基于OBE理念的數據結構與算法課程教學改革研究

摘?要：本研究針對數據結構與算法這門課目前存在的問題，實施以OBE理念為指導的本課程教學改革。首先制定了“學習產出”式教學目標，然后依據教學目標制定相應的教學內容，應用多種靈活的教學手段引導學生開展課程內容的學習。其次，本研究中教師可以建設在線課程資源和習題庫，通過每周小組討論等多種教學過程來培養學生解決本專業相關復雜工程問題的能力。最后，本研究探討了過程性考核的實施，并通過教學反思進一步調整教學目標及循環優化。

關鍵詞：數據結構；OBE；教學改革；實踐

1?概述

工程教育專業認證是一種在國際上通行的工程教育質量保障制度，越來越完善并且越來越成熟，這就對高校的傳統教學模式下的教育教學質量提出了更進一步的要求，并在各部委的推動下，工程教育專業認證也成為各個高校提升教育教學質量的重要手段。近十幾年來，我國很多高校都在積極開展工程專業認證工作［1］。工程教育專業認證是國際通行的工程教育質量保障制度，為工科院校學生培養提供了依據［2］。OBE強調人人都能成功，強調個性化評定，強調精熟與績效責任，強調能力本位［3］。

數據結構與算法這門課程是我校信息類相關專業的學科基礎課，同時也是一門必修課，是本專業學生進一步深入學習和開展高層次研究的基礎。通過本課程的學習，可以培養學生利用計算機處理數據的能力，并為后續操作系統等課程打下良好的基礎［4］。在本課程歷年教學過程中，教師通常是在課堂上重點講述理論知識，并輔助以PPT課件和板書來進行教學，但是由于知識比較抽象，部分學生在上課及課前課后的學習熱情不是特別大，總有一部分比例的同學在當堂課后仍然不能獨立思考、做題、解決問題。而OBE教學理念是以成果為導向的，它要求本專業的學生畢業后，能夠運用所學的專業知識來建立抽象模型從而解決復雜工程問題，并能使教師持續改進、優化本課程的教學方法［4］。OBE理念的教學模式可以有效提高數據結構與算法這門課程的學習效果。

本文結合了OBE理念對數據結構與算法這門課程進行教學探索和研究，通過一系列的步驟提高本課程的教學效果，這些步驟包括“學習產出”課程目標的設定、教學知識點和內容的梳理、各種教學資源的建設、評價考核方式的設計。本研究希望提高學生學習本課程的效果，從而提升教育教學質量

2?目前課程教學存在的問題

結合數據結構與算法課程教學及實踐情況，總結目前課程教學要解決的問題。首先，在高校這門課程傳統教學方式是教室授課，通常教師比較注重課堂上的理論教學，主要的教學授課方式包括課件的講解和板書，教學內容包括四類數據結構的核心操作及實現。有一定比例的同學由于各種原因在課堂上沒有辦法掌握授課內容，課下又缺少自主學習的動力。本課程的考核方式一般是期末卷面筆試為主，平時成績占比偏小，大部分學生只想通過期末考試，忽略了本課程后期的應用場景。期末考試結束后，大部分學生基本可以掌握期末考試里考查的知識內容，但是并不了解后期在實際工作場景中如何去應用這幾類數據結構。此外，數據結構課程的知識點較多，有些算法是比較抽象的，所以學生不太好深入理解。有些學生上課時基本能聽懂授課內容，課下由于自己沒有及時復習又忘記了。此外，有些學生考前突擊、死記硬背通過考試，忽略了解決問題的能力。以上這些問題普遍存在于以學習內容為驅動的教學模式，缺乏成果導向，學生在就業或深造時體現不出應該具有的能力和水平。

3?基于OBE理念的數據結構與算法課程教學改革

本課程改革的思路及實施過程如圖1所示。

流程圖右側的第一個環節是OBE教學目標，即基于各種因素確定本專業學生的畢業要求，并基于此來研究制定基于OBE理念的若干個“學習產出”課程教學目標。右側的第二個環節是確定教學內容，即探討這些教學目標，并確定每個課程目標所包含的教學知識點和教學內容，以此來確定教學體系、教學內容、教材及參考書。右側的第三個環節是教學過程，也就是在教學實施的過程中，教師可以選用合適的教學方法和多種教學的手段來開展靈活教學，例如慕課學習法、任務驅動教學法等各種教學方式，加強學生利用所授知識點解決本專業的復雜工程問題的能力，從而實現本課程在第一個環節所設立的教學目標。接下來，結合第一個環節的課程目標，課程組來確定本學期的學習過程評價值指標，這樣可以評價學生在本學期的學習效果，從而及時發現教學中所出現的問題并在以后的教學過程中加以調整改進，并通過課程目標達成評價來評估每個學生在每個課程目標的達成情況，從而可以分析出學生最終的學習效果。最后進行基于OBE理念的教學反思，從而實現數據結構與算法課程的優化與改進過程。

3.1?制定本課程的“學習產出”模式（OBE）下的目標

在OBE理念中，本課程的教學目標制定是其關鍵之處，需要根據本校本專業的畢業要求及指標點，同時也是教學內容的制定、教學流程的設計、課程考核方式和最后的教學反思這幾個步驟的重要基礎。因此，首先要根據OBE理念的需要來制定若干具有邏輯層次的課程目標，使之能適應行業發展的需求，也能契合本專業的培養目標。

通過學習本課程的教學內容，學生可以系統地掌握各種常用的基本數據結構及其實現方法。此外，學生學習本課程的過程也是進行復雜程序設計的訓練過程，運用這些知識解決和研究本領域復雜工程問題，為學生今后在本領域的學習和工作奠定基礎。

課程目標1：熟悉數據結構與算法這門課程的基本概念、數據的四種邏輯結構及各自對應的兩種存儲結構；掌握線性表、樹和圖等經典數據結構的定義、性質、特點以及各種操作的實現；掌握各種數據結構在排序和查找等典型問題中的應用技巧；具備從事本專業相關工作所需的專業基礎知識。

課程目標2：具有針對實際問題選擇恰當數據結構的能力，能夠設計出結構清晰、正確易讀、復雜性較優的算法；具有對算法進行時間、空間復雜性分析的基本能力；具有設計算法、編制和調試程序的動手能力，能夠運用數據結構相關知識對本領域復雜工程問題進行研究分析。

課程目標3：具備綜合運用數據結構知識解決實際問題的能力，可以將理論知識、編程技能和創新能力協調發展，通過問題建模與實現過程的鍛煉，能夠對本領域復雜工程問題進行問題抽象和模型設計。

3.2?設定教學內容、過程及考核方式

首先，依據“學習產出”這個OBE理念目標來設定本學期的教學內容。數據結構這門課程的知識體系完整，但是比較抽象。這門課程包括線性表、樹、圖等若干數據結構以及具體的算法實現，包括創建，數據元素的增、刪、改、查等算法。此外，由于本門課程是C語言版的數據結構，知識點涉及C語言的掌握程度，學生基礎比較薄弱，更進一步地增加了掌握算法的難度。因此，教學內容的設計上，教師可以使用案例來融入枯燥的授課知識點，首先復習使用到的若干C語言的易錯知識點，然后在難懂的那部分融入一些案例和算法演示動畫，這種形式可以使學生進入一種接受度更高的情境之中，把復雜算法化解為一個一個的簡單問題，在這樣循序漸進的引導下，學生的各方面能力得到了進一步鍛煉，學生的分析問題的能力以及解決復雜工程問題能力也得到了進一步的鍛煉和提高。

其次，制定靈活的教學過程。在課堂理論授課時使用線上和線下混合的教學模式，再利用每周小組答疑的方法，解決學生在本周重點的掌握漏洞，這種方式可以幫助學生課下有效率地實現查缺補漏。還有，一節課里有70%的學生當堂可以掌握本次的重點內容，但是30%的學生不太理解，如果下節課再重復講授會耽誤70%同學的時間，因此教師可以提前錄好一些重要知識點的小視頻，并且將小視頻和本周知識點所需的其他資料，比如PPT、單元練習與測試等上傳到超星學習通，讓學生能在課后隨時隨地進一步強化重點和難點，彌補自身漏洞。同時，教師還可以通過超星學習通進行簽到，作為考勤依據，還可以利用學習通來觀察學生在每一章的知識點學習狀態，比如有哪些同學完成了任務點，有哪些同學沒有提交作業等。在教室里進行課堂教學時，教師講解每種數據結構的邏輯結構、存儲結構及操作的算法實現，并讓學生積極回答問題并參與討論在兩種存儲結構下算法實現的不同方法及對應優缺點。此外，本研究還需完成一本實驗指導書，作為每節課的課后練習來檢測學生對知識點掌握了多少，從而根據學生課后練習的正確率改進和調整教學的進度和教學的方式。通過這樣設計的教學過程，預期學生可以更好地理解并掌握常用數據結構的實現，進一步培養本專業學生能夠運用數據結構相關知識對本領域復雜工程問題進行研究分析、問題抽象和模型設計的技能。

再次，設置基于多課程目標的考核方式。教學評價主要是對于教學效果的評價，用于查看學生的學習效果，看學生是否具備了教學目標期望學生達到的能力，而基于OBE的理念比較重視課程的平時學習過程，因此，本研究重新制定了考核方式，以綜合幾方面的基于過程的評價形式來計算平時成績和實驗成績，從而對學生進行本學期的考核。課程的期末最終總成績由平時、實驗和期末三項成績組合而成，每一項成績又分別支撐若干課程目標，需要考核每個學生在每個課程目標下的各項學習情況并進行打分，最終計算出學生的課程總成績，舉例如圖2所示。平時成績支撐課程目標2、3，實驗成績支撐課程目標2，期末考試支撐課程目標1、2。

4?教學改革效果

《數據結構與算法》課程目標達成的總體情況及持續改進效果分析如下：

2021年秋季學期與上一年度的教學過程相比，課程目標1的達成度為0.81，和上一年度相比有提升。通過期末考試的方式考核了學生對課程目標1的達成情況，課程目標1基本達成，達成度尚可，在2021年秋季學期中，部分同學對學習內容掌握尚可，但仍有部分同學對數據結構基礎知識掌握得不夠全面，容易出現漏洞。本課程組需要深入探索目前這些考核方式如何優化執行，進一步強化基礎知識的掌握，思考更好的教學方法，進一步思考如何提升針對課程目標的達成效果。

2021年秋季學期與上一年度的教學過程相比，課程目標2的達成度為0.86，達成情況有略微提高。繼續沿用通過作業、實驗以及期末考試的方式考核學生對課程目標2的達成情況，教學過程中課程目標2順利達成。作業的主要形式是平時作業和課后習題完成情況。平時作業以課后布置的思考題完成情況進行考核，課后習題以每單元課程后布置的習題作業完成情況進行考核。實驗報告主要考查學生對上機實驗的掌握情況。實驗報告主要是以每一單元的實驗完成情況進行考核。期末考試主要考核對課程知識點的掌握程度，包括學生對數據結構的線性表、樹和圖等經典數據結構的定義、性質、特點以及各種操作實現的掌握程度，以及各種數據結構在排序和查找等典型問題中的應用技巧、算法時空復雜性分析方法。主要形式是筆試，主要題型為：選擇、填空、能力測試和算法設計題。需要繼續深入探索如何優化教學環節，并考慮今后的教學要適量增加復雜問題的分析和設計能力，提高學生獨立分析和設計能力，探討改進措施提升針對課程目標的達成效果。

2021年秋季學期與上一年度的教學過程相比，課程目標3的達成度為0.77，達成度與上一年度相比略有下降。因此，將兩個學期的教學過程進行對比分析。本學期繼續沿用通過作業的方式考核學生對課程目標3的達成情況，教學過程中課程目標3均達成。通過作業鞏固重要知識點并考查學生對知識的掌握和運用比較合理，需要繼續堅持下去，使學生能更好地理解并應用一些復雜的相關知識，提升針對課程目標的達成效果。在2021年秋季學期中，部分同學對數據結構的理解不夠深入，較復雜作業的完成度不高。需要深入探索如何優化教學環節，并考慮今后的教學要適量增加對于復雜問題的分析能力，提高學生綜合運用數據結構知識解決實際問題的能力，提高問題抽象和模型設計能力。

結語

本文以OBE教育理念為導向，結合數據結構與算法課程目前存在的不足之處，探索了教學改革方向。首先，本研究經過討論制定了本課程的“學習產出”的教學目標。其次，根據該目標設定教學內容。在教學內容上，借助案例教學法強化重難點部分。再次，制定靈活的教學過程，靈活的教學過程可以促進學生更好地鞏固重點難點并彌補薄弱環節。接下來，根據第一步的本課程目標，設計適合本課程的基于過程多因素的考核方式，由若干評價指標構成，通過對學生的各方面評價來評測學生的本學期學習效果，從而發現目前的教學過程中可能隱藏的問題，通過課程目標達成評價來評估每個學生在每個課程目標的達成情況，從而可以分析出學生最終的學習效果。最后進行基于OBE理念的教學反思，從而實現數據結構與算法課程優化。通過本教學改革，加強了學生實踐應用能力，改善了教學效果，提高了學生運用所學專業知識建立抽象模型以解決復雜工程問題的能力。

參考文獻：

［1］路紅，劉紅英.基于OBE理念的數據結構課程教學改革研究［J］.電腦與電信，2022（4）：2932.

［2］常晨霞，丁晉湘，王萬升.符合工程認證要求的《數據結構與算法》課程教學改革［J］.云南民族大學學報：自然科學版，2022，31（3）：329334.

［3］王璨，徐東，徐春明，等.基于OBE引領的數據結構課程改革探索［J］.產業與科技論壇，2021，20（3）：182183.

［4］張冰濤，王小鵬，王履程，等.基于工程認證的數據結構與算法課程教學研究［J］.軟件導刊，2019，18（1）：201204.

基金項目：北京物資學院2022校級教育教學改革項目（項目編號：2022jgxm23025）資助

作者簡介：于真（1983—?），女，漢族，山東陽谷人，博士，副教授，研究方向：信任管理。