工程教育專業認證背景下的數據結構教學改革

楊彬 王青正

摘? 要： 工程教育專業認證是針對高等教育工程類專業開展的一種合格性評價，對加強工程實踐教育，進一步提高教育質量，培養具有國際等效認證的合格工程技術人員有重要的推動作用。在本校計算機科學與技術專業進行工程教育專業認證的背景下，通過分析傳統的數據結構課程教學中存在的問題，按照以學生為中心、成果導向和持續改進的核心理念，在該課程的目標設置、教學內容安排、教學方法和考核方式等方面提出了改進措施。

關鍵詞： 工程教育專業認證; 數據結構; 以學生為中心; 成果導向; 持續改進

中圖分類號：G642? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2020）04-61-03

Reform on teaching of data structure for engineering education certification

Yang Bin， Wang Zhengqing

（School of Information Engineering，North China University of Water Resources and Electric Power， Zhengzhou， Henan 410046， China）

Abstract： Engineering education certification is a kind of qualification evaluation for engineering specialties in higher education， which plays an important role in strengthening engineering practice education， further improving education quality and training qualified engineering technicians with international equivalent certification. In order to make school's computer science and technology specialty obtain the engineering education certification， by analyzing the problems existing in the teaching of traditional data structure course， according to the core concept of student-centered， outcome-based education and continuous quality improvement， the improvement measures are put forward in the aspects of course goal setting， teaching content arrangement， teaching method and assessment method etc.

Key words： engineering education certification; data structure; student-centered; outcome-based education; continuous quality improvement

0 引言

為進一步加強工程技術領域的國際合作與交流，提高工程教育質量，我國于2016年6月加入了《華盛頓協議》成為該協議的簽約成員，標志著我國開啟了具有國際實質等效的工程教育專業認證的進程。隨著工程教育專業認證的深入進行，特別是新工科建設提出的對現有工科實施改革創新，將創新性、工程化、綜合化一體的新模式應用于人才培養過程中，高等學校的課程教學必須進行改革，提高綜合運用知識的能力和團隊合作的精神，為社會輸送工程實踐能力過硬、創新意識強、具有國際化視野、能解決實際問題的復合型高素質新工科人才。

1 工程教育專業認證的要求

工程教育專業認證是由工程教育專業認證協會對高等學校工科專業進行“第三方”質量評價的一種活動[1]。1989年美國、英國、加拿大等6個國家發起的《華盛頓協議》是關于工程學士學位專業鑒定、國際相互承認的協議，是目前最具權威性、體系較為完整的工程教育專業互認協議，是實現工程教育國際互認的重要基礎。工程教育專業認證要求專業課程體系設置、師資隊伍配備、辦學條件配置等都必須圍繞學生畢業能力達成這一核心任務展開，并強調建立專業持續改進機制以保證專業教育質量[2]。

工程教育專業認證的三個核心理念是：以學生為中心、成果導向和持續改進[3]。以學生為中心，強調所有的課程設置、教學設計要以學生知識、能力、素質達到的培養目標和全體學生畢業要求的達成而設計，學生是工程教育的接受者，只有以學生為中心，才能營造出終身學習、持續發展的良好氛圍，進而培養學生學習的可持續動力和成就感。成果導向，強調師資隊伍、課程設置和教學實施要以保證學生學習目標達成，并按照畢業生核心能力和要求來評價專業教育的有效性，從最終成果來反向設計所有邁向成果的教學活動[4]。持續改進，強調專業必須建立有效的質量監控和持續改進機制，能持續跟蹤改進效果并用于推動專業培養質量不斷提升[5]。

2 傳統數據結構教學存在的問題

數據結構是計算機專業的一門重要的專業基礎課，通過學習可以使學生能夠熟練掌握數據結構的內在邏輯關系及其在計算機中的存儲結構，以及有關基本操作的算法實現，初步掌握算法的時間分析和空間分析的技術，能夠對給定問題選擇合適的數據結構，設計相應的算法操作，培養學生利用計算機解決現實問題的能力，并為后續的數據庫原理、編譯原理、操作系統等專業課程打好基礎。

傳統的數據結構課程教學內容大多數是由任課教師自行裁定，教學方式基本上是滿堂灌，以教師講授為主，學生被動接受，無法激發學生的學習積極性和學習潛能，雖然教師和學生都投入了大量的精力，學習效果卻不太理想。其次在傳統的數據結構實驗環節中大部分題目主要是針對本章的學習內容，屬于驗證性實驗，沒有體現綜合運用所學知識解決復雜工程問題的能力訓練。另外考核方式陳舊，大多以筆試為主。相對于工程教育專業認證存在以下問題和不足。

2.1 教學內容比較抽象，課程難度較大

數據結構課程中大部分內容涉及的算法比較抽象，學生對于數據的存儲結構無法在頭腦中建立清晰的映像，不利于理解算法。另一方面，課程中的算法描述大多基于類C語言，要求學生對離散數學和程序設計知識掌握程度較好，具有一定的抽象思維能力和編程能力。由于先修課程基礎不扎實，程序設計能力薄弱，抽象思維能力訓練不到位，造成了大部分學生僅僅能讀懂教材上的算法，卻無法獨立編寫程序。

2.2 教學內容無法支撐畢業要求

依照工程教育專業認證的成果導向理念，要求結合計算機技術的發展，確定符合社會需求和本校辦學定位的專業培養目標和畢業要求，制定科學合理的培養方案和教學計劃[6]。傳統的數據結構教學大綱中沒有明確課程目標，沒有建立與12項畢業要求相對應的支撐關系，教學內容基本上是由任課教師自行確定，因此，必須修訂數據結構課程教學大綱，確立課程目標，重新調整教學內容，建立明確的教學內容與畢業要求指標點之間的支撐關系，使之符合工程教育專業認證體系的要求。

2.3 實驗內容的設置無法培養學生的工程實踐能力

傳統的數據結構實驗題目基本上是針對每一章的課堂講授內容設計的，學生只需應用該部分的知識即可完成實驗題目，不需要思考是否還有其他的解決方案，更談不上選擇最優的方案來解決問題，與工程教育專業認證的目標有偏差。

2.4 課程考核內容不能科學量化的評價教學效果

工程教育專業認證要求課程必須支撐畢業要求的若干個指標點，課程考核內容要根據課程支撐的畢業要求指標點設置。課程考核結束后，應根據教學大綱中指定的達成度計算方法計算課程的達成度，從而實現對課程教學效果的科學量化評價。傳統的數據結構課程的考核方式為：平時成績10%+實驗成績30%+閉卷考試（60%），但是平時作業、實驗內容和考試試題沒有建立與課程所支撐的畢業要求指標點的對應關系，因此不能對課程達成度進行計算，無法對課程教學效果進行科學評價。

3 面向工程教育專業認證的數據結構課程改革

本校計算機科學與技術專業在進行工程教育專業認證的過程中，以12項畢業要求和畢業目標為導向，以培養高素質的應用型人才為目標，對課程體系進行了調整，完善了課程教學大綱。數據結構課程在教學大綱修訂、實踐環節內容設置、優化考核方式等方面進行了改進。

3.1 調整教學計劃，加大基礎課程學時

適當地增加離散數學和C語言程序設計的學時，使學生學好前導課程，從而打好學習數據結構課程的基礎。離散數學是計算機科學的基礎，通過學習離散數學，可以提高學生的概括抽象能力、邏輯思維能力、歸納構造能力，有益于培養學生嚴謹、完整、規范的科學態度。C語言程序設計課程改變只注重基本語法體系的介紹，加大對指針和結構體部分的講解，有利于數據結構的學習。

3.2 明確課程目標，優化教學內容

根據工程教育專業認證的要求，課程體系中的所有課程都要支撐相應的畢業要求，因此在制定本專業畢業要求的基礎上，對畢業要求進行了合理分解，建立各門課程與畢業要求指標點的支撐矩陣。按照數據結構課程支撐的畢業要求指標點，確定了數據結構的課程目標，如表1所示。然后確定每一章節支撐的相應課程目標和畢業要求指標點，并給出每一章節知識點的掌握程度和相應的教學手段，進一步細化教學內容和教學要求。

3.3 合理安排授課內容，突出重點和難點

數據結構課程的重點是線性表、棧和隊列、二叉樹、圖、查找和排序，難點是棧的應用、圖的應用以及一些經典算法。在教學安排中，對線性表要講解透徹，學生在充分理解線性結構知識的基礎上，有利于學習樹和圖的相關內容。另外要充分發揮學生的自主學習能力，在課堂上采用引導式教學方法，只講解重點和難點內容，把易于理解或非重點內容留給學生課下自學。

3.4 以學生為中心，改進教學方法

將傳統的灌輸式教學方法轉變為啟發式、案例式、研討式教學。在講解各種數據結構時，通過案例引入和分析，使學生充分感受到數據結構在實際應用中的重要性，激發其學習興趣。對于和實際應用相關問題，應組織課堂討論，鼓勵學生提出多種解決方案，給予學生探究式教學和引導，將學生從完全被動地接收知識引導到主動地學習知識，給學生充分發揮的余地，喚醒學生的創新意識，激發學生的創造力，鍛煉學生的工程實踐能力。

3.5 適當安排綜合性的實驗，提高學生解決復雜工程問題的能力

針對每章的學習內容除了設置基礎的實驗題目外，還安排了有一定難度的、綜合性較強的選做題，學生可以根據自己的能力選做。另外在實踐過程中鼓勵學生綜合運用所學的知識，提倡發散性思維，提高編寫高效率算法的能力。比如求二叉樹中度為0、度為1和度為2的結點個數的實驗，一般情況下是通過分別調用三個遞歸函數實現求各種結點的個數，可以引導學生采用類似線索二叉樹中結點的存儲結構，通過設置LTag和RTag兩個域，表示該結點是否有左右孩子，這樣通過一個遍歷函數就可以實現求各種結點個數的功能。通過這樣的訓練，可以使學生綜合運用所學知識解決問題，逐步提高解決復雜工程問題的能力。

3.6 改革考核方式和考核內容，使之符合工程教育專業認證的要求

工程教育專業認證合格的一個重要標志是畢業要求達成度的評價，畢業要求達成度依賴于專業培養方案中相關課程達成度的評價。為了便于計算課程達成度，數據結構課程考核建立了閉卷考試、平時成績（包括作業、討論等）、實驗成績等環節與畢業要求指標點的對應關系矩陣。課程考核需要綜合平時作業、課堂討論、課堂測試、課堂提問、課后學習、實驗環節、考試等環節對學生進行全面、客觀的評價，打破了書面考試決定最終成績的局面，實現更加科學、合理的考核方式。

4 結束語

本文在計算機科學與技術專業進行工程教育專業認證的大背景下，按照專業認證的以學生為中心、成果導向和持續改進的核心理念，針對以往的數據結構課程教學中存在的問題和弊端，在教學大綱修訂、教學內容安排、教學方法和考核方式改進等方面進行了有益的嘗試，在建立課程教學內容與畢業要求指標點的支撐關系矩陣的基礎上，通過改革課堂教學方法、規范考核方式、優化考核內容，使之能夠對數據結構課程的教學效果進行科學的量化評價。對于如何更好的培養學生的工程實踐能力和解決復雜工程問題的能力等方面，還需持續改進，有很多環節需要我們進一步探索與改革。

參考文獻（References）：

[1] 李華新，譚敏生.工程教育認證背景下計算機專業人才培養探索與實踐[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2018.11：93-94

[2] 張憲紅，黃成哲，楊澤雪，齊麗敏.面向工程教育認證的畢業要求實施機制研究[J].現代信息科技，2019.3（4）：189-191

[3] 譚春嬌，陳微，趙亮等.工程教育認證理念指導下的教學改革[J].計算機教育，2019.2：123-126

[4] 周錫堂.工程教育認證理念與高等教育評估[J].化工高等教育，2015.3：18-21

[5] 白恩健，王直杰，張義紅，胡海洋.基于成果導向的電子信息與電氣工程類專業人才培養模式改革[J].紡織服裝教育，2019.3：210-214

[6] 席景科，王志曉.面向工程教育專業認證的《數據庫應用》課程教學改革[J].教育教學論壇，2018.24：116-117