新工科背景下“數據結構”課程“三位一體”教學模式探究

羅富貴 李明珍 宋倩 覃運初 唐鳳仙

摘要：“數據結構”是計算機類專業的核心課程之一，在教學的過程中，存在以下問題：教學方式單一，學生實踐能力差，學習積極性不高以及自主學習能力差等問題。鑒于此，結合新工科和工程教育認證的培養要求、課程的性質和教學經驗，本文分別從課程的理論教學、實踐教學和課程考核體系等三個方面進行探討，引入“知識、能力、素質三位一體”的教學理念，突出知識能力素質的培養，在教學中全面提升人才培養質量，以滿足當今社會的人才需求。

關鍵詞：數據結構；教學模式；教學改革；“三位一體”

一、引言

近年來，國家推出了一系列落實創新驅動發展戰略，拉動了以新技術、新業態、新產業為特點的新經濟快速發展^[1]。經濟結構的調整對高校人才培養質量提出了更高的要求。與傳統的工科人才相比，現在高校工科人才培養與企業需求有脫節的現象，社會需要的是具有較高工程實踐能力、創新能力和工程素養的新型復合型工程人才。因此，實現工科人才培養以滿足社會經濟發展的需要，已成為高校工科人才培養研究的熱點問題^[2]。在當今大數據人工智能迅速發展的時代，算法發揮著非常重要的作用，“數據結構”就是一門如何利用算法思維解決實際問題的課程，同時也是計算機類專業的核心課程，在課程體系中占據非常重要的地位。同時數據結構也作為新興技術如大數據技術、人工智能、云計算的重要基礎^[3]。由于該門課程具有很強的理論性和實踐性，課程內容抽象，學生學起來感到吃力，缺乏積極性。因此，在課程教學中，應如何提高教學效果，加強學生的實踐能力，應如何培養學生解決問題的能力和創新能力，是教師在教學中需要去探討的問題^[1]。本文根據《數據結構》在教學中出現的主要問題，并結合課程的性質和教學經驗，從理論教學、實踐教學和課程考核體系三個方面進行探討。將“知識、能力、素質三位一體”的理念引入教學改革中，突出知識、能力和素質的培養，全面提高人才培養質量。

二、“數據結構”課程教學現狀與問題分析

目前，很多高校“數據結構”課程還是以講授知識點為主的教學模式，筆者通過多年的教學經歷總結出數據結構課程教學過程中主要存下如下問題。

（一）教學方式單一

目前，“數據結構”課程的教學方法仍采用傳統的教學方法，即“老師講，學生聽”。在這種傳統模式下，教師可以有效地維護課堂紀律，監督學生的學習狀況，教師也可以通過與學生面對面地交流及時發現學生的學習狀況，及時調整教學進度和教學節奏，這是傳統教學模式的優勢所在。然而，傳統課堂留給學生討論和實踐的時間很少，教師用灌輸式給學生傳授知識，學生處于被動地接受學習，整個過程缺乏學生的獨立思考。一般情況下，學生只能通過課后完成習題理解內化知識點，這種方式很不利于培養學生的應用和創新能力，這是傳統課堂教學模式的弊端。

（二）實踐教學課時少，欠缺創新能力培養

“數據結構”課程理論性和實踐性都較強，但在實際教學過程中，教師大都以理論知識講解為主，實踐教學環節薄弱，學生實踐較少，動手編程能力較弱，教師一般安排學生利用課后時間進行實際操作。有一些意識較差的學生不能按時完成老師布置的實踐任務，導致實踐能力更弱。此外，即使學生在理論教學中理解了算法的設計思想，但在自己編寫相應的程序代碼到實現具體應用，仍存在一定的差距。在實踐教學中，以驗證性實驗項目為主，缺乏設計性、綜合性的實驗項目，學生的分析問題和解決問題的能力無法得到培養，更不用說培養學生的創新能力。

（三）課程抽象程度高，內容難以理解，教學效果不理想

“數據結構”課程理論性強，知識點眾多，內容比較抽象，學生不易理解，容易導致學習效果不佳，進而失去對課程的興趣^[4]。而且在教學過程中，有些教師很少能將理論性的知識轉移到專業的應用層面，學生很難將所學到的知識和技能用于解決實際問題，學生的專業應用能力沒有得到培養，導致教學效果不理想。

（四）課程評價體系單一，無法真正將學生學習過程納入成績評定中

目前，“數據結構”課程的考試方式主要是筆試，學生的成績主要以期末試卷考核為主。另外還存在學生課前不預習、課后不復習、作業抄襲、遇到困難就回避的情況，如此下去，不懂的知識點就會越積越多，導致到后面的內容學起來更困難，慢慢失去了學習的動力，甚至放棄課程的學習，導致學習效果差^[4]。同時，在教學過程中，學生的學習過程缺乏監督，自主學習的效果缺乏公平的評價，作業和實驗結果沒有區分，導致最終考核成績評分無法準確評定，學生對學習過程不重視。

鑒于此，本文針對“數據結構”在教學中存在的主要問題，探索實用的教學模式，以激發學生學習的主動性，培養學生的創新能力，從而提高課程教學質量^[1]。

三、“三位一體”的“數據結構”課程教學模式的構建

結合新工科、工程認證的培養要求，“數據結構”課程的教學改革目標如下：改變以往單一知識傳授為主，單一的課程考核方式的缺點，課程教學將知識傳授、能力培養和素質培養有機結合，同時將課程的評價準則貫穿整個教學過程中，使得學生的學習效果評價從單一的期末考試為主向多形式的評價模式轉變^[4]。同時，在教學方式和手段上，充分利用線上和線下學習模式的優勢，充分利用學習平臺、學習資源和學習手段的有效融合，使得學生在學習知識的同時，激發他們的社會責任感，同時他們的應用能力也得到多維度的訓練和培養。

（一）理論教學方式改革

“數據結構”課程本身抽象難懂，導致學生學習困難，難以調動學生學習的積極性和主動性。在“數據結構”課程的教學過程中，重構教學方法和手段，重構教學模式開展理論教學，從而提高課程的教學效果和質量。

1.基于信息技術的混合式教學模式

在理論教學過程中，對理論知識進行分類，利用信息技術平臺，對于理論強和難點知識點，采用線下課堂模式進行教學，通過與學生面對面、即時交流，掌握學生的學習情況。對于容易理解的知識點，借助信息技術將理論知識直觀、生動地呈現給學生。如果學生在預習過程中對知識點有不理解的地方，可以通過信息平臺反饋給老師，老師會在線下教學中根據情況在課堂上講解不理解的知識點。同時，為了讓更多的學生真正參與到課程教學過程中，利用QQ課程群和雨課平臺，在課前、課中、課后與學生互動，讓教師實時了解學生的學習過程和學習動態。這種教學模式既能提高學生的課堂參與度，又能激發學生積極的學習主動性。

2.“競教結合、以賽促學”的教學方式

為培養學生創新能力，解決學生課堂學習與實際應用脫節的問題，將“以賽促教、以賽促學”的工程實踐教育模式貫穿于教學過程，將課程教學與社會實際需求相結合，將行業、就業需求與日常教學相結合。將編程語言、數據結構、算法設計與分析等課程內容與編程比賽相結合，將編程比賽應用于實驗和課程項目中，將競賽內容與實踐訓練相結合^[5]。為了實現“以賽促學”的教學效果，利用PTA程序設計類實驗輔助教學平臺豐富的資源，循序漸進地對學生的學科競賽能力進行培訓，擴充知識，規范代碼編寫，提高實踐能力，培養學生的創新能力和團隊合作能力，同時利用平臺代碼查重功能，教育學生不得抄襲他人代碼，實現誠信教育。

（二）實踐教學方式改革

根據對學生學情的分析，結合課程的性質和特點，以核心能力的實現為指導，進行數據結構課程的實踐教學。按照由淺入深的原則，通過層層遞進的方式，按照點、線、面的概念逐步設計實踐教學過程，即基礎驗證實驗、設計實驗、綜合實驗。實踐教學活動采用分布式、案例式、小組合作的方式進行，培養學生在實踐中解決問題的能力和思政素養，如圖1所示。

1.分布式教學，提高學生實踐能力

根據學生不同階段的知識儲備，“數據結構”的實踐教學采用分布式教學，由簡單到深入，由易到難，循序漸進地進行指導，使學生能夠跟上老師的實驗安排進度。通過逐步增加實驗難度，學生可以逐步建立信心，激發學習熱情。培養學生實踐能力和思維能力，從而達到培養學生實踐能力的目的。

2.案例式教學，增加學生的專業應用能力

在實踐教學中采用案例教學法，能夠更好地幫助學生理解和掌握知識與應用場景。在實踐教學中，選擇合適的案例不僅能夠提高學生的學習興趣，而且還能培養學生解決問題的能力。因此，案例式教學法關鍵要選好合適的案例。首先，所選擇的案例要符合實踐教學的內容，盡量涵蓋重點和難點；其次，所選擇的案例要有代表性，這樣學生不僅能學到算法設計的思路，還能從一個例子舉一反三。最后，所選擇的案例要實用，更適合實際的生活，能提高學生的學習興趣，加深對知識點的理解和應用。

3.小組式教學，增強學生團隊協作能力

在實際教學中，根據學生的實際情況，將班級分成幾個小組，每個小組3—5人，每個小組的成員都是能力較強的學生，以“以強帶弱”的方式，讓能力強的學生引導能力弱的學生加深和鞏固對知識點的理解和掌握。同時，這種教學方法也考驗了學生之間的合作和溝通能力。遇到問題時，小組成員可以相互討論，分析問題，提出解決問題的算法，最終實現編程。小組教學可以使每個學生充分發揮自己的才能，提高學習的主觀能動性，并培養學生的團隊合作和溝通能力。

（三）課程考核方式改革

1.構建多元化的課程考核體系

在數據結構課程評價中，改變以往單一的考核方式，設置了多維度、多階段的考核。例如，課程教學的評價分數構成： 理論成績+學習過程成績+上機操作成績，同時納入學生相互評價和教師評價，體現了評價的客觀性。同時，讓學生參與評價，在相互考核中可以拓寬思路，互相學習，增加了學生參與課堂的參與度，體現了以學生為中心的教學理念。

2.課程評價體系構成

利用信息技術平臺，考核方式可以變得多樣化。將學生的學習過程納入考試成績中，更全面、科學地考核學生的實踐能力、應用能力和創新能力。除了日常作業、考勤考核、期中期末考試外，課程還應結合專業安排一些能力考核任務，如小項目、案例分析、討論話題、實踐訓練項目等，使得學生更好地理解課程內容，同時綜合能力進一步得到鍛煉，從而培養應用和創新能力。課程考核結果采用全量化的形式進行評分，主要分為過程考核和期末考核兩部分。過程考核占50%，包括課堂小組討論與分享、編程作業、在線學習和課堂表現。期末考試根據教學目標進行，閉卷考試成績占50%，包括理論知識筆試和算法設計試題計算機考試。各類目考核具體細則見表1。

四、結束語

應用結果導向的現代工科教育理念，針對“數據結構”課程的特點和教學過程中存在的主要問題和原因，結合教學經驗，從理論教學改革、實踐教學改革和課程考核體系改革等三個方面對數據結構的“三位一體”教學模式改革進行了探討和研究。該教學模式不僅能夠激發學生的積極性和主動性，還能提升學生的實踐技能和知識應用能力，對提高教學質量具有積極的影響。在今后的教學過程中，將對該模式進行實踐驗證，期望本研究能為提高數據結構課程的教學質量提供有價值的參考。

作者單位：羅富貴 李明珍 宋倩 覃運初 唐鳳仙

河池學院 大數據與計算機學院

參? 考? 文? 獻

[1] 吳庭芳.算法設計與分析“三位一體”教學模式探究[J].電腦知識與技術，2021，17（04）：138-140.

[2] 林曉艷，郭春鳳，周延，高喜梅，陳進.新工科背景下“光纖技術”課程“三位一體”教學模式探究[J].科教文匯（下旬刊），2021（04）：99-100.

[3]譚定英，陳平平，李學征等.數據結構與算法課程思政教學案例[J].計算機教育，2022（01）：78-83.

[4] 羅富貴，覃運初，李明珍.基于雨課堂平臺的數據結構課程教學改革與探索[J].電腦知識與技術，2021，17（02）：111-112.

[5] 徐秀芳.地方本科院校“以賽促教、以賽促學、以賽促訓”教學模式探析[J].高教刊，2020（12）：52-55.

項目基金：河池學院2020年教改重點項目（2020EZ001）；河池學院2022年教改一般項目（2022EB009）；河池學院2022年度課程思政示范課程（2022KCSZ03）。

羅富貴（1984-），女，壯族，廣西來賓人，副教授，研究方向：數字圖像處理、模式識別；

通訊作者：李明珍（1986-），女，漢族，河南新鄉人，博士生，研究方向：網絡安全、隱私保護。