新工科背景下《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程建設(shè)的思考

楊智明，李世通

（保山學(xué)院信息學(xué)院，保山678000）

0 引言

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》是計(jì)算機(jī)與信息類重要的專業(yè)課，在專業(yè)課程體系的專業(yè)樹中支撐操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、人工智能等多門課程，也是大多數(shù)學(xué)校計(jì)算機(jī)類研究生考試必考專業(yè)課程。由于適合地方院校學(xué)生實(shí)際水平的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源有限，加上突如其來(lái)的疫情，《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)面臨新的挑戰(zhàn)。2017 年2 月教育部發(fā)布了《教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》，提出“新工科”建設(shè)目標(biāo)，旨在從新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系等頂層設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行工程教育改革。多數(shù)高校在專業(yè)設(shè)置、課程改革、人才培養(yǎng)等方面進(jìn)行改革與探索，開啟了新工科教育改革的新征程。本文圍繞“兩性一度”的“金課”建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程建設(shè)進(jìn)行了思考。

1 金課標(biāo)準(zhǔn)

教育部吳巖司長(zhǎng)在第十一屆“中國(guó)大學(xué)教育論壇”報(bào)告中，指出要打造“金課”，杜絕“水課”，提出了“兩性一度”的“金課”標(biāo)準(zhǔn)。“兩性”指的是課程要有“高階性”和“創(chuàng)新性”，“一度”指的是課程要有一定的“挑戰(zhàn)度”。“高階性”，是知識(shí)能力素質(zhì)的有機(jī)融合，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題的綜合能力和高級(jí)思維。“創(chuàng)新性”，是課程內(nèi)容反映前沿性和時(shí)代性；“挑戰(zhàn)度”，是指課程有一定難度。

2 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程建設(shè)思路

2.1 高階性方面的思考

在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程建設(shè)中，“高階性”可以理解成，遵循成果導(dǎo)向（OBE）理念，以學(xué)生為中心，將知識(shí)傳授轉(zhuǎn)向?qū)W生的能力培養(yǎng)，重視培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，主要從五個(gè)方面培養(yǎng)學(xué)生的能力。

（1）在“做中學(xué)”中培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力

針對(duì)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的特點(diǎn)以及學(xué)生學(xué)習(xí)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的認(rèn)知規(guī)律，采用CDIO 工程設(shè)計(jì)思想，按照構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行的工程教育模式，讓學(xué)生在“做”的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)“學(xué)”的目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生探索之精神和實(shí)踐動(dòng)手能力。

（2）運(yùn)用計(jì)算思維思想訓(xùn)練學(xué)生的發(fā)散思維能力

把很多相似、學(xué)生容易混淆的知識(shí)點(diǎn)放在一起，從多種角度去評(píng)判和分析，再做出最優(yōu)的選擇。例如，用多種方法查找同一組數(shù)據(jù)，比較各算法的平均查找長(zhǎng)度，不僅可加深多種查找算法的理解，還能在分析辨別中對(duì)比各種算法的優(yōu)劣，甄別出最佳算法，領(lǐng)略《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程花費(fèi)最小精髓的同時(shí)得到思維訓(xùn)練。又例如，在雙向鏈表中插入結(jié)點(diǎn)操作，知道插入結(jié)點(diǎn)的前驅(qū)指針和知道插入結(jié)點(diǎn)的后繼指針，修改指針的順序截然不同，并將其與單鏈表插入結(jié)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，就容易理解指針修改順序一定要遵循邏輯關(guān)系，修改指針順序不能顛倒的原因。

（3）在編程實(shí)踐不斷的試錯(cuò)和糾錯(cuò)中培養(yǎng)學(xué)生的抗壓能力

把算法轉(zhuǎn)換為C 語(yǔ)言程序，能夠通過(guò)上機(jī)編輯、修改和調(diào)試，得到正確的運(yùn)行結(jié)果，這是學(xué)生在學(xué)習(xí)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》中遇到最棘手的問(wèn)題。需要學(xué)生不斷地上機(jī)實(shí)踐操作，不僅要理解編程思路，語(yǔ)法規(guī)則，還要火眼金睛識(shí)別錯(cuò)誤，發(fā)現(xiàn)潛在的危機(jī)，有時(shí)程序錯(cuò)誤太多，學(xué)生很難修改正確，甚至到崩潰的邊緣，此時(shí)就要及時(shí)地引導(dǎo)提示指導(dǎo)，峰回路轉(zhuǎn)，讓學(xué)生看到希望。這樣，讓學(xué)生上機(jī)編程實(shí)踐，給學(xué)生不斷試錯(cuò)和改錯(cuò)的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生的受挫和抗壓能力。

（4）運(yùn)用校企合作項(xiàng)目培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力

運(yùn)用與保山市公安局合作的“公安應(yīng)用軟件研發(fā)”，與保山市農(nóng)業(yè)局合作的“保山智慧農(nóng)業(yè)指導(dǎo)系統(tǒng)”等項(xiàng)目的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生參與一些項(xiàng)目開發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生用專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。例如，為保山學(xué)院科研處開發(fā)“科研小助手”管理系統(tǒng)，為保山銘遠(yuǎn)科技有限公司開發(fā)“極速快遞App”等。既加深了專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，又為地方解決實(shí)際問(wèn)題提供了服務(wù)。

（5）專業(yè)培養(yǎng)與價(jià)值引領(lǐng)有效融合，培養(yǎng)學(xué)生做為“IT”人的使命和當(dāng)擔(dān)

圍繞立德樹人，把社會(huì)主義核心價(jià)值觀貫穿課程始終。精選與課程內(nèi)容聯(lián)系緊密的思政元素，例如，如何利用計(jì)算機(jī)知識(shí)實(shí)現(xiàn)疫情數(shù)據(jù)上報(bào)，為國(guó)家排憂解難；如何用計(jì)算機(jī)對(duì)扶貧工作精準(zhǔn)施策；如何為“中國(guó)芯”奮斗的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)?shù)劝咐擅畹貙⒅谌胝n堂教學(xué)中，使學(xué)生在潛移默化中樹立正確的個(gè)人操守和職業(yè)操守，與時(shí)代同頻共振，是做為“IT”人的使命和擔(dān)當(dāng)。

2.2《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程建設(shè)創(chuàng)新方面的思考

（1）《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程內(nèi)容創(chuàng)新

①?gòu)那把丶夹g(shù)角度創(chuàng)新課程內(nèi)容

將專業(yè)課程體系中涉及到《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的原理和思想融合，重構(gòu)課程知識(shí)體系，增加課程內(nèi)涵，豐富課程思想，又結(jié)合學(xué)術(shù)前沿，把《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程內(nèi)容與大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)深度融合，增加課程的新穎性和時(shí)代性，確保最新科技和工程前沿進(jìn)入課堂。例如，把搜索引擎、決策樹、“新工科背景下的課程改革實(shí)踐研究”等內(nèi)容融入到《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程建設(shè)中，增強(qiáng)課程內(nèi)容的實(shí)用性和前瞻性。

②從工程教育專業(yè)認(rèn)證思想創(chuàng)新課程內(nèi)容

遵循課程目標(biāo)支撐學(xué)生畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的原則，將每一章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)與學(xué)生能力培養(yǎng)對(duì)應(yīng)起來(lái)，從強(qiáng)化學(xué)生知識(shí)深度和廣度的角度，注重學(xué)生的計(jì)算思維能力與專業(yè)核心能力的培養(yǎng)。堅(jiān)持課程設(shè)置始終為培養(yǎng)目標(biāo)服務(wù)的宗旨，圍繞“培養(yǎng)目標(biāo)-畢業(yè)要求-課程設(shè)置-順利上崗”的主線落實(shí)課程目標(biāo)，提高以產(chǎn)出為導(dǎo)向的人才培養(yǎng)質(zhì)量。

③從課程思政的角度創(chuàng)新課程內(nèi)容

以社會(huì)主義核心價(jià)值觀為理念，挖掘《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程中的德育元素，在教學(xué)大綱和教學(xué)設(shè)計(jì)中加入課程思政，并在教育教學(xué)過(guò)程中把知識(shí)、能力和課程思政教育有機(jī)融合，做好立德樹人的教育初心。例如，單鏈表結(jié)點(diǎn)插入時(shí)，指針修改一定保持它們的邏輯關(guān)系，修改的語(yǔ)句順序不能任意顛倒這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，需要把規(guī)矩意識(shí)貫穿其中，使學(xué)生懂規(guī)矩，按原則辦事，做到作業(yè)不抄襲，考試不作弊，做遵紀(jì)守法的好學(xué)生，既教知識(shí)，也教做人。

（2）教學(xué)模式創(chuàng)新

采用翻轉(zhuǎn)課堂、CDIO 工程實(shí)踐、案例教學(xué)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)、課堂加機(jī)房授課等多種混合式教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)課堂內(nèi)外大翻轉(zhuǎn)，線上線下聯(lián)動(dòng)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，扭轉(zhuǎn)學(xué)生聽課閑得無(wú)聊，手里有個(gè)手機(jī)，智商不在服務(wù)區(qū)的課堂百態(tài)。

①翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)

按“呈現(xiàn)、體驗(yàn)、再現(xiàn)和反思”四個(gè)過(guò)程進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實(shí)踐研究。知識(shí)呈現(xiàn)過(guò)程是指把《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程中每一章節(jié)中的概念、算法思想、操作的動(dòng)畫演示示例做成視頻，傳到QQ 群空間，或?qū)W習(xí)通平臺(tái)，讓學(xué)生在課前看視頻，回答相關(guān)的問(wèn)題，完成知識(shí)的傳授過(guò)程。體驗(yàn)過(guò)程是讓學(xué)生根據(jù)觀看視頻習(xí)得的知識(shí)，讓學(xué)生依葫蘆畫瓢完成相似的題目，再運(yùn)用相同原理，加上一些拓展內(nèi)容，讓學(xué)生依次完成難度遞進(jìn)的練習(xí)題。再現(xiàn)過(guò)程是指從學(xué)生反饋情況中，梳理出學(xué)生聚焦的疑難點(diǎn)問(wèn)題，并在課堂上進(jìn)行討論分析、講解示范等，再次重溫前面學(xué)習(xí)過(guò)的內(nèi)容，通過(guò)此類方式的深度學(xué)習(xí)，使其知識(shí)完全內(nèi)化。反思過(guò)程是從視頻的制作效果、疑難問(wèn)題的討論與答疑，學(xué)生學(xué)習(xí)的參與度以及學(xué)習(xí)效果等方面進(jìn)行反思和總結(jié)，對(duì)有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)和技巧進(jìn)行分享與推廣，并對(duì)存在問(wèn)題進(jìn)行整改和優(yōu)化。通過(guò)“呈現(xiàn)、體驗(yàn)、再現(xiàn)和反思”四個(gè)過(guò)程，收到知識(shí)完全內(nèi)化的效果。

②CDIO 工程實(shí)踐

在小組長(zhǎng)的帶領(lǐng)下，按CDIO 工程設(shè)計(jì)思想依次進(jìn)行選題-問(wèn)題分析-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-成果展示-小組答辯，最終完成項(xiàng)目。在“做中學(xué)”的實(shí)踐訓(xùn)練中，通過(guò)團(tuán)隊(duì)的協(xié)作和不斷試錯(cuò)與糾錯(cuò)的過(guò)程，達(dá)到了學(xué)的目標(biāo)。

③案例教學(xué)

收集各種競(jìng)賽題目、科研項(xiàng)目以及真實(shí)生活的典型應(yīng)用作為案例，圍繞主題，從案例引入、分析和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行講解，突出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。例如，用生活中學(xué)生排隊(duì)打飯模擬隊(duì)列，學(xué)生就容易理解隊(duì)列的先進(jìn)先出原則，而且對(duì)比較難理解的隊(duì)列假溢出問(wèn)題，學(xué)生理解起來(lái)也容易了許多。

④任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)

對(duì)傳統(tǒng)的按照章節(jié)安排的教學(xué)方式進(jìn)行改革，以“任務(wù)”為核心，引導(dǎo)學(xué)生帶著問(wèn)題從橫向、縱向歸納類比總結(jié)，將知識(shí)點(diǎn)、線、面結(jié)合，使零散知識(shí)系統(tǒng)化，并從系統(tǒng)的理論高度，進(jìn)行技能和思維拓展，培養(yǎng)學(xué)生的探索欲。例如，字符串回文檢測(cè)問(wèn)題，可以用順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、堆棧存儲(chǔ)和雙向循環(huán)鏈表存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)等幾種不同的存儲(chǔ)方式，得到不同的回文檢測(cè)方式。這樣，帶著任務(wù)學(xué)習(xí)，學(xué)生注意力集中，學(xué)習(xí)效率高。

（3）教學(xué)反饋評(píng)價(jià)創(chuàng)新

采用傳統(tǒng)的終結(jié)性考試成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)教學(xué)效果，有失偏頗之嫌，經(jīng)常出現(xiàn)平時(shí)不努力的學(xué)生，考試成績(jī)很高的情況。創(chuàng)新的思想是采用基于信息化教學(xué)工具進(jìn)行評(píng)價(jià)，重視過(guò)程性評(píng)價(jià)。考核總成績(jī)由多種方式組成，有線上成績(jī)、線下成績(jī)和加分成績(jī)。其中，線上成績(jī)主要指線上課程視頻學(xué)習(xí)、章節(jié)測(cè)驗(yàn)、作業(yè)和考試；線下成績(jī)主要由章節(jié)測(cè)試、出勤、課堂表現(xiàn)、期末考試；加分成績(jī)主要指獲得軟考資格證書、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽獲獎(jiǎng)、軟件開發(fā)、優(yōu)勝小組等。這樣，分階段，分任務(wù)，學(xué)生要在不同時(shí)段完成相應(yīng)的作業(yè)，減少了學(xué)生拖延、突擊的情況。

2.3 挑戰(zhàn)度方面的思考

除了鼓勵(lì)學(xué)生參加各種競(jìng)賽、考證和軟件開發(fā)外，還布置有一定梯度的實(shí)驗(yàn)作業(yè)和課程設(shè)計(jì)作業(yè)，作業(yè)難度由低到高，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，漸進(jìn)式的增加學(xué)生學(xué)習(xí)的難度。例如，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)題目分成四個(gè)等級(jí)，第一級(jí)是預(yù)備知識(shí)實(shí)驗(yàn)，針對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)必須具備的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)知識(shí)，起到對(duì)前序課程復(fù)習(xí)鞏固和查缺補(bǔ)漏的作用，消除先行知識(shí)的技術(shù)障礙。第二級(jí)是驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，主要是上機(jī)實(shí)現(xiàn)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程中涉及的基礎(chǔ)算法在不同存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中的上的實(shí)現(xiàn)，目的是加深對(duì)算法原理的理解。第三級(jí)是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，采用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本方法，通過(guò)分析比較，挑選出合適的算法來(lái)求解問(wèn)題，目的是理解如何應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識(shí)來(lái)解決簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題。第四級(jí)是綜合實(shí)驗(yàn)，綜合運(yùn)用《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程中的多個(gè)知識(shí)點(diǎn)來(lái)求解復(fù)雜的問(wèn)題，目的是培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題的能力。通過(guò)有坡度的實(shí)驗(yàn)題目，不斷增加實(shí)驗(yàn)難度和挑戰(zhàn)度，讓學(xué)生在不知不覺中達(dá)到了更高的目標(biāo)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文圍繞“兩性一度”的“金課”建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程建設(shè)進(jìn)行了探討。首先，在“高階性”方面，主要培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、發(fā)散思維能力、抗壓能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力；其次，在教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新性方面，主要是圍繞《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程內(nèi)容，從前沿技術(shù)創(chuàng)新、工程認(rèn)證的成果導(dǎo)向創(chuàng)新，以及課程思政創(chuàng)新等方面增加課程內(nèi)涵，豐富課程思想；教學(xué)模式創(chuàng)新是采用翻轉(zhuǎn)課堂、CDIO 工程實(shí)踐、任務(wù)驅(qū)動(dòng)等多種混合式教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)課堂內(nèi)外大翻轉(zhuǎn)，線上線下聯(lián)動(dòng)的創(chuàng)新教學(xué)模式，而評(píng)價(jià)方式創(chuàng)新，是從終結(jié)性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)向過(guò)程性評(píng)價(jià)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的大數(shù)據(jù)支撐，對(duì)學(xué)生在不同時(shí)段的學(xué)習(xí)情況和學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，能有效治好學(xué)生拖延突擊的毛病。第三，挑戰(zhàn)度方面采用漸進(jìn)方式增加課程難度與深度，通過(guò)考試、參賽獲獎(jiǎng)等獲得資格證書和獲獎(jiǎng)證書等方式，使學(xué)生跳一跳達(dá)到更高的目標(biāo)。圍繞兩性一度金課建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，把《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程建成集知識(shí)、技能和文化為一體，具有地方特色的改革示范性課程，使教師與學(xué)生共同成長(zhǎng)，讓工程教育回歸工程本質(zhì)，落實(shí)立德樹人的初心。