重庆大学计算机学院 重庆 400044
摘要 本文探讨了该课程教学过程中的问题，并在CDIO教学理念指导下，提出了一种双语教学和PBL教学模式相结合的综合教学模式。通过3年的实际教学实践证明，该教学模式不仅提高了教学质量，还提升了学生综合能力，有助于实现CDIO人才培养目标。
关键词 教学 模式 数据结构 改革
1.引言
为了提高《数据结构》课程教学质量，实现培养创新性人才的目标，探索适合《数据结构》课程特点和创新性专业人才培养目标的教学模式是一项必需且有意义的课题。
本次《数据结构》课程教学改革在CDIO教学理念指导下，提出了一种双语教学和PBL教学模式相结合的综合教学模式，选用国外具有代表性和先进性的英文原版教材，在教学内容上与国际接轨；在教学方式上采用双语授课和以讨论问题为主的方式，培养学生主动学习能力；在课程实践上采用分组项目的方式，培养学生创新实践能力和团队协作能力，从而全面提高《数据结构》教学质量，实现CDIO人才培养目标。
2.CDIO理念下的综合教学模式
CDIO理念下的综合教学模式是在CDIO教学理念指导下结合双语教学和PBL教学模式的综合教学模式，从教学内容，教学方式、以及课程实践等方面进行全面改革。
2.1CDIO 教学理念
CDIO (Conceiving,Designing,Implementing, and Operating)，即“构思、设计、实现、运作”，是一种全新的国际化工程教育模式。它是麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学在全球经济一体化的背景下，自2001年起历经四年的研究成果。它的指导思想是：以诚信、职业道德培养为基础，以工程设计任务为导向，以培养个人能力(包括终生学习能力和实践能力)、团队能力和系统的适应与调控能力为主要目标，让学生以主动的、实践的、课程之间有联系的方式学习工程。CDIO 强调在加强基础教育的同时，关注工程实践，加强实践环节；强调个人职业技能与人际沟通的技能并重；强调综合创新能力，与社会大环境协调发展[1]。
2.2双语教学
所谓“双语教学”，是指对高等学校的部分课程采用国外具有代表性和先进性的原版教材，并采用英语授课的一种教学方式。实行双语教学的课程应该是其学科领域中占有重要地位的基础课程或专业基础课程，从而保证双语教学的连续性和持久性。这样既保证教学任务的实现，又有利于双语教学自身的不断发展。[2]计算机专业内容日新月异，其先进和创新的内容总是反映在英文原版教材中,作为计算机相关专业的重要基础课程的《数据结构》来说，开展双语教学，采用国际先进的原版教材,可以在教学内容上与国际接轨，有丰富且系统的素材, 有利于学生学习国际先进的科学技术的优秀成果, 提高专业素质。
2.3PBL教学模式
PBL（Problem-Based Learning）教学是指把学习置于复杂的有意义的问题情境中，通过让学生以小组合作的形式共同解决复杂的、实际的(real-world) 或真实性的(authentic)问题，来学习隐含于问题背后的科学知识，并促进解决问题、自主学习能力的发展。PBL作为一种教学模式，具有问题真实性、学习自主性、教师来辅助、小组协作化、评价绩效性的特点[3]。
3.综合教学模式在《数据结构》课程中的运用
在我校计算机科学与技术、网络工程、信息安全以及物联网等专业持续三年开展了《数据结构》课程教学改革。在三年改革实施过程中，我们不断总结问题，探索新方法，逐渐形成以下综合教学模式，教学质量和学生的综合能力得到了全面提升。
3.1原版英文教材，确保内容先进
根据CDIO理念和数据结构课程本身的特点及其在专业体系中的地位，我们首先制定了强调学生对本质概念与方法的理解, 注重培养学生的创新能力的教学大纲。教学内容分为必学的基础数据结构和选学的高级数据结构，授课56学时，实验16学时。
由于《数据结构》课程体系和内容创新方面我国目前与发达国家尤其是美国相比有较大差距,所以选用原版教材, 开展双语教学, 对于使学生直接接触创新思想的源头, 使我们的教学和实践逐步与国际接轨具有重要意义。通过广泛调查和精心比较,我们选定由著名学Clifford A. Shaffer编写的原版英文教材《Data Structures and AlgorithmAnalysis in C++ (Edition 3.2)》作为教科书。该教材系统性强, 内容丰富深刻, 重点突出，且包括了数据结构的应用及高级主题，保证了教学内容的高水平和先进性。在教学过程中以英文原版教材为教科书,其它教材只作为参考书, 课堂电子教案、习题以及试卷全部用英文描述。
根据本次教学改革实施效果调查反映，最初部分学生不太适应双语教学，通过逐步适应和努力，大部分学生认为通过双语教学可以提高专业英语阅读理解及表达能力, 而且先进的教学内容可以激发学习兴趣，有利于培养创新能力。
3.2PBL教学模式，提高课堂质量
在课堂讲授方面，我们针对数据结构课程中每个内容相对独立的教学单元大致都采用PBL教学模式。
3.2.1课前预习
要想在有限的教学时间内开展互动式的讨论教学，调动学生学习主动性，从而学有所获，必须做好充分的预先准备工作。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆一方面，PBL教学模式要求教师不再是机械地讲授教材内容，更要深入研究数据结构的理论和应用，组建知识点之间的逻辑关系以及知识点与应用之间的支撑关系，提炼要点和难点，针对这些要点难点提出问题，供学生在课堂上展开自由讨论。另一方面，学生在教师提出的明确的教学目标的指引下查阅相关资料，进行充分的课前预习，为课堂讨论的顺利开展奠定基础。
3.2.2课堂教学
课堂教学是整个教学中最重要的环节，其效果直接影响到教学质量，因此也是我们改革的重点。根据培养学生分析和解决问题能力的目标，我们对内容相对独立的教学单元基本上采用以下模式进行：
1)提出问题
数据结构这门课程的内容比较抽象，学生不容易理解，因此在每个知识点的讲解中，我们一般先从直观的例子出发提出问题，然后与学生讨论问题的解决方法。以“栈”这个知识点为例，以移动机器人在未知环境下路径规划为应用实例，首先说明机器人在向着目标位置运动过程中，发现障碍物之后会向着绕开障碍物的局部目标位置运动，避开障碍物之后再向下一目标运动。由开始的一个全局目标到避障时逐步增加的局部目标，再到避开障碍物之后的一个全局目标，提出如何保存运动过程中的目标和相应的顺序的问题。
2)解决问题
通常情况下，学生提出的解决方法多数都存在问题，或者是解决方法上存在缺陷，或者是算法的执行效率上不够完善。针对学生的方案分析不足之处，教师逐步引导其正确的解决方法，从而引入相关知识点。例如上面提出的移动机器人路径规划问题，在讨论过程中，不少学生提出采用数组加一个表示数组长度的变量的方法，通过老师引导，很自然地引出“栈”的概念。
3)总结升华
通过讨论问题的解决方法，自然地引出知识点，在此基础上，把相关知识点的适用范围、解决问题的方式和优点与学生一起讨论归纳出来，最后老师再进行必要的总结升华。
以上教学模式能够很好地调动学生的积极性和参与欲望，通过实例讨论的形式，学生就能很自然地理解并牢牢掌握知识点。虽然在每个知识点引入和讨论时花费的课时比较多，但后面的讲解总结将会很流畅，节省不少课时，因此课程进度仍然能够与进度计划保持一致。
3.2.3课后总结
在确认学生完成教学任务后，教师应启发学生进一步思考，分析各种数据结构在生活中的实际应用，如何从时间复杂度与空间复杂度两方面来改进算法，整理在完成任务过程中的感受，问题解决方法对自己的专业研究的启示等，并以书面形式提交给教师批阅。教师在分析总结学生的心得体会的基础上，发现并改进存在的教学问题，不断完善自己的教学计划。
3.3分组项目实验，加强实践环节
学习数据结构的最终目的是为了提高应用计算机解决问题的能力，培养并提高学生的实践能力是其教学重点之一。在教学实践中，学生普遍反映课堂上能够理解讲授的知识点，但只要一动手实践就不知所措。学生在实践环节上的失败，反过来又会影响其对理论知识的掌握，打击学习的兴趣和主动性。因此，我们在学生掌握基本理论的基础上，要求和鼓励学生进行实践工作，重视实践在教学中的作用，并做出相应改革措施以保障其效果。
3.3.1 以解决实际应用问题为实践目的和内容
现在多数课堂或课后的习题都是抽象之后的练习，即规定了学生采用什么样的数据存储结构和解决问题的方法，只是锻炼学生的算法实现的能力，在考试当中都明确规定了题目要采用的方法，这样实际上忽略了对学生解决实际问题能力的培养和考评。这样，学生在遇到实际问题时就不知道该采用哪些知识点解决问题，无法独立解决实际问题。
因此，在实践教学环节，我们以培养学生解决实际应用问题能力为目标，采用3-4个功能相对简单的实际应用项目为实践内容，比如商品管理系统、机票信息查询系统等，不指定存储结构和解决问题的算法，并且要求根据具体需求选择合适数据结构和算法，并说明选择的理由。通过这种方式，学生不仅能够充分发挥主观能动性，抽象问题的能力得到充分展现，而且有可能给出的解决方式比标准答案更加优化，使学生的能力得到充分锻炼。
3.3.2 采用分组合作的形式完成实践环节
由于实践环节的内容上做了改革，由相对比较复杂的实际应用问题项目替代以前较简单抽象问题和算法的实现，对单个学生来说，工作量相对较大，难以顺利完成。因此，我们让学生3-4人自由组合分组，由所有组员共同完成一个项目。这样，既锻炼了学生实践能力，又培养了他们团队合作的精神，让他们能够充分利用课余时间讨论问题，互相激励带动，对本课程以及专业产生浓厚的兴趣。对于少部分学生偷懒，蒙混过关等现象，我们也采用了项目验收时对每个成员提问、代码查重等方法来控制。
通过这几年改革的实施，我们也在实践内容和方式上进行不断地更新和改进，取得了显著的成效，学生在解决实际问题的能力方面有了很大提高，对后续课程的学习有很大的帮助。
4.结束语
本文对《数据结构》课程教学过程中的问题进行讨论和研究，在CDIO教学理念指导下，提出了一种双语教学和PBL教学模式相结合的综合教学模式，并运用于实际教学中。通过3年的教学实践证明，该教学模式取得了良好的教学效果，不仅提高了本课程的教学质量，还实现CDIO人才培养目标。本文为《数据结构》课程以及相似课程的教学提供参考。
【本论文支撑项目是重庆市重点教学改革项目《以学生为中心的强调工程实践和能力培养的计算机专业课教学模式研究》（142006）和重庆市重大教学改革项目《强化课程教学过程和评价，全面提升学生的综合能力》（1201026）】
参考文献
[1]陶勇芳,商存慧. CDIO 大纲对高等工科教育创新的启示[J]. 中国高教研究,2006(11):81-83.
[2]刘腾红.徐晓璐.双语教学在计算机教育中的重要性研究[J].计算机教育， 2008(10)：12-13.
[3]毛胜利, 冯运仿, 程细才,等. 基于PBL的数据结构教学模式研究与探讨[J]. 现代计算机:专业版, 2015(17):10-13.
论文作者:但静培 王茜 朱征宇
论文发表刊物:《中国科技教育（理论版）》2016年6月
论文发表时间:2016/8/4
标签：数据结构论文; 教学模式论文; 学生论文; 课程论文; 知识点论文; 能力论文; 双语教学论文; 《中国科技教育（理论版）》2016年6月论文;