培養創新型人才的數據結構課程建設與實踐

劉曉靜， 李東， 韓亮， 杜正君

(青海大學 計算機技術與應用系， 西寧 810016)

0 引言

2018年9月，全國教育大會召開，開啟了教育現代化建設的新征程，是我國教育發展史上新的里程碑，對新時代教育“培養什么人”提出了新的要求，以教育信息化，構建教育教學新模式[1-3]。如何提高人才培養質量，如何發展創新意識、提高創新能力，已成為高等教育改革的重要方向[4]。近年來各種MOOC平臺的風起云涌，我國高校MOOC上線課程數量飛速增長。如何轉變教學方式，將在線開放課程學以致用、用以促學，也是西部地區高校課程建設工作的重中之重[5,6]。

多年來，青海大學在數據結構課程建設與改革實踐中，堅持以本為本，抓住“互聯網+”機遇，積極參與教學改革，將課程規劃與課程改革有機結合并協調并進，不斷創新課堂教學模式與方法，在教學目標、教學內容、教學資源、教學活動和教學評價方面進行精心設計，為學生提供優質的教育服務[7]。

1 加大數據結構課程建設，建立科學的課程體系

青海大學計算機系成立于2007年5月，從2007年開始招收計算機專業學生，在最初討論開設數據結構課程時，選用清華大學出版社出版的普通高等教育“十一五”國家級規劃教材《數據結構》，聘請清華專家進行第一輪的講授。經過10年的課程建設與改革,數據結構課程先后經歷了青海大學三類、二類、一類課程的建設成為青海大學精品課程。

1.1 依托清華大學對口支援，聘請清華專家進行授課

2009年春季學期，青海大學計算機系依托清華大學對口支援的優勢，聘請清華專家進行第一輪數據結構課程的教學與課程建設指導工作。青海大學三位教師分A、B角擔任助教，從大綱制定、課程講解、作業批改到課程考核，全程跟蹤參與，并根據第一輪教學情況及學生反饋情況對教學大綱以及教學內容等進行修訂。

青海大學跨入“211”建設大學的行列后，借著青海大學實施“211”工程項目的契機，2010年12月，數據結構課程被列為校級三類建設課程。課程組發揮團隊優勢，積極開展重點課程教學建設工作,2012年12月，“數據結構”課程被列為校級二類建設課程。2013年3月，“數據結構”課程被評為“青海大學精品課程”。2014年12月，“數據結構”課程被列為校級一類建設。

(1)對課程進行準確定位，加快課程建設進程

青海大學計算機系在制定培養目標時，就將本專業定位于信息化應用型人次培養，而數據結構課程在制定課程建設目標時，就將本課程定位于創新應用型人才培養，以提高教學質量為中心,學習國內外高水平大學數據結構課程的先進教學理念,借鑒運用國內一流高校數據結構課程建設的成果,不斷改進教學內容,優化教師隊伍,改善教學手段，采用靈活多樣的教學方法以提高同學們的學習興趣；開展編程實踐,使他們能夠創造性地應用各種數據結構和算法,以提高學生的學習能力,探索研究能力，解決實際問題能力及培養創新能力。

(2)豐富課程資源建設，提高創新型人才培養質量

在教學內容上以“夯實基礎、強化能力、跟蹤前沿、重在應用”為指導思想，緊密跟蹤國內外計算機發展的動態和需求。在授課過程中，注重對學生實踐技能的培養，通過大量實驗程序的編寫調試運行過程來提升學生對數據結構的理解和動手解決實際問題的能力。同時，適時將國內外課程的先進內容和經驗吸收到教學中來，以提高學生對目前國內外相關領域知識的了解程度。在實踐教學中，本著“優化實驗內容、改革實驗教學方式和考核機制、建立完善的實驗教學體系”的原則，按照“例題→習題→典型題解→課程設計”的方式進行。在實踐過程中，個人編程和合作項目相結合，注重小組協作，集體評價，使學生增加互相交流學習的機會，培養團隊協作精神，提高綜合素質和創造才能。

1.2 積極開展教研活動，提升教學效果

在課程建設過程中，課程負責人定期組織課題組成員進行教學研究活動，結合自身教學工作和學科特點，重點分析研究教學過程中的問題，活動主題包括，教學大綱、教學模式、教學手段、項目建設準備的內容以及教學中存在的實際問題、如何上好實驗課、如何調動學生的學習情緒等，教研活動做到群討論，及時發現、及時討論，并且開展本課程的觀摩課活動。此外，利用班級、課程QQ群以及微信群加強與同學們的交流，定期召開師生座談會，即時了解學生的學習情況，收集學生對課程的反饋，不斷更新教學方法及進程。在課余時間,多次召開學生座談會，收集了學生對課程的反饋，并能根據教學需要開展第二課堂活動，比如在學生課余時間開展程序設計經驗交流會、學習經驗交流會、聘請高年級同學為教學助教以及舉辦青海大學算法設計微視頻大賽等，增強了學生的綜合素質，提升了教學效果。

課程組在課程建設中時時注意“點、線、面”的結合，“點”即課程建設的創新點，“線”即課程團隊擰成一股繩，“面”即建設課程群，課程組成員也走出去參加教研會議如“MOOC與西部教育專題研討會”、“中國高校計算機大會”等，并積極做大會報告分享課程建設經驗。此外，課程組成員積極申報校級及省部級教研項目，從而進一步加快課程建設進程。

1.3 積極推進教學改革，促進學生創新實踐能力

2013年春季，對本課程進行教學改革，由劍橋大學岳書亞博士采用全英文課件、全英文講授，不僅培養了學生的創新能力、學習興趣和科學態度，而且有助于培養學生的英語閱讀、英語翻譯等應用能力，為后期專業英語的學習和專業新技術的掌握打下基礎。

2014年開始對本課程進行教學和考試綜合改革，通過在理論教學中以數據結構為核心和主線，融合程序設計的相關知識、引入研討型教學模式，構建與實施“問題—探究”教學模式、采用興趣驅動和項目驅動相結合的教學模式等，從而創設和諧、生動、愉快的課堂教學環境，突出以學生發展為中心，學為重、教為輔，學生主體參與的教學策略；通過在實踐教學中分層實踐教學模式、綜合性實驗中引入大學生程序設計競賽題、課程設計采用模擬項目驅動的方式進行等方式，激發學生主動探索知識的欲望，引導學生由被動學習變為主動學習，以取得最佳教育品質及效能；通過優化考核評價體系，從而細化教學過程管理，改變原有的單一注重結果的教育評價方式和課程考核方式，注重學習過程結點質量控制，切實提高教學質量。

2 開展混合式教學改革，提高學生的綜合能力

2014年3月，數據結構課程MOOC試點工作第一次工作會議在清華召開，討論MOOC如何落地問題。2014年春季學期，課程組成員與學生共享了清華鄧俊輝老師MOOC學堂243個微視頻，并選擇部分章節開展翻轉課堂教學的嘗試。2014年12月至2015年7月，在教育部在線教育中心老師們的幫助下，課程組在青海大學SPOC平臺開設數據結構課程，利用清華OJ平臺部署自己的實驗，并自2015年春季學期以來開展以翻轉課堂為主的混合式教學模式的嘗試。

2.1 探索混合式教學方法

在混合式教學中，教學實施活動設計與組織的技巧和方法，對于混合式教學的教學效果起到決定性作用。課程組根據學生所學過的前序課程的成績，綜合考慮學生的編程能力等方面將進行分組。在具體實施過程中，通過三種形式進行翻轉課堂教學。第一種，學生課下學習知識，課堂解決實際問題。第二種，學生課下學習知識，課堂上利用問題講解知識點。第三種，學生課下學習知識，課堂上利用角色扮演熟悉知識。教師更多地是在引導學生進行學習，而不是發布指令，目的是讓學生成為最好的學習者，并真正理解課程的內容。翻轉課堂教學方法，突出以學生發展為中心，讓學生真正“動”起來，從而創設了和諧、生動、愉快的課堂教學環境，提升了學生的主觀能動性[8]。

此外，在教學中將趣味教學法引入課堂，讓學生用角色扮演的方式參與到老師的課堂，使學生在一種輕松、愉悅的環境中學習；在教學中采用案例教學法，通過對案例內容的分析、討論和實踐，使理論與實際更好地結合起來，讓學生更好地掌握理論及其實際應用；嘗試將CDIO理念引入課程設計中，采用學生提交實驗報告進行答辯的方式考核，從開始的查閱資料、設計方案、詳細設計、編碼到最后的總結答辯，每一個環節都可以鍛煉學生的溝通能力、解決問題能力以及團隊協作精神，從而提高了學生的綜合能力，增強了學生的創新意識。

通過翻轉課堂、趣味教學、案例教學、項目驅動、合作學習等混合式教學方式激發學生主動探索知識的欲望，引導學生從“要我學”向“我要學”轉變，培養學生的自學能力，讓學生參與教學的全部環節之中，可以提出針對性的建議，實現真正的“我的學習我做主”。

2.2 加大過程考核力度

實現學生知識與能力融合發展的培養目標，從學生學習考核評價方式上入手，以人性化、引導式為主更有效的、激勵式的考核評價方式，根據每個學生的情況設置明確的階段學習目標和激勵措施，為學生和教師提供實時的學習情況反饋機制，使每個學生對自己的學習情況都能即時了解，提高學生學習的主動性，也使教師能夠通過即時了解的學生學習情況為學生提供及時有針對性的輔導，從兩邊著手，改善教學質量，促進學生知識與能力融合發展。

在數據結構階段性考核中,通過機考模式的引入實現了無紙化考試。根據階段目標要求，培養效果設定，知識點達成度等，設定若干次考查，形成“隨教隨查”的評價形式。

2.3 優化考核評價體系

考試改革改變了過去的期末單一的考核形式，改為新型的考試模式，加強了過程性考核，較之以往教學，主要體現在以下方面：

(1)改革考試內容，注重學生的能力考核。考試的內容除了注重基本知識，基本理論，基本技能外，還增加了一些反映專業特色的具有探索性，實踐性的內容，重視考核學生分析問題和解決問題能力。

(2)加強對學生學習過程的監督考核，期末考核與平時考核并重。期末課程總評成績為平時考勤占5%、SPOC作業占10%、實驗成績占35%(OJ平臺實驗占10%+階段性考試20%+課程設計占5%)、(翻轉)課堂表現占10%以及期末考試成績占40%。

(3)在作業批改中利用作業在線批改及相似度檢測系統。作業在線批改及相似度檢測系統能夠對作業內容解析并進行兩兩比對，給出量化結果并進行聚類分析，并以直觀形式給出作業雷同程度的分布情況以供教師參考，這對提高教學質量具有重要意義。

(4)在課程設計的答辯環節，讓學生參與評分。在課程設計答辯過程中，即是答辯人，又是評審人的同學們，秉著認真負責的原則，給出了自己認為最合理的分數，除答辯外，自己也從評審人的角度收獲頗多。

由于加大了平時和實驗的考核力度，學生自始至終都特別重視這門課的學習，而不是到期末突擊應付，收到了較好的教學效果，提高了數據結構課程的教學質量。

3 以賽促建，培養學生的創新實踐能力

2013年以來，課程組成員負責承辦“藍橋杯全國軟件和信息技術專業人才大賽”省級比賽(軟件類)，幾年來青海大學計算機系共報名參賽學生100余人，其中獲得國家三等獎2名，國家優秀獎2名，省級一等獎13名，省級二等獎15名，省級三等獎22名。

2015年以來，課程組成員組建ASC世界大學生超級計算機競賽團隊，歷屆學生共23人，在ASC2016比賽中榮獲優勝獎(成績總排名42/175名)，在ASC2017比賽中榮獲全球區二等獎(成績總排名26/230名)，在ASC18比賽中青海大學共派出2支隊伍參賽，最終一支參賽隊伍闖入全球區總決賽并獲得全球一等獎，另一支參賽隊伍獲得了全球二等獎的好成績，這是青海大學第一次入圍ASC總決賽，也是西部高校中唯一一所入圍總決賽的高校隊伍。

2017年以來，課程組成員組建算法訓練營，開展算法訓練營至今，其間先后八次邀請清華大學信息類競賽冠軍隊成員為學生開展專項算法培訓指導，提升了學生的編程能力與競賽能力，學生們先后獲CCF大學生計算機系統與程序設計競賽CCSP銅獎、團體程序設計天梯賽青海省特等獎、團體程序設計天梯賽全國團隊三等獎以及第十屆四川省大學生程序設計競賽銀獎。此外，自2016年9月以來，青海大學計算機系已經連續組織了6次CCF CSP程能力認證考試，考試成績穩步上升，并在第11次CCF CSP能力認證考試中名列全國第28名。

4 建設及改革成果

數據結構課程建設與改革，經過10年的探索和實踐，人才培養質量顯著提高，學生創新能力大幅度提升，獎項榮譽碩果累累。2016年“基于慕課的學校間課程共享與混合式教學模式研究”獲教育部在線中心優秀項目獎，“數據結構課堂教學和考試綜合改革”在2016年全國高等院校計算機基礎教育研究會結題驗收中被評為優秀項目，2013年數據結構獲“青海大學精品課程”稱號。課程建設及改革期間，課程組共獲批教研項目14項，其中省部級項目3項；發表教研論文11篇，獲得教學獎勵13項；申報軟件著作權1項；課程組有1位教師獲得寶鋼優秀教師獎，2位教師入選青海省第二輪“135高層次人才培養工程”創新教學科研骨干，1位教師入選“青海省第九批省級骨干教師”培養對象，1位教師入選“青海大學名師”培育計劃。

5 總結

經過10年課程建設與改革，人才培養質量顯著提高，學生創新能力大幅度提升，取得了良好的教學成效。以本為本，在數據結構課程的建設中，課程組依托對口支援所引入的優質資源，建立科學的課程體系，結合項目及各類競賽來激發學生的能力和潛質，實現創新型人才培養目標。此外，利用MOOC上名校的優質教學資源，在青海大學SPOC平臺建立自己的SPOC專區，并不斷進行課內課外相結合、線上線下互補的混合式教學改革，引導學生從“要我學”向“我要學”轉變，讓學生參與教學的全部環節之中，實現真正的“我的學習我做主”，也激發了學生的創新能力。