數據結構與算法三維能力一體化教學改革探索

摘要：近年來，國家大力地推行高校教學教育改革，以大賽為契機，緊密圍繞“以學生為中心”的教育教學理念，鼓勵高校教師不斷進行教學改革創新，提高課堂教學質量。文章針對數據結構與算法課堂教學中存在課程知識體系不完善、特色育人不足及實踐創新能力培養缺乏問題，教學團隊提出了三維能力一體化培養的教學改革創新，以學生為中心，實踐項目為導向，持續改進的教學理念，從專業能力、特色育人、實踐創新三個維度出發，分析了課程教學中的痛點問題，提出了相應的教學創新舉措，并構建了新的教學模式和方法。

關鍵詞：數據結構與算法；應用型人才培養；課程思政；混合式教學

中圖分類號：G642" " " 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）07-0147-03

開放科學（資源服務） 標識碼（OSID）

0 引言

高校教學改革創新是高等教育發展的重要驅動力，是提高教育質量，培養具有創新能力和實踐能力的高素質人才重要手段[1]。近年來，中國高等教育在改革創新方面取得了顯著進展。教育部門鼓勵高校實施素質教育，強化學生的全面發展，而不僅僅是知識的傳授。高校更加注重培養學生的創新精神和實踐能力，強調學以致用，提倡終身學習[2]；在此背景下，培養高素質應用型技術技能人才，使其適應時代變化，是計算機專業課程教學的改革目標。目前高校數據結構與算法課程大部分采用傳統教學模式，存在教學手段單一、教學理念陳舊等諸多問題，因此，如何優化課程結構、更新教學內容、引入跨學科的課程設置以及加強實踐教學環節[3]，培養高素質應用型人才，使其適應時代變化，是數據結構與算法課程改革目標。

2021年由教育部教育司指導，中國高等教學會主辦的首屆全國高校教師教學創新大賽在復旦大學拉開了帷幕。大賽旨在落實“以本為本”，鼓勵教師采用啟發式、討論式、案例分析等多樣化教學方法，激發學生的學習興趣和主動性[4]，引導高校教師潛心教書育人，形成卓越教學的價值追求和自覺行動，打造高校教學改革的風向標，全力推進高等教育“質量革命”[5]。在此契機之下，數據結構與算法課程團隊經過多年的教學改革和實踐，從專業能力、實踐創新、特色育人三個維度出發，構建數據結構與算法課程的教學新模式和方法，并取得良好成效。

1 課程基本情況

學校2002年開設計算機專業以來，數據結構與算法課程作為計算機專業核心基礎課程出現在學生的課堂上；2015年學校升格為本科院校，開設計算機科學與技術專業，數據結構與算法課程由高職教學轉變為本科教學；2016年“校企合作”為數據結構與算法課程教學提出了新要求，課程首次采用混合教學模式。2017年學校啟動了“校企深度合作”，為數據結構與算法課程實踐教學指明了方向，教學團隊重構課程知識體系，優化課程教學內容；2019年作為學校升本以后第一批優質課程進行相應建設；2021年獲批校級一流課程建設，教學團隊依托超星平臺，建立了混合教學模式，并應用到實際教學中；2022年獲批校級課程思政示范性項目。

數據結構與算法課程從計算機的角度闡明了數據組織的基本規律。其從數據的邏輯結構出發，抽象出數據的邏輯結構特征及基本規律，知識目標是讓學生掌握數據的邏輯結構、存儲結構及其算法的具體實現；掌握算法效率的分析，為實踐應用做好相應準備；能力目標著重培養學生算法分析能力、實踐編程能力，增強學生編程思維和編程能力，讓學生能自己動手寫程序；素質目標是通過對本課程的學習，培養學生對專業的學習興趣，激發學生的愛國熱情和民族自豪感，同時也讓學生樹立堅定的信念，向科學家學習，勇于創新和實踐，樹立不怕艱險敢于探索的奮斗精神，樹立踏實的人生價值觀。課程通過知識目標到能力目標轉化，再到素質目標的培養，逐層遞進，達到育人目的，實現人才的培養。

2 課程教學痛點

通過多年的教學研究和實踐，教學團隊通過2019-2022年對上課學生調查發現，這個時期的學生能獨立閱讀并分析程序，具有一定算法分析基礎；掌握繪制流程圖的方法，并能編寫簡單程序；但缺乏深入鉆研的精神，編程能力有限，害怕和畏懼自己動手寫程序，如圖1所示。

基于以上的學情分析及課程特點，教學團隊總結是3個課程痛點問題。

1） 課程教學資源不完善，忽視了應用型人才培養的目標。教課程教學資源單一，教學內容未能深入企業調研，缺乏對原理課程、實踐課程、網絡資源等方面的提煉、優化，未能突出應用能力培養。大部分教師過于注重理論知識的講解，缺乏對學生工程素質的訓練和解決問題能力的培養，學生的內驅力和學習積極性不高，致使學生的專業能力缺乏。如何整合教學資源，重構課程知識體系，培養學生的專業能力，成為現在急需解決的問題。

2） 缺乏特色育人的培養。課程采用傳統的教學模式，教師教學生學，課程抽象，難度大，學生的學習興趣不高，不利于培養學生解決問題的能力；對學生計算思維的培養、思想政治教育也難以體現。如何改變教學模式，實現特色育人，培養學生的綜合應用能力也亟待解決。

3） 缺乏實踐創新能力的培養。本課程具有很強的抽象性和邏輯性，學生容易在理論向實踐轉化過程中，而無法通過具體語言編程調試出來，從而喪失學習的積極性。如何提高編程思維，化虛為實，培養學生的實踐創新能力也迫在眉睫。

3 課程教學創新舉措

基于以上的教學痛點，團隊提出了三維能力一體化培育的教學改革創新與實踐，以學生為中心，實踐項目為導向，持續改進的教學理念，采用“整合教學資源、完善教學體系、創新教學模式、融合教學育人、突出教學效果”的創新舉措，把數據結構與算法課程與專業能力、特色育人、實踐創新緊密聯合起來，從三個維度全面解決教學過程中的痛點問題，如圖2所示。

1） 采取整合教學資源，多方位保障學生的專業學習能力。

在近幾年的教學過程中，逐步建立并完善課程相關教學資源。具體內容包括：結合課程特點，對晦澀難懂的知識錄制相關教學視頻；以項目為導向，設計典型項目案例，培養學生的實踐應用能力；通過超星學習通教學平臺，建立課程資源庫，整合教學視頻、學習資料、作業、試題等相關資源，從2020年至今，錄制教學相關視頻12個，設置任務點18個，發布作業23次，學生參與話題討論3 000多次，學生可以根據課堂學習情況配套使用相關教學資源，鞏固所學知識，通過題視頻學習、主題討論、作業、測驗等方式，多方位進行學習，保障學生專業學習能力的提升，如圖3所示。

2） 完善課程教學體系，突出培養學生的專業能力。

教學團隊經過深入研究及討論，以課程邏輯體系結構為突破點，在原有課程建設的基礎上，重構課程教學邏輯結構體系，如圖4所示，使課程由理論知識邏輯課程體系轉向實踐知識邏輯課程體系轉變。以項目實踐為導向，多方位融入課程思政元素，重構課程教學體系結構，讓理論知識向應用實踐轉向。教師授課內容更為豐富靈活，教學設計更有特色，學生更為積極主動，專業能力得到了相應的提高。

3） 改變傳統教學方法，創新教學模式培養學生的綜合應用能力。

依托超星平臺，采用混合式教學，建立課程相關資源。教師結合學生線上線下情況，通過問題引入、項目驅動、探究算法等方式，引導學生探索問題、完成任務，將知識與問題、任務與活動結合，強調探索問題和完成任務時將知識的產生和應用的情景融合在一起，提高學生專業應用能力；通過線上及時輔導，線下及時反饋、線上線下討論等方式促進師生之間的交流，同時，近幾年的教學過程當中不斷對線上教學內容進行更新，使教學資源更為完善。利用現代化教學手段，提高學生的學習興趣及課堂參與度。

在教學過程當中，通過學習通、QQ等App發布任務問卷、投票等，增強與學生的互動，提高學生的課堂參與度，增強學生的積極性。通過以上手段，學生的知識水平、價值觀得到不同的提升，綜合應用能力得到了提高。

4） 注重課程思政的融合，潛移默化感染學生，實現特色育人。

注重課程思政的融合，在不同的教學環節，引入“明星翟天臨碩士畢業論文抄襲”“花木蘭替父從軍”及“青藏鐵路建設”等思政案例，通過思政元素與項目實踐的有機融合，引導學生自覺樹立遠大職業理想，增強民族自豪感、歸屬感、責任感和使命感；鼓勵學生積極實踐，勇于創新。同時，教學團隊完成校級課程思政建設團隊申報1項、課程思政示范性建設項目1項、課程思政教學視頻錄制2項、課程思政教學設計4項。

5） 注重編程思維的訓練，化虛為實，培養學生的實踐創新能力。

首先，在課堂上融合多種教學方法，注重編程思維的訓練，課堂教學中融入啟發式、案例式、項目式及任務驅動式教學法，引導學生以計算機思維分析問題。

其次，理論結合實踐，提高編程思維和編程能力。在教學設計過程中，以理論教學為基礎，融合實踐內容，如在講授隊列結構應用時引入銀行排隊叫號問題，引導學生如何用所學知識解決銀行排隊叫號系統。既培養了學生分析問題、解決問題的能力，又能鍛煉學生對所學知識的應用，達到能力的培養。

再次，以實踐應用為導向，考核學生的編程能力。課后布置任務，要求同學分組完成算法實現；課程實驗設計，針對不同的章節，設計源于生活的編程題，如：線性表應用中，學生通訊錄管理系統、學生成績管理系統的實現等，通過實踐項目的鍛煉，達到對學生編程思維和編程能力的訓練。

最后，“以賽促學、以賽促教”，培養學生實踐應用能力。教學過程中結合程序設計大賽、人工智能大賽等賽題作為課后延伸學習，每周為感興趣的同學布置一道賽題任務，師生一起討論、分析，確定算法，編寫程序實現功能，為后續學生參加比賽打下良好的基礎。學生通過大賽鍛煉了編程思維和編程能力，對知識的理解和應用更為靈活。通過以上方法，學生的實踐創新能力得到了提升。

4 課程改革創新成效

通過教學團隊不斷探索與創新，數據結構為算法課程教學注入了新的血液。在遵循以“以學生為中心”的教學理念上，設計豐富教學環節，教學過程飽滿，師生互動頻繁，學生參與度極高，實現了培養學生主動性的目標；多樣化的教學方法，引導學生分析問題、解決問題，培養學生的編程思維和編程能力，要求學生能夠把理論向實踐轉換，把所學的知識轉換成具體程序，達到應用型人才培養的目標。

1） 學生學習效果顯著提升，學生實踐創新能力不斷提高；經過教學創新改革，學生學習能力大大增強，編程思維及編程能力明顯提高，平時學習情況、實驗項目、課程設計及期末成績優良率有所提高；學生在各級別的賽事，成績喜人。近五年來，學生參加藍橋杯、廣西大學生人工智能設計大賽、廣西大學生程序設計大賽獲一等獎23項、二等獎38項、三等獎62項。學生還參加計算機相關學科的其他級別的賽事，成績喜人，如圖5所示。

2） 教師教學科研水平明顯提高。近五年來，團隊教師共主持或參與科研教研項目5余項，校級教學質量工程項目4項，出版教材1部，撰寫科研教研論文10余篇，發表論文10篇；教師參加廣西壯族自治區高校青年教師教學能力競賽獲工科組二等獎1項、校級青年教師教學能力競賽二等獎1項、校級課程思政教學設計比賽三等獎2項；指導學生參加積極各類教學競賽獲優秀指導教師5人次，如圖6所示。

隨著教育信息化的不斷深入，如何培養量高素質應用型技術技能人才，是計算機專業課程教學的改革目標。高校教師應積極思考如何讓學生從被動轉為主動，從厭學轉為樂學，促進學生專業能力、實踐創新能力的培養。數據結構與算法在今后的課程教學，團隊教師需要更進一步探索，在“以學生為中心”教學理念，如何讓理論知識體系向應用實踐轉向，如何使授課內容變得更為豐富，教學設計更有特色，增強師生互動，提高學生參與度，驅動學生編程思維及能力訓練，實現培養學生專業能力的目標。

參考文獻：

[1] 中國政府網.教育部關于中央部門所屬高校深化教育教學改革的指導意見.教高〔2016〕2號[EB/OL].（2016-06-13）[2023-11-20].https：//www.gov.cn/gongbao/content/2016/content_5145571.htm.

[2] 中國政府網.教育部關于一流本科課程建設的實施意見.教高〔2019〕8號[EB/OL].（2019-10-24）[2023-11-20].https：//www.gov.cn/gongbao/content/2020/content_5480494.htm.

[3] 光明網.深化學校教育改革創新[N/OL].（2020-10-21）[2023-11-20].https：//theory.gmw.cn/2020-10/21/content_34290646.htm.

[4] 人民網.高等教育改革應更具創新性[N/OL].（2019-11-15）[2023-11-20].http：//edu.people.com.cn/n1/2019/1115/c1053-31456804.html.

[5] 王恩界.首屆全國高校教師教學創新大賽廣西教師獲獎八項[J].高教論壇，2021（8）：2.

【通聯編輯：李雅琪】