程能力培養(yǎng)中的作用

（1）實戰(zhàn)經(jīng)驗。編程比賽提供了一個實戰(zhàn)的平臺，讓學(xué)生能夠在真實的競爭環(huán)境中應(yīng)用和展示他們的編程能力。這有助于學(xué)生將課堂學(xué)習(xí)中的理論知識轉(zhuǎn)化為實際的編程實踐，加深對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的理解和應(yīng)用。

（2）解決問題能力。編程比賽通常涉及解決復(fù)雜的問題和算法挑戰(zhàn)，要求學(xué)生能夠分析問題、設(shè)計算法，并實現(xiàn)高效的程序[3]。通過參與比賽，學(xué)生可以鍛煉和提高問題解決能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和團隊合作精神。

（3）學(xué)習(xí)和分享經(jīng)驗。在編程比賽中，學(xué)生可以與其他參賽者交流和分享編程經(jīng)驗、優(yōu)化算法的方法等。這有助于學(xué)生從其他人的經(jīng)驗中學(xué)習(xí)，拓寬視野，發(fā)現(xiàn)自己的不足，并改進自己的編程技能和策略。

2.2 編程比賽對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)的價值和意義

（1）提高學(xué)習(xí)動力。編程比賽可以激發(fā)學(xué)生對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)興趣和動力。比賽中的挑戰(zhàn)和競爭使學(xué)生更加積極主動地學(xué)習(xí)和應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，追求更高的成績和排名，從而提高他們的學(xué)習(xí)效果和投入程度。

（2）實踐應(yīng)用。編程比賽要求學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)解決問題并提交代碼。這種實踐應(yīng)用的方式可以幫助學(xué)生將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的知識轉(zhuǎn)化為實際的編程實踐，加深對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的理解和掌握。

（3）鍛煉綜合能力。編程比賽不僅要求學(xué)生掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的知識，還需要他們具備分析問題、設(shè)計算法、實現(xiàn)代碼的能力。參與編程比賽可以培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，提高他們的問題解決能力和編程技巧。

3. 基于編程比賽的Java版數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)模式設(shè)計

3.1 設(shè)計教學(xué)模式的目標和原則

設(shè)計教學(xué)模式的主要目標是通過編程比賽的形式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促使他們深入理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的原理和應(yīng)用。通過編程比賽的實踐，讓學(xué)生掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實際應(yīng)用，培養(yǎng)他們解決實際問題的能力。該教學(xué)模式應(yīng)當遵循以下原則[4]：

（1）實踐導(dǎo)向原則：注重學(xué)生的實踐能力培養(yǎng)，將理論知識與實際編程相結(jié)合，使學(xué)生能夠熟練運用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)解決實際問題。

（2）競爭激勵原則：通過編程比賽的競爭機制，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和競爭意識，推動他們不斷提升自己的編程能力。

（3）個性化學(xué)習(xí)原則：根據(jù)學(xué)生的不同水平和需求，提供個性化的學(xué)習(xí)支持和指導(dǎo)，讓每個學(xué)生都能在比賽中找到適合自己的學(xué)習(xí)路徑。

（4）團隊合作原則：鼓勵學(xué)生通過組隊參與編程比賽，培養(yǎng)他們的團隊合作能力和溝通協(xié)作能力，提高整體的學(xué)習(xí)效果。

3.2 教學(xué)內(nèi)容和案例的選擇

基于比賽中需要用到職業(yè)崗位任務(wù)中的知識點，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)包括基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：數(shù)組、鏈表、棧和隊列；查找和排序算法：二分查找、冒泡排序、快速排序，以及通過時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度來比較不同的排序算法；樹和圖的應(yīng)用：二叉樹、AVL樹、圖的鄰接矩陣和鄰接表表示方式，以及圖的深度優(yōu)先搜索和廣度優(yōu)先搜索算法[5]。根據(jù)學(xué)生基礎(chǔ)能力，可以適當刪減部分內(nèi)容，比如高職院校學(xué)生如果數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較差，就可以不深入講解圖的相關(guān)知識。

案例的選擇應(yīng)該兼顧內(nèi)容的難易度、實用性和趣味性，使學(xué)生在逐步掌握應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識的同時能保持學(xué)習(xí)的興趣和動力。比如讓學(xué)生利用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法解決迷宮問題，如使用?；蜿犃袑崿F(xiàn)迷宮路徑的搜索；讓學(xué)生利用棧實現(xiàn)表達式的計算，包括中綴表達式轉(zhuǎn)后綴表達式等。

3.3 教學(xué)環(huán)境和工具的配置

合適的教學(xué)環(huán)境和工具的配置對于學(xué)生的學(xué)習(xí)和實踐非常重要，以下是一些建議：

（1）在線評測系統(tǒng)：結(jié)合在線評測系統(tǒng)，如HackerRank、LeetCode或Codeforces，為學(xué)生提供數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相關(guān)的編程題目，并自動評測學(xué)生的代碼。

（2）虛擬化環(huán)境：配置一個虛擬化環(huán)境，如VirtualBox或Docker，用于快速創(chuàng)建和管理虛擬機，為學(xué)生提供統(tǒng)一的實驗環(huán)境，并降低配置和部署的復(fù)雜性。

（3）教學(xué)平臺：使用一個教學(xué)管理系統(tǒng)（如Moodle）來組織課程內(nèi)容、發(fā)布作業(yè)和獲取學(xué)生反饋。這樣可以集中管理教學(xué)資源和學(xué)生作業(yè)，并為學(xué)生提供及時的反饋和評估。

（4）集成開發(fā)環(huán)境（IDE）：選擇一個功能強大且易于使用的Java集成開發(fā)環(huán)境，例如Eclipse、IntelliJ IDEA。這些IDE提供了編碼、調(diào)試和項目管理等功能，方便學(xué)生進行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的編程實踐。

（5）版本控制工具：配置一個版本控制工具，如Git，用于管理學(xué)生的代碼版本和協(xié)作，也可以托管代碼，可以保證學(xué)生的代碼安全，并支持多人合作開發(fā)[6]。

4. 實施和評估

4.1 教學(xué)模式的實施過程

制定明確的教學(xué)目標和計劃，確定課程的內(nèi)容、教學(xué)方法和評估方式，設(shè)計合適的案例。利用案例講解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念、算法和應(yīng)用場景，向?qū)W生介紹Java編程語言的相關(guān)知識和技巧。選擇一些與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相關(guān)的編程題目作為編程比賽的項目，將學(xué)生分為小組或團隊，每個團隊由3～4名學(xué)生組成，教師提供指導(dǎo)和輔導(dǎo)，幫助學(xué)生理解題目要求，提供解題思路和算法設(shè)計的指導(dǎo)，學(xué)生團隊在規(guī)定的時間內(nèi)完成編程比賽項目[7]。教師對學(xué)生的編程比賽項目進行評估，并提供及時的反饋和建議。學(xué)生團隊分享他們在編程比賽中的經(jīng)驗和教訓(xùn)，討論解題思路、算法優(yōu)化和代碼實現(xiàn)等方面的問題。

4.2 總結(jié)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果和反饋并評估教學(xué)模式對學(xué)生編程能力的影響

對學(xué)生完成的編程作品進行評估，包括代碼的正確性、功能的實現(xiàn)程度、算法的優(yōu)化等方面，也可以提供一個評估表或問卷，讓學(xué)生評估自己在不同方面的能力提升和學(xué)習(xí)收獲，例如編程技巧、算法設(shè)計、問題解決能力等[8]。然后通過問卷調(diào)查、小組討論或個別面談的方式收集學(xué)生的反饋，了解他們對教學(xué)模式的感受和看法。通過對學(xué)習(xí)成績的統(tǒng)計分析，可以了解學(xué)生的整體學(xué)習(xí)情況和能力提升情況。最后觀察學(xué)生在課堂上的參與度、學(xué)習(xí)態(tài)度和問題解決能力，并記錄相關(guān)的觀察結(jié)果。根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果和反饋，以及對教學(xué)模式的評估結(jié)果，進行教學(xué)模式的改進和調(diào)整?？梢葬槍W(xué)生的需求和問題，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和評估方式，以提高教學(xué)效果和學(xué)生的編程能力[9]。

5. 教學(xué)模式的優(yōu)勢和局限性

基于編程比賽的教學(xué)模式提供了一個創(chuàng)新和探索的空間，學(xué)生可以嘗試不同的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，挑戰(zhàn)自己的編程能力。學(xué)生通過參與比賽，追求優(yōu)秀的成績和排名，從而更加積極主動地學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法知識。通過實際編碼的過程，學(xué)生可以更深入地理解和掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的原理和應(yīng)用。通過解決復(fù)雜的編程問題和算法的過程，學(xué)生可以培養(yǎng)自己的問題解決能力和創(chuàng)新思維[10]。通過團體競賽項目可以培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作能力、溝通能力和協(xié)作能力，提高他們在實際工作中的綜合能力。學(xué)生的比賽結(jié)果會被實時評估和排名，他們可以及時得到反饋和評估結(jié)果。這種實時反饋和評估機制有助于學(xué)生及時發(fā)現(xiàn)和糾正自己的問題，促進他們的學(xué)習(xí)和成長。

同時，這種教學(xué)模式也存在一定的挑戰(zhàn)，編程比賽的競爭性質(zhì)可能會使學(xué)生感到壓力和焦慮。他們可能過度關(guān)注比賽結(jié)果而忽視了學(xué)習(xí)過程中的深入理解和知識應(yīng)用。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為一個廣泛的領(lǐng)域，涵蓋了多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，但是編程比賽通常會著重解決特定類型的問題，缺乏全面性。編程比賽的評估和反饋通常以比賽結(jié)果和排名為主，而缺乏對學(xué)生知識和技能的全面評估?？梢钥紤]引入包括作業(yè)、項目和實踐等更全面的評估方式，以提供更準確的學(xué)生反饋和個性化的指導(dǎo)[11]。教師的培訓(xùn)和支持會帶來額外的成本，基于編程比賽的教學(xué)模式需要教師具備豐富的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和編程知識，并熟悉比賽規(guī)則和評估標準。因此，對教師的培訓(xùn)和支持是必要的，以確保他們能夠有效地指導(dǎo)學(xué)生，并提供必要的技術(shù)支持。

6. 結(jié)果與討論

基于編程比賽的Java版數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)模式在實施過程中取得了積極的效果。

（1）通過參與編程比賽，學(xué)生得到了大量編程實踐機會，鍛煉和提升了編程能力，學(xué)會了如何將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法知識應(yīng)用于實際問題的解決中，提高了代碼的效率和質(zhì)量。

（2）編程比賽要求學(xué)生解決復(fù)雜的編程問題，這促使他們深入理解不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的原理和應(yīng)用。通過實踐的過程，學(xué)生加深了對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的認識，并能夠選擇和應(yīng)用適當?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來解決問題。

（3）編程比賽通常以團隊為單位進行，學(xué)生需要與隊友合作，共同解決問題。這培養(yǎng)了學(xué)生的團隊合作精神、溝通能力和協(xié)作能力，提高了他們在團隊合作中的表現(xiàn)和貢獻。

（4）編程比賽中的問題通常具有一定難度和復(fù)雜性，學(xué)生需要通過分析、設(shè)計和實現(xiàn)來解決這些問題。這培養(yǎng)了學(xué)生的問題解決能力和創(chuàng)新思維，使他們能夠獨立思考并提出有效的解決方案。

（5）編程比賽中，學(xué)生的編程作品會被實時評估和排名，他們可以及時得到反饋和評估結(jié)果。這種實時反饋有助于學(xué)生發(fā)現(xiàn)和糾正問題，并促進他們的學(xué)習(xí)和進步。

（6）激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和動力：編程比賽的競爭性和實踐性激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動力。學(xué)生通過參與比賽，追求優(yōu)秀的成績和排名，更加積極主動地學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法知識。

教育部鼓勵高校開展以賽促教、以賽促學(xué)的教學(xué)模式，將比賽與教學(xué)相結(jié)合，提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生創(chuàng)新能力。基于編程比賽的Java版數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)模式，符合這一政策導(dǎo)向。而且這種教學(xué)模式通常需要與外部機構(gòu)或企業(yè)進行合作，提供實踐機會和項目支持，這種合作可以促進高校與社會的緊密聯(lián)系，拓展學(xué)生的社會實踐機會，為他們提供更廣闊的職業(yè)發(fā)展平臺，所以這種教學(xué)模式有望得到更廣泛的推廣和應(yīng)用。需要注意的是，教學(xué)模式的實施效果和學(xué)生學(xué)習(xí)成果受多種因素的影響，如教師的指導(dǎo)和支持、學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和能力等。因此，在實施教學(xué)模式時，需要綜合考慮這些因素，并根據(jù)實際情況進行適當調(diào)整和優(yōu)化，以最大限度地提高實施效果和學(xué)生學(xué)習(xí)成果。

結(jié)語

高校承擔著為社會提供高質(zhì)量人才的重任。為了更好地滿足軟件工程專業(yè)人才培養(yǎng)的需求，文章對軟件工程系學(xué)生的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的課堂教學(xué)設(shè)計以及教學(xué)方法展開了討論，將各種現(xiàn)代化的教育技術(shù)手段和方式綜合應(yīng)用到了教學(xué)中。以Java為基礎(chǔ)，構(gòu)建了程序設(shè)計類課程體系，并制訂了與市場需要相匹配的培養(yǎng)計劃，這對保證軟件人才培養(yǎng)的質(zhì)量有著十分重要的作用。所以，教師應(yīng)該努力將這門課程逐漸打造成一門對學(xué)生有益的、能更好地幫助學(xué)生增長知識、提高能力的“金課”，為培養(yǎng)出社會所需的高品質(zhì)人才而不斷改進與創(chuàng)新。

參考文獻：

[1]中共中央辦公廳 國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于推動現(xiàn)代職業(yè)教育高質(zhì)量發(fā)展的意見》[A/OL].（2021-10-21） [2023-07-19）.https：//www.gov.cn/gongbao/content/2021/content_5647348.htm.

[2]陳仕軍，陶茂虎，王前.基于python語言版“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”的教學(xué)改革與實踐[J].湖北工程學(xué)院學(xué)報，2022，42（3）：58-62.

[3]段韶鵬，溫文豪，軒春青，等.基于Java的混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)演示系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計[J].信息與電腦，2019，（1）：100-101.

[4]胡建華，鄢旭.基于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與簡化內(nèi)存模型的Java集合教學(xué)方法研究[J].計算機教育，2018，（5）：30-32.

[5]丁子康，杜梅.Java教學(xué)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)的銜接與融合[J].信息與電腦，2018，（4）：202-203，206.

[6]沈靜，李陬.基于Java語言的獨立學(xué)院《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)改革和實踐[J].福建電腦，2015，（5）：58-59，14.

[7]滑亞慧，石鋒，王建.基于工程認證的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)改革實踐[J].教育教學(xué)論壇，2022，（44）：54-57.

[8]路紅，劉紅英.基于OBE理念的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革研究[J].電腦與電信，2022，（4）：29-32.

[9]熊回香，葉佳鑫.信息管理類專業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革探索[J].計算機教育，2022，（3）：11-14.

[10]楊智明，楊天晴.工程教育專業(yè)認證背景下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革探析[J].文化創(chuàng)新比較研究，2021，5（32）：82-85.

[11]陳黎黎，國紅軍.OBE理念下軟件工程專業(yè)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”課程教學(xué)改革研究[J].遼寧科技學(xué)院學(xué)報，2021，23（5）：38-40.

作者簡介：董劍波，本科，助教，研究方向：計算機方向課程設(shè)置。