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摘要：数据结构是计算机科学与技术专业的核心基础课程。针对当前数据结构课程设计教学中存在的问题，以培养学生分析问题能力和实践能力为目标，以CDIO教学理念作为课程的指导思想，从实践教学方法、教学手段、研究方法等方面，对课程设计环节进行了深入的改革，并进行了实践与探索。新的教学模式效果良好，对于提高本科生的创新能力与实践能力具有重要的现实意义。
关键词：数据结构；课程设计；创新能力；管理平台；CDIO理念
高等教育的发展趋势要求加强对应用型、行业特色型人才的培养，但由于目前计算机专业教学体系中一般更着重培养学术型和研究型计算机专业人才，所以这种类型的人才在计算机专业人才体系中所占比例较小。随着科学技术的快速发展，对大学生创新能力的要求越来越高，各企事业单位对于能够运用计算机解决各类实际问题的创新应用型人才的需求越来越迫切。这就要求大学生既要掌握相关学科的理论知识，又要具有较强的创新能力。这两方面能力的提高，与课程教学中实践教学环节的管理息息相关。在所有的实践教学环节中，课程设计是高等学校教学管理中最重要的环节[1]。数据结构是计算机专业的核心课程，可以使学生掌握复杂数据结构的定义及存储结构，着重于培养学生编写复杂程序的逻辑思维能力、算法的分析与设计能力，是计算机专业培养方案中一门举足轻重的专业课程。它分为理论教学和实践教学。课程设计是最为重要的实践教学环节，着重提高学生的实践能力和创新能力。目前课程设计环节的管理流程如下：教师布置课程设计要求，给出设计题目，指导学生选择题目，学生完成后，将所有作品和说明书拷贝保存，刻成光盘，随纸质的说明书上交。经过多年的课程设计教学，发现存在以下主要问题：（1）对于实践教学的重视程度不够。课程设计的大部分题目通常都是任课教师根据教材的知识点，再结合课程的实验指导书进行安排的，学生在设计的过程中缺乏主动性和创新性，只是机械地学习。学生很难按照自己的兴趣和喜好，做自己喜欢的、感兴趣的题目，造成学生的积极性不高，也很难提高学生创新能力的培养。（2）学生选择设计题目时，题目的选择通常还是手动进行，对于同一题目学生人数，通常会有严格规定，如果小的题目，一人一题，如果是较大的系统，也可以多人选择同一题目，分模块进行。如果选择同一题目的学生超过规定人数，教师还需反复调整，花费大量时间整理所有学生所选择的题目，工作非常繁琐。（3）课程设计结束后学生需要上传电子版作品、说明书和纸质说明书，教师也需要逐一拷贝、根据名单逐一核对是否每个学生都已上交。综上所述，目前课程设计管理中，学生积极性不高，实践能力和创新能力较弱，教师不仅要花费大量时间在实验室指导学生，同时也要花费很大的精力处理学生选题、交材料等环节，增加了教师的工作量。基于上述分析的数据结构课程设计存在的问题，以培养和提高学生分析能力、实践能力和创新能力为指导思想，从教学理念、教学方法和手段、实施方案、研究方法等几个方面进行了探索与改革，效果良好。
一、教学理念的改革
教学理念的改革是所有改革的基础，固有的教学理念已不适应现在的发展要求，CDIO教学理念是近年来推出的一种全新的教学理念，用它来指导课程设计的教学，可以提高学生的实践能力和创新能力。CDIO工程教育模式是为了应对经济全球化形势下的对创新工程人才的大量需求而产生的国际工程教育改革的最新成果。麻省理工学院等四所大学组成跨国研究，并于2004年创立了CDIO工程教育理念[5]。CDIO是一种国际化高等工程教育模式，即“构思、设计、实现、动作”四种教育理念和相应的实施体系的缩写。CDIO模式注重培养学生扎实的学习能力，出众的实践能力，良好的团队协作能力和沟通能力，培养学生积极主动的学习态度，是特别注重实践能力培养的一门学习工程[2]。CDIO既要求学生掌握深厚的工程理论知识，培养学生扎实的专业技术理论知识，但更着重于培养团队协作精神和创新精神。
二、实践教学方法与教学手段的改革
实践教学是专业培养方案的重要组成部分，对于培养学生实践能力和创新能力具有举足轻重的作用。经过多年的探索与实践，对于实践教学方法与手段进行了如下改革：（1）以问题驱动的实践教学[3]。这种教学方法以课程涉及到的专业领域的具体问题为核心进行规划实践教学的具体内容，以学生作为主体，从而提高学生的主动性与积极性，对于抽象理论有更为深入和直观的理解。设计具体问题时应难度适宜，既能与理论知识相融合，同时又能与实践应用紧密结合，充分调动学生的兴趣。通过查找资料和团队协作可以完成。教师在设计问题时要合理，选择比较经典的算法，充分引导学生由给定的实例过渡到算法设计中，提高学生探索和创新的能力。（2）多种教学方法的综合运用，方式要力求多样化。案例教学法指结合生活中常见的实例进行讲解，模拟现实设计课题，学生分组讨论是一种较好的方式。在讨论的过程中可以发现问题、提出问题、解决问题。老师不是旁观者，要积极地参与到学生的讨论中，并针对学生提出的具体问题，详细分析如何运用课程中学习过的理论知识来解决具体问题。启发式教学是根据学生的具体知识水平，从学生当前的实际出发，在教师的启发和引导下，鼓励学生积极思考和探索的一种教学方法。情境式教学方法是一种充分利用形象创设典型场景，激起学生学习情绪，把认知活动和情感活动结合起来的教学模式。（3）课程设计的题目选择要难度适宜，实用性和理论性相结合[4]。合适的选题是实现课程设计教学目标的关键。应该既能反映课程大纲要求，又能使学生运用教材的理论知识解决实际问题。好的选题可以让学生们意识到他们所学的知识和技能与日常生活、生产是密不可分的，这样才能调动学生的积极性和主观能动性。如题目“图书管理系统”是为了使学生更深刻地理解最常用的线性结构的数据逻辑结构和物理结构，提高学生对于数据存取方式、查找和排序算法的应用能力；“自驾游最短旅游线路选择系统”是为了提高学生对图的创建、存储结构、最短路径算法和最小生成树构建算法的应用能力，将教材中有关图的理论知识具体化；“足球赛场安排系统”是为了提高学生对二叉树性质的理解、二叉树的存储结构、二叉树的遍历等操作的理解与应用。除此之外，还可以让学生查阅资料，自己设计喜欢的题目，激发学生浓厚的兴趣，多样化的选题方式，不仅培养了学生综合解决问题的能力，提高他们的创新能力，在某种程序上也杜绝学生为了应付检查而出现“抄袭、拷贝”现象[5]。（4）以项目为中心的实践教学。这种教学方式，是师生共同沟通、共同协作完成一个完整的项目开发，从而培养学生自主学习的能力和沟通能力；课程设计的每个题目就是一个小的项目，老师引导学生如何将理论知识融会贯通到项目的各个阶段，学生通过具体实现，锻炼技能训练的能力。完成的项目在后期经过继续完善，参加计算机程序设计竞赛，以赛带练，通过开发可以具体应用的项目以及参赛获奖给他们带来的成就感，激发学生的自主学习的动力和能力，从而提高他们的科技研发能力和创新能力。（5）开发课程设计管理平台，将信息化思想应用于日常教学活动中，将教学的各个环节不仅仅局限到课堂，同时渗透到网络中，作为教学手段和教学资源的有益补充，注重学生创新能力和实践能力的提高，提高课程设计的教学效果，减轻教师的工作量。平台实现课程设计各个环节的信息化，主要完成下列功能：教师课程设计题目的上传、学生课程设计网上选题、学生自主命题的申报、教师自主命题的审核、学生题目下载、教师上传说明书模版、学生上传作品及说明书等课程设计文档。
三、实施方案与研究方法
（1）提出了将CDIO的基本思想融入到课程教学中，为课程设计实践教学引入一种新的教学理念。通过对课程教学理念的改革，培养学生的创新能力和团队协作精神，激发他们主动学习前沿技术的兴趣和热情，使每个学生都能根据自己的能力与水平在项目中担负起相应的工作，成为使用计算机解决各类实际问题的创新应用型人才。（2）重新修订课程设计的题目安排。在课程设计环节，精心设计题目，把难以理解的抽象概念和算法转化为实实在在的能够在计算机上正确运行的程序。题目的设计还应注重理论联系实际，将理论知识的实现与实际问题的解决相结合。同时还要注重设计题目的生动性和趣味性，寻找一些学生感兴趣、运行结果简明清晰、可扩展性强的例题。题目的设置要考虑不同学生的需求，对于能力较强的学生，可以申报较大的应用实践题目，最大程度地挖掘自身的潜能。（3）为本科生教学开发课程设计管理平台，让更多的学生和教师采用网络学习和网络教学这种手段，丰富了教学手段，通过平台完成课程设计每个环节的工作，既增强了学生自主学习的时间，也有效地减轻了教师的工作量。（4）组织学生参加创新创业训练比赛，并将比赛所需知识点细分，规划到课程设计的实践教学环节中，从而达到既提升学生的实践应用能力，又提高课程设计效率的教学效果。
四、已取得的成果
（1）经过细致的调研、认真的规划，目前已完成了课程设计教学大纲、课程设计指导书和课程设计题目的修订与完善，在学生完成的课程设计题目基础上，根据相关比赛的要求，将题目功能加以扩充，界面加以调整，指导学生将后期完善后的项目申报参加国家和省级计算机程序设计比赛，获得国家级奖项六次，省级奖项11次。学生通过参加比赛，提升了他们的实践能力和创新能力，也锻炼了他们的表达能力与沟通能力。在指导学生课程设计的过程中，指导学生将他们将项目开发的进程进行总结，查找相关的理论知识，完成论文的书写，并参加辽宁省“挑战杯”比赛，取得了优异的成绩。（2）课程设计网上管理平台的开发已完成。平台采用多种开发技术的集成，确保系统性能最优。平台主要采取JavaEE+MySQL技术，使用MyEclipse企业级工作平台，采用MySQL作为数据库管理系统，整合使用Struts2+Spring+Hibernate开发设计。平台实现了课程设计各环节工作的网上管理，学生通过平台实现网上选题，也可以申报自主命题，以及网上提交课程设计的各个文档等功能。课程设计网上管理平台的开发，将课程设计各个环节信息化、网络化，充分体现了学生设计的自主化、个性化、多样化，它培养了学生自主学习的能力，开拓了学生的创新能力，提高了课程设计的效率，减少了指导老师的工作量。（3）项目组成员主持辽宁省教学改革项目三项，主持校级教学改革五项，均已结题。发表教改论文十余篇，教学经验交流获二等奖二次，三等奖三次。
五、结束语
在课程的教育教学中，课程设计是重要的实践教学环节，对于培养学生运用书本所学的理论知识解决实际应用问题的能力，提高学生的研发能力、实践能力和沟通能力起到了良好的促进作用。如何提高课程设计的教学效果和教学质量，是教师们一直不断探索和研究的课题。笔者经过多年的教学实践，以数据结构这门课程为例，从实践教学方法、教学手段、研究方法等方面，对课程设计的各个教学环节进行了深入细致的改革，使学生对于复杂数据结构的存储方式和存取方式、研发程序的逻辑思维能力与解决问题能力、共同开发实际项目时的创新能力和团队协作能力等各方面都得到了较好的锻炼和提高，取得了较好的效果。
参考文献：
[1]石曼银.基于应用型人才培养的数据结构课程教学改革[J].宁德师范学院学报(自然科学版),2013,25(3):327-329.
[2]张红军.基于CDIO的数据结构教学改革与实践[J].产业与科技论坛,2013,12(17):140-141.
[3]李治军,廖明宏,张岩.数据结构与算法课程设计教学模式的探讨[J].计算机教育,2006(2):54-56.
[4]华蓓,赵明.对“数据结构”课程设计教学的一些体会[J].广西大学学报:自然科学版,2007,32(6):220-222.
[5]李竹林,杜利锋,刘兴平.基于CDIO教学理念的数据结构课程设计方法[J].延安大学学报(自然科学版),2010,29(3):92-94.
作者:贾丹 张兴 单位:辽宁工业大学