數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程思政融入案例教學(xué)的研究與實(shí)踐

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是所有計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)必修課，是計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)的關(guān)鍵一環(huán)，起著承上啟下的作用。根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容中案例豐富的特點(diǎn)，采用思政元素融入案例，重構(gòu)知識結(jié)構(gòu)、優(yōu)化教學(xué)方法、注重價(jià)值塑造，并結(jié)合學(xué)習(xí)通平臺進(jìn)行線上線下混合式教學(xué)，開展教學(xué)設(shè)計(jì)的全面革新。課堂教學(xué)真正做到“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”，培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力、分析能力和創(chuàng)新能力，使學(xué)生學(xué)到知識的同時(shí)樹立正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀。實(shí)踐證明，教學(xué)改革以來，學(xué)生人文素質(zhì)得到提升，課程平均成績顯著提高。

課程教學(xué)設(shè)計(jì)

2022年7月，教育部印發(fā)的《全面推進(jìn)“大思政課”建設(shè)的工作方案》指出，全面推進(jìn)課程思政建設(shè)，把課程思政建設(shè)作為落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，將知識傳授、能力培養(yǎng)和價(jià)值塑造三者融為一體，將隱性教育和顯性教育相統(tǒng)一，形成協(xié)同效應(yīng)，構(gòu)建全員全程全方位育人大格局。[1]

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)重視知識和能力的培養(yǎng)，但缺乏對人文素質(zhì)的重視。因此教師除了探索教學(xué)方法外，還應(yīng)加強(qiáng)素質(zhì)教育，深入挖掘課程中蘊(yùn)含的思想政治教育資源，在課程教學(xué)設(shè)計(jì)中重視思政元素的引入，構(gòu)建完善的教學(xué)評價(jià)機(jī)制，達(dá)成知識、能力、價(jià)值于一體的教學(xué)目標(biāo)，提高教學(xué)效果。[2]數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)設(shè)計(jì)如圖1所示。

思政元素融入案例教學(xué)探索

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的每章都是通過案例的形式引出該章的知識點(diǎn)，因此可以通過案例引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注該知識點(diǎn)在我國各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，并將思政元素如春風(fēng)化雨般地融入到案例教學(xué)過程中。在調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性的同時(shí)，注重強(qiáng)化學(xué)生工程倫理教育，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的大國工匠精神，激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)。[3-5]

例如，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的“圖”結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)挖掘、社交網(wǎng)絡(luò)和人工智能等領(lǐng)域，在講授本章節(jié)內(nèi)容時(shí)，可以向?qū)W生介紹相關(guān)領(lǐng)域的最新知識，吸引學(xué)生的注意力，引導(dǎo)學(xué)生開拓進(jìn)取。此外，“圖”這章有很多實(shí)際案例，這些案例中又蘊(yùn)含了很多思政元素。比如：在講解圖的遍歷時(shí)可以引入信息傳播的案例，聯(lián)系實(shí)際生活中謠言的傳播，引導(dǎo)學(xué)生做誠實(shí)有智慧的人，讓謠言止于智者；在講解有向無環(huán)圖時(shí)，聯(lián)系高校排課的案例，課程之間有相互聯(lián)系，排課時(shí)要有先后之分，讓學(xué)生重視基礎(chǔ)的累積，不好高騖遠(yuǎn)；在講解最小生成樹時(shí)，聯(lián)系N個(gè)城市之間建立通信網(wǎng)的案例，讓學(xué)生日常生活中注重節(jié)儉美德；在講解最短路徑時(shí)，聯(lián)系最優(yōu)旅游線路的設(shè)計(jì)實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生要善于思考，提高效率，“讀萬卷書不如行萬里路”，要飽含中國情，體驗(yàn)不同地區(qū)的風(fēng)土人情；在講解關(guān)鍵路徑時(shí)，聯(lián)系工程施工圖，有些活動(dòng)的工期延誤了不影響整個(gè)工期，但一旦關(guān)鍵路徑上的活動(dòng)延期了，那整個(gè)工期就要延后了，讓學(xué)生明白事情有分輕重緩急，要懂得抓住重點(diǎn)。通過在案例中融入思政元素，不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能培養(yǎng)學(xué)生科技強(qiáng)國的責(zé)任感和使命感。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中每章部分由案例挖掘的思政元素如表1所示。

課程教學(xué)實(shí)施

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)實(shí)施“案例引入→討論探究→融入思政→知識講解→知識運(yùn)用→案例解決→總結(jié)貫通”流程。以興趣為牽引，與立德樹人相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)與探索精神。以學(xué)生為主體，依托現(xiàn)代信息技術(shù)，讓學(xué)生適當(dāng)擴(kuò)充認(rèn)知，充實(shí)自我。在案例中融入課程思政元素，更好地做到價(jià)值引導(dǎo)，推動(dòng)發(fā)展“教學(xué)方法新起來、課堂氛圍活起來、學(xué)生動(dòng)力強(qiáng)起來、教學(xué)效果實(shí)起來”。整個(gè)課程教學(xué)分為課前、課中和課后三個(gè)階段。現(xiàn)以“最小生成樹”為例，給出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程案例教學(xué)的詳細(xì)實(shí)施方案。

（一）課前

課前，通過學(xué)習(xí)通發(fā)布案例思考問題“已知每兩個(gè)城市之間建立線路的經(jīng)濟(jì)代價(jià)，如何使得在N個(gè)城市之間建立的通信網(wǎng)總費(fèi)用最少呢？”，主題討論“現(xiàn)實(shí)中所建通信網(wǎng)和圖的理論知識之間的聯(lián)系”，分享相關(guān)學(xué)習(xí)資料“普利姆算法和克魯斯卡爾算法的基本思路”，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、提前預(yù)習(xí)、參與研討，找準(zhǔn)自己學(xué)習(xí)該知識點(diǎn)的重難點(diǎn)。預(yù)習(xí)資料分不同層次，逐層進(jìn)階，照顧不同階段的學(xué)生。既讓學(xué)生提前了解到了下堂課所講的理論知識點(diǎn)，從而找到自己掌握該內(nèi)容的薄弱之處，便于上課時(shí)重點(diǎn)突擊，收獲更豐；又讓教師提前了解了班上同學(xué)的整體情況，便于上課時(shí)做到有的放矢，提高課堂效率。課前實(shí)施方案如圖2所示。

（二）課中

課中，引入課前發(fā)布的案例思考問題，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生的探索興趣，并引導(dǎo)學(xué)生分析，將問題中的對象和圖中的具體知識進(jìn)行對應(yīng)，獲得數(shù)據(jù)模型——“城市”對應(yīng)圖中的頂點(diǎn)，“線路”對應(yīng)圖中的邊，“線路的經(jīng)濟(jì)代價(jià)”對應(yīng)邊的權(quán)值，“N個(gè)城市之間的最小代價(jià)通信網(wǎng)”對應(yīng)找連通圖的最小生成樹。再將思政元素“浪費(fèi)可恥，節(jié)約為榮”無縫融入到該案例教學(xué)中。之后開展理論知識講解，重點(diǎn)解析學(xué)生的學(xué)習(xí)難點(diǎn)“普利姆算法的核心思想”，最后配合案例進(jìn)行實(shí)際問題的編程求解，并在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行出正確結(jié)果。

（三）課后

課后，教師根據(jù)課堂中學(xué)生的互動(dòng)情況，制作復(fù)習(xí)視頻資料并發(fā)布于學(xué)習(xí)通平臺，并讓學(xué)生以觀看視頻、完成作業(yè)、進(jìn)行課后答疑與拓展來鞏固課堂知識。此外，教師根據(jù)平臺信息反饋來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并優(yōu)化教學(xué)實(shí)施。課后實(shí)施方案如圖3所示。

教學(xué)方法與效果

（一）教學(xué)方法

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較注重的是抽象思維以及知識的整體結(jié)構(gòu)，并且每節(jié)課的課堂容量大，這就要求教師課上明確講課的重點(diǎn)和難點(diǎn)，到了難點(diǎn)的地方要慢下來，給學(xué)生思考的時(shí)間，同時(shí)講明分析問題的思路和方法，讓學(xué)生從思想上理解問題。另外數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課本上算法很多，且有些過程復(fù)雜，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中經(jīng)常會因?yàn)殡y以理解而對本門課程失去興趣，這要求教師在講授過程中注意理論和實(shí)際的結(jié)合，注意課程思政融入實(shí)際案例，以提高學(xué)生的積極性。在講授不同的課程內(nèi)容時(shí)，靈活選擇不同的教學(xué)方法。[6]

1、案例教學(xué)法

通過案例引入新的知識，然后開展新知識的教學(xué)，最后通過案例解決強(qiáng)化新學(xué)的知識，前后呼應(yīng)，首尾相顧，使學(xué)生對所學(xué)知識知其然、知其所以然，達(dá)到更好的教學(xué)效果。在進(jìn)行單鏈表教學(xué)前，首先展示稀疏多項(xiàng)式，讓學(xué)生考慮如何存儲一個(gè)稀疏多項(xiàng)式，用順序表存儲稀疏多項(xiàng)式從存儲空間占用角度不合算，討論順序表在存儲稀疏多項(xiàng)式時(shí)存在的問題，提出結(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，展示如何通過指針將結(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)連接成單鏈表。學(xué)習(xí)完單鏈表內(nèi)容后，讓學(xué)生考慮如何用單鏈表實(shí)現(xiàn)稀疏多項(xiàng)式的存儲和操作？選用不同的存儲策略對操作有什么影響？用鏈?zhǔn)酱鎯Y(jié)構(gòu)存儲稀疏多項(xiàng)式，克服了順序存儲結(jié)構(gòu)存在的問題，既節(jié)省存儲空間、又方便操作實(shí)現(xiàn)。此外，在案例中融入思政元素，由頭結(jié)點(diǎn)的使用，可以引出在一個(gè)集體中起模范帶頭作用的先進(jìn)分子，讓學(xué)生積極發(fā)揮表率和榜樣作用，以陽光的心態(tài)對待學(xué)習(xí)和生活。

2、問題引入法

課前在學(xué)習(xí)通平臺發(fā)布思考問題，引導(dǎo)學(xué)生查閱資料、展開討論、相互交流，讓學(xué)生有足夠的時(shí)間來尋求解決問題的對策。在此過程中，不僅能培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力，還能提高他們自主學(xué)習(xí)的能力，后面再引入新知識點(diǎn)時(shí)，學(xué)生也能更好地理解。

3、知識遷移法

例如在講解單鏈表的遍歷時(shí)，首先以將順序表內(nèi)容輸出到屏幕為例，回顧順序表遍歷的代碼結(jié)構(gòu)，隨后，向?qū)W生提出問題，如何以類似結(jié)構(gòu)寫出將單鏈表內(nèi)容輸出到屏幕的代碼。這里就可以引出輔助指針p，讓其指向當(dāng)前要處理的結(jié)點(diǎn)，使其起著與順序表實(shí)現(xiàn)中數(shù)組的下標(biāo)i變量類似的作用。從而參照順序表的實(shí)現(xiàn)來完成單鏈表算法的實(shí)現(xiàn)。

4、分解教學(xué)法

例如在單鏈表算法教學(xué)中，先學(xué)習(xí)單鏈表的遍歷和求單鏈表的長度的算法，通過動(dòng)作分解，讓學(xué)生掌握單鏈表的一些基本操作，逐個(gè)攻克學(xué)習(xí)難點(diǎn)，降低學(xué)生學(xué)習(xí)難度，為學(xué)習(xí)更多的鏈表算法打下基礎(chǔ)。在講解單鏈表算法時(shí)，由于經(jīng)常要依次處理每個(gè)結(jié)點(diǎn)，這時(shí)就需要用輔助指針p跟蹤當(dāng)前要處理的結(jié)點(diǎn)。通過運(yùn)行代碼，逐步跟蹤將單鏈表內(nèi)容輸出到屏幕的代碼，使學(xué)生體會每條語句的作用，也讓學(xué)生更加重視實(shí)踐。

5、討論教學(xué)法

對于過于復(fù)雜的內(nèi)容，可以以小組為單位，讓學(xué)生在一定時(shí)間內(nèi)圍繞核心問題展開討論，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的合作精神。所謂“三個(gè)臭皮匠頂個(gè)諸葛亮”，學(xué)生經(jīng)過小組討論后，更容易理解相關(guān)知識點(diǎn)。

（二）教學(xué)效果

自開展課程思政融入案例教學(xué)改革以來，思政元素由略顯乏味的理論變?yōu)樯鷦?dòng)真實(shí)的案例，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和參與性，同時(shí)也提高了學(xué)生的人文素質(zhì)——樹立正確的三觀，增強(qiáng)學(xué)好專業(yè)的使命感，激發(fā)科技報(bào)國的家國情懷。從而使“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教學(xué)理念得以很好地實(shí)施，教學(xué)效果顯著。學(xué)生在2022-2023學(xué)年各評價(jià)指標(biāo)有了明顯提升：課堂出勤率達(dá)到99.5%、實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成度達(dá)到100%、學(xué)生互動(dòng)參與率超過70%，學(xué)生成績及格率達(dá)到98%以上，學(xué)生對本課程的滿意度達(dá)到滿分。課程團(tuán)隊(duì)教師指導(dǎo)學(xué)生參加藍(lán)橋杯與ICPC國際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競賽獲得70多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)。

結(jié) 語

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一門理論性較強(qiáng)的課程，也是計(jì)算機(jī)專業(yè)后續(xù)課程的基礎(chǔ)，因此在教學(xué)過程中，教師要結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況，重視數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與已學(xué)程序設(shè)計(jì)語言的銜接，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)課程的內(nèi)涵與價(jià)值，實(shí)現(xiàn)通過案例教學(xué)對所學(xué)知識點(diǎn)的轉(zhuǎn)化。聚焦前沿?zé)狳c(diǎn)，強(qiáng)化創(chuàng)新實(shí)踐，利用線上資源豐富學(xué)習(xí)內(nèi)容，提升思維深度，拓展學(xué)習(xí)維度，培養(yǎng)學(xué)生以實(shí)踐為基礎(chǔ)的辯證思維能力和計(jì)算思維能力。

全面推進(jìn)課程思政建設(shè)工作，結(jié)合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程案例豐富的特點(diǎn)，把中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化、社會主義核心價(jià)值觀、人文素養(yǎng)、家國情懷、工匠精神等思政元素有機(jī)滲透到案例中，使學(xué)生在掌握專業(yè)知識的同時(shí)，潛移默化地接受深刻的思想政治教育，并通過案例的實(shí)現(xiàn)，能更通透地理解和接受思想教育，從而讓案例與思政教育有機(jī)結(jié)合、無縫銜接。

參考文獻(xiàn)

[1]柳巧玲：《“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程思政教學(xué)探索與實(shí)踐》，載《中國信息技術(shù)教育》，2023（14）：106-108頁。

[2]康凱、王芬：《〈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)〉課程思政實(shí)施路徑研究》，載《寧夏師范學(xué)院學(xué)報(bào)》，2023，44（05）：27-31頁。

[3]李曉霞、李一清：《〈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法〉課程思政教學(xué)的探索與實(shí)踐》，載《河西學(xué)院學(xué)報(bào)》，2023，39（02）：119-123頁。

[4]陶南、唐懿芳、林萍：《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐》，載《計(jì)算機(jī)教育》，2023（05）：60-64頁。

[5]王亞麗、高淑敏、袁培燕：《課程思政引領(lǐng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)》，載《計(jì)算機(jī)教育》，2021（08）：57-60頁。

[6]崔青：《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程思政三維結(jié)構(gòu)內(nèi)容體系構(gòu)建》，載《計(jì)算機(jī)教育》，2023（06）：12-17頁。

作者簡介

左翠華 武漢輕工大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院講師，研究方向?yàn)槁?lián)邦學(xué)習(xí)

李雅琴 武漢輕工大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院教授，研究方向?yàn)樯疃葘W(xué)習(xí)