基于OBE 新工科理念的《數據結構》課程教學改革研究

廖娟，阮運飛

摘要：OBE（Outcome Based Education）即“以產出為導向的教學”，是一種以學生學習效果為導向的新工科教學理念。《數據結構》課程作為計算機類專業的核心基礎課，如何基于OBE 新工科的教學理念，建立全新的《數據結構》課程體系是該研究的重點。該文從OBE 理念的根本出發，以培養真正的應用型人才為目的，詳細闡述了課程內容的組合方式、考核內容、考核方式以及上課手段等。

關鍵詞：數據結構課程；OBE（Outcome Based Education）；新工科；應用型人才

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）32-0140-03

1 引言

OBE （Outcome Based Education）是一種新星升起的教學理念，在美國、加拿大、英國等許多發達國家中已成為主流的教育理念，即以培養學生能力為導向、采用逆向思維的方式進行課程教育體系的建設理念。該教學理念近年在國內也得到了迅速發展，已被中國工程教育專業認證協會認證[1]。在工程教育質量的驗證上，OBE理念具有較好的指導意義。因此，國內外許多學者在基于OBE理念的研究基礎上，提出了一些先進的教學改革方法[2-5]，其成果對于提升學生們的應用能力具有非常好的引導作用。

與傳統的教學理念不同，OBE注重的是學生學完這些課程后，學生們能夠做什么，能夠取得什么樣的效果，而不是注重過程，它們注重的是結果。基于此，學校在制訂培養計劃等的時候，首要是考慮這門課程學生學完之后要達到什么樣目的，然后教師根據培養目的設計出合適的教學內容，采用恰當的教學方法以完成OBE教學理念下設定的教學目標。這與傳統教學方法不同，傳統的教學方法是以教學為主，而OBE 理念教學是以學生能夠達到什么樣的結果為目的，通過對課程體系的分析，學生學完該門課程能夠應該具備什么樣的素養和能力，進而對課程內容進行調整、確定清晰的教學目標，將實踐與理論相結合；在教學過程中，根據學生的學習情況不斷調節教學方式和內容，最終達到OBE教學的理念。

隨著計算機專業的蓬勃發展，國內外高校對《數據結構》課程的人才培養方案進行了深入的探索：文獻[6-10]從分析數據結構課程教學現狀的基礎上，對課程組織、教學內容、教學方法等方面提出相應的改革措施，為了提高教學質量，培養應用型人才，把《數據結構》與《C語言》課程教學相結合，這些方法雖然在教學效果上有了一定的成效，但其本質還是和傳統的教學目的一樣：以教為目的，并沒有去探討學生學的結果；文獻[11-13]從《數據結構》課程對學生實踐能力進行改革?！稊祿Y構》課程包含理論課程與實驗課程，實驗課程的目的在于通過使用C語言，對《數據結構》理論課程中的算法進行模擬實現，使學生獲得數據結構方面的基本知識、基本理論和基本技能，為后續課程的深入學習打好基礎。通過上機實驗輔助理解課堂知識，培養學生自主學習、探索研究性學習的能力。這些研究從理論上來看，有一定的實用價值，但是研究者們并沒有展示他們的研究成果。因此，在新工科迅速發展的背景下，《數據結構》作為計算機專業的核心基礎課程，把其融入OBE教學的理念當中去勢在必行。

2 課程改革內容

隨著新工科發展的推進，本研究基于OBE理念的“數據結構”課程教學改革，從教學大綱、教學內容與方式、理論教學與實踐教學串聯、實踐考核機制等4個方面進行了探討（如圖1所示），以提高學生分析問題、解決問題的能力為目的，重點培養學生的創新精神、工匠精神以及工程的實踐能力。

2.1 教學大綱

基于OBE理念的“數據結構”教學大綱設計，首先應滿足專業培養計劃，其次應根據學生的學習結果來設計，最后應滿足學生畢業要求的各項指標。因此，我們從知識要求、能力要求、素質要求等方面進行創新。

（1）知識要求。要求學生掌握該學科的基本概念，理解學科的知識結構和典型的數據結構類型。如使學生掌握數據結構課程的常用術語、基本概念，典型的數據結構類型：線性表、棧、隊列、樹、圖、查找和排序等，如圖2所示。學會把這些基本的數據結構應用到相應的算法當中，并設計出相關的解決方案用于解決生活當中實際的問題；理解遞歸、貪心、分治等程序設計方法。

（2）能力要求。總體上學生應具備運用辯證唯物主義的觀點分析和解決問題的能力，能夠運用所學的綜合知識進行方法、技術的創新，從而運用到實際生活當中進行實際問題的解決。為了達到OBE理念綜合訓練的目的，還應培養學生終身學習的能力，達到能夠把這些基礎課程的知識靈活運用到現代信息技術中，從而自主地獲取相關新技術、新知識，持續提高自身解決問題的能力。

（3）素質要求。作為理工科的學生，不僅應具備理工科的工程素養，還應具有人文社會科學素養、健康的心理素質以及良好的職業道德，擁有正確的人生觀、價值觀和世界觀。真正做到把該門學科學完，不僅能夠得到很好的應用。同時，從素質方面，能夠達到OBE理念設計的目標。

2.2 教學內容與方式

基于OBE教學理念，為了更好地達到教學效果，傳統的“數據結構”課程在理論課程教學學時上所占的比例較高，為了更好地培養學生動手實踐能力，我們壓縮了一部分理論教學課時，為了讓學生能夠更好地適應這一改變，我們以C語言作為切入點，重點講解命名空間、抽象數據類型等新概念。同時，避免在相對較枯燥的數據結構底層代碼上的實現花費課時，把代碼實現移到實踐課程上講解，大大壓縮了理論課時，例如對數據元素存儲中的增刪改查等操作。

在教學方式上，不再在多媒體教室進行教學，而是采用在機房進行的方式。在教師主機上會運用事先設計好的一些動畫，如.swf等動畫文件進行一些發展算法的講解，使學生能夠更好地理解、教學界面更加友好，而不是千律一篇的PPT演示，學生能夠更好地接受新知識。同時，課中使用釘釘進行直播錄制，課后及時向學生公布回放視頻、動畫等資料，方便學生在課后能夠獨立進行知識的查漏補缺與鞏固。

2.3 理論教學與實踐教學串聯

靈活調整理論課和實驗課的時間安排，與傳統的理論與實驗課時間安排在不同時間段不同，該課程改革采用課堂的前40分鐘左右講解理論知識，剩下的時間實驗教學，目的是當堂課盡量讓學生當堂消化，采用學用結合的方式，一方面解決了學生枯燥的聽課訓練，另一方面也解決了學生只會理論，而動手操作能力弱的問題。實驗結合理論串聯教學的方式，筆者也提供了一些現實生活中的問題，通過問題驅動的方式進一步提高學生的興趣。例如，在講解隊列的時候，我們就編排了一組演唱會的購票模式，怎樣可以又快又不失排隊的特點，讓購票人快速買到票，而且通過動手實踐的方式進行場景的真正模擬。

2.4 實踐考核機制

根據2.3小節所述，理論與實驗課采用串講的模式進行，則在實驗課考核機制的制定中，不再居于傳統的考核方式：在課堂內進行打分制。把實驗課的考核延伸至課堂外，即每堂課后不再強求學生必須在課堂內完成，可以課后進行討論，甚至幾個學生形成一個團隊，每個模塊所做的事情通過雨課堂等進行檢測，要求學生在一定時間內遞交代碼并進行預報告。老師則根據提交的代碼和實驗報告等對學生進行評測，為了避免一部分學生渾水摸魚，下一次課題的時候隨機抽取幾個可疑學生的作業，要求他們講解整個實驗的流程及部分知識，這樣不僅能夠督促學生認真完成所學的內容，還拓寬了他們的課外知識。

3 結束語

OBE教學理念以人為本，結果為導向，突出學生的動手實踐能力，構造了工程應用的所有過程，結合《數據結構》理論與實踐教學過程中存在的問題，從課程的教學大綱、教學內容與方式、理論教學與實踐教學串聯、實踐考核機制等方面進行了探索與實踐。應用表明，該課程體系的改革極大地調動了學生的學習興趣，把課堂延伸到課外，及時靈活地應用，不僅提高了學生的學習積極性，教師們感覺到學生的興趣，也有了把課堂設計得更加生動的動力，這種循環驅動的效果，對于在新工科背景下培養計算機方面的創新人才有著重要的意義。

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【通聯編輯：梁書】