基于應用型人才培養的數據結構課程建設

李娟

摘 要：為提高數據結構課程教學效果，滿足“新工科”應用型人才培養需求，依據民辦高校辦學定位和數據結構課程教學背景進行課程建設，構建先進的內容體系，提出以學生能力培養為目標的實踐教學規劃。以此為基礎，對數據結構課程教學進行改革與創新，創建基于“一平三端”教學系統的智慧化教學模式。在教學實施過程中以學生為中心，結合多樣化的教學方法與過程化評價機制，優化教學過程，提高教學效率。教學實踐及調查結果表明：相比傳統教學班次，改革教學班次學生的期末考核平均分提高了13%，表明智慧化教學模式更有利于對學生知識、能力、技能的培養;教學滿意度提高了21%，獲得了學生、督導及同行的一致好評。

關鍵詞：數據結構;應用型人才培養;“一平三端”教學系統;智慧化教學

DOI：10. 11907/rjdk. 192014 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

中圖分類號：G434文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2020）002-0168-04

英標：Data Structure Course Construction Oriented to the Applied Talents Training

英作：LI Juan

英單：（Department of Information Engineering， Wuchang Institute of Technology， Wuhan 430060， China）

Abstract：To meet the high requirements of New Engineering applied talents training， the teaching effect of Data Structure course should be improved. According to the orientation of private colleges and universities and the teaching background of Data Structure， the course is constructed by constructing the advanced content system and putting forward the practical teaching plan aiming at the cultivation of students abilities. On this basis， the reform and innovation of Data Structure course has been done. A smart teaching mode based on the 'one-platform-three-terminal' teaching system has been established. During the implementation of teaching， student-centered teaching combining diversified teaching methods with process evaluation mechanism optimizes teaching process and improves teaching efficiency. Teaching practice and investigation show that compared with traditional teaching classes， the average score of final examination of students in reformed teaching classes has increased by 13%. Intelligent teaching mode is more conducive to the cultivation of students knowledge， ability and skills. Teaching satisfaction has increased by 21%. It has won unanimous praise from students， supervisors and peers.

Key Words： data structure; applied talents training; “one-platform-three- terminal” teaching system; smart teaching mode

0 引言

新一輪科技和產業革命對高等工程教育提出了新的要求與挑戰，“新工科”的提出為高等院校工程教育理論與實踐提供了全新的思路和方向。“新工科”在工科中加入了新理念、新結構、新模式、新質量和新體系因素，使其更加符合科學發展規律并適應新經濟發展需要，是在高等工程教育總體框架下的實踐與創新[1-4]。

“新工科”促進了各學科之間的相互交叉、融合與滲透，計算思維成為所有大學生應具備的素質和能力。數據結構課程是計算機及其相近專業的專業基礎課，也是理工科其它專業的一門重要選修課。課程內容涉及基本的理論分析方法、數據組織方法及相應數據處理技術等。課程教學與改革歷來受到各高校重視，相關學者和教師從教育理論、教學理念、教育技術及教學實踐等各個方面展開工作，并取得了卓越成果[5-10]。

相關學者和教師的研究成果與教學實踐，為我校數據結構課程建設與教學提供了基礎理論、基本思路及方法借鑒。總體來說，在新工科背景下，數據結構課程建設應在先進教育理念指導下，充分利用現代教育技術，以學生為本，立足教學現狀而開展，課程教學目標需覆蓋知識理解、應用與創新能力培養及計算思維素質的形成。

1 課程教學背景

作為民辦本科普通高校，我校應積極響應國家號召，加快向應用技術類本科高校轉型的步伐，著力培養適應經濟結構調整、產業轉型升級與新產業、新業態、新商業模式需要的高級應用型專門人才，即“新工科”人才。“新工科”人才培養對課程建設提出了更高要求，數據結構課程建設將以此為目標開展具體工作。

數據結構課程是我校計算機科學與技術專業、軟件工程專業和物聯網專業的專業基礎課。課程內容涉及基本理論分析方法、數據組織方法及相應數據處理技術，計劃安排64學時，理論課與實驗課比例為3∶1。課程既要對軟件技術進行總結提高，又要為后續專業課程打下基礎，對于培養學生計算思維，以及算法與程序設計等基本能力是非常重要的。

在“新工科”背景下，結合我校定位與應用型人才培訓需求，課程以培養具備一定理論基礎與較強實踐能力的實用型、技能型高素質勞動者為目標，要求學生準確理解與掌握數據結構基本概念及基本理論，熟悉其在計算機科學中的基本應用，掌握計算機學科的科學思維方法和工程設計方法，具有良好的科學素養與工程意識，從而為后續課程學習及應用系統研制開發打下扎實的理論與實踐基礎。

2 課程建設內容

2.1 內容體系構建

以新工科應用型人才培養為目標，以我校相關專業人才培養方案為指導，根據課程教學需求，構建課程內容體系如圖1所示。

內容體系的先進性體現在以下幾方面：

（1）與課程定位高度一致。數據結構課程所要研究的問題是：對現實世界中產生的大量數據如何進行邏輯分類與組織，以及如何利用計算機系統進行存儲、檢索與處理以獲得有效信息。本課程的內容組織與之高度契合。

（2）由淺入深，由簡單到復雜，層層遞進。組織教學內容使其符合認知規律，易于教學開展。線性結構、樹型結構、圖型結構3種數據邏輯結構的遞進體現為其反映的關系與基本操作實現都越來越復雜。

（3）體現抽象與具體的統一，理論與實踐的統一。在教學內容組織中，對于每種類型數據結構，抽象的邏輯結構通過具體的物理結構加以實現，抽象的數據類型通過實際應用進行具體化，數據操作原理通過算法設計實踐得以體現。

（4）教學內容與教學流程及方法的統一性。教學內容組織體現了“提出問題—分析問題—解決問題—優化問題”的教學流程，以及“思想—設計—實現—驗證”的教學思路，符合教學規律。

2.2 實踐教學規劃

為了配合數據結構課程理論教學，通過實驗環節，讓學生了解與熟悉基本概念和算法。本課程實驗課與理論課結合緊密，先通過理論教學使學生掌握基本概念與算法基本思路，然后在實驗中使用相關開發工具進行算法實現。該方式不僅可以加深學生對概念和算法的理解，還增強了其實際動手能力，為未來從事軟件開發工作打下基礎。課程實驗項目及相關要求如表1所示。

實踐性教學基本思路主要體現在以下幾個方面：

（1）緊扣教學內容，項目設置及進度與理論教學一致。

（2）分為驗證、設計與綜合3個層次，不僅體現在不同實驗項目中，而且體現在同一個實驗中。對于同一實驗項目，驗證層次要求讀懂代碼、理解算法，而且能夠自行設計運行案例，順利運行程序，并理解相關知識點;設計層次要求能自行設計程序實現的基本操作，并進行代碼調試與運行，理解并掌握相關知識點;綜合層次要求在完成基本操作實驗的基礎上，自行進行功能擴充與算法優化，深入理解并熟練掌握相關知識點。

（3）實踐性教學實施方式為：以學生實踐為主、教師教授為輔，為學生提供豐富的網絡資源與充足的自主學習時間，且教師提供答疑指導。實驗教學資源包括：實驗教案、實驗指導說明、實驗項目代碼、實驗案例設計、實驗報告書寫規范等，以規范實驗教學過程及學生實踐操作。

3 教學改革與創新

3.1 智慧化教學模式

傳統教學模式以課堂講授、課后作業的形式為主，因數據結構課程知識點多、難度大，傳統教學模式下很難獲得很好的教學效果。尤其在民辦高校中，普遍存在學生學習動力不足、課程理論晦澀難懂、課后學習答疑不便等問題。智慧化教學為解決以上問題提供了一種新思路，其利用現代化教育技術對傳統教學手段進行擴充與拓展，形成多媒體教學、網絡教學、實踐教學相結合的三維教學模式，更有利于對學生知識、能力與技能的培養。隨著信息技術及相關產品的不斷發展與成熟，智慧化教學已成為教育領域的一種新趨勢，各國教育者均在該領域展開相應的教學研究與實踐[11-18]。

超星公司研發的“一平三端”教學系統，為智慧化教學模式實現提供了一種全面解決方案，逐漸成為各大高校課程建設的主流網絡平臺之一[19-22]，我校《數據結構》課程建設也以該平臺為支撐開展相關工作。課前，教師通過泛雅平臺在電腦端搭建課程資源、設計教學活動;課堂上，學生通過手機進行搶答、投票、測試、討論等，充分激發學生的學習熱情;課后，在線課堂、班級聊天室成為課程教學的另一重要陣地，使答疑解惑突破了時間與空間限制。同時，通過泛雅平臺管理端可以實時查看學生在各項教學活動中的參與情況，為教學過程化管理與評價提供依據。

借助泛雅平臺進行專業課資源建設，不僅可以使相關班次的學生受益，還方便其他有學習需求的學生通過平臺獲取課程資源（課程網站地址為：http：//mooc1.chaoxing.com/course/201890154.html）。課程建設遵循以下原則：立足課程、從無到有，迭代完善、精益求精，以人為本、實踐驗證，從而達到利用先進教學技術豐富課程資源與教學元素、拓展課堂形式、優化教學過程的目的。

3.2 多樣化教學方式

靈活運用多種先進的教學方法，能有效調動學生的學習積極性。在教學過程中，理論課程所應用的教學方法及目的如表2所示。

實驗教學主要以自主學習為主，有助于培養學生的學習主動性及實踐能力，提高學生學習興趣。教學前期，教師進行任務布置與資料下發;教學中期，以學生自主實驗為主，教師進行輔助答疑;教學后期，學生提交實驗任務，教師進行檢查與總結。

3.3 教學活動實施方案

智慧化教學模式將數據結構教學過程與超星泛雅平臺進行深度融合，教學活動及實施方案如圖2所示。

在《數據結構》課程中，單鏈表是線性表章節的重點與難點。以該章節為例，教學實施具體環節、內容、方法及目的如表3所示。在導入、預習等環節，應用手機學習通以主題討論方式明確學習任務、激發學生學習興趣;在鞏固環節，通過在線作業等方式加深學生對知識點的理解;在總結環節，通過課堂直播或錄播的方式增強學生的參與感和體驗感，同時可作為課程資源供學生課后復習;在課后，通過在線資源與班級聊天室為學生提供一個可隨時隨地學習的環境，鼓勵學生充分利用網上資源進行自主學習。

3.4 過程化評價機制

將學生課堂出勤、平時作業、實驗成績及期末考試等多個環節作為考核指標，注重課程的過程化管理。課程期末考試采用閉卷考核方式，注重對學生知識運用能力的考核。

采用百分制進行成績評定。總評成績由平時成績、實驗成績與期末考試成績構成。平時成績占總評成績的比例為30%，實驗成績占總評成績比例為10%，期末考試成績占總評成績比例為60%。其中，平時成績由考勤、作業、課堂表現構成，考勤占平時成績的30%，作業占平時成績的40%，課堂表現占平時成績的30%。

在智慧化教學模式下，超星泛雅平臺可提供如點名情況、作業和測試分數、學生參與教學活動的相關數據等，這些都是學生成績評定的重要依據。

3.5 教學效果分析

數據結構課程建設與教學改革效果需要通過教學實踐加以驗證。2018-2019學年第二學期，選擇軟件工程1701、1703兩個班級作為試點對象進行教學實踐。期末采用筆試的方式進行考核，內容覆蓋全部教學內容（含8個章節），試題題型、題量及難度分布與近3年保持一致。該班次學生期末考試成績位于同類班次前列，平均分為82分，比其它平行班次高9.5分，比前一學年期末考核分數高8.9分。教師評教成績為優秀，學生評價為：課程內容新穎，課堂生動，活躍度高，自主學習能力與創新能力得到提高。

在學期末對課程授課的全部班次進行問卷調查，調查結果如表4所示，其中往年教學班數據來源于往年教學及調查數據。

由表4可以看出，試點班的教學滿意度較高，且學生對知識的掌握情況最好。傳統教學班相比往年教學班在知識掌握程度上有所提高，主要原因在于課程網絡資源共享。

4 結語

數據結構課程所教授的基本概念、基本理論和基本方法是計算機及相關專業科學工作者與工程技術人員所必需的。課程建設目標是培養具有計算思維、數據抽象能力和程序設計技能的應用型人才。我校以此為導向進行課程建設，已完成教學文件編寫、教學內容梳理、網絡資源建設等工作;課堂利用超星“一平三端”教學平臺，進行現代化教育技術支撐下的混合式教學改革與實踐，形成獨特的教學風格;課堂教學氣氛活躍，學生參與度高，教學效果好。為了更好地滿足“新工科”應用型人才培養需求，未來將在豐富教學資源、創新教學方法上作進一步探索與實踐。

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（責任編輯：黃 健）