新工科背景下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程建設(shè)的思考與探索

孔凡輝 伍一

摘要：文章以教育部新工科建設(shè)提出的“新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系”為指導(dǎo)，分析數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程建設(shè)面臨的問題及教學(xué)改革的必要性，探討數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程建設(shè)與發(fā)展新思路，突破課程傳統(tǒng)知識(shí)體系，構(gòu)建知識(shí)學(xué)習(xí)與能力培養(yǎng)相結(jié)合的課程體系，融合現(xiàn)代教育技術(shù)課程教學(xué)模式，使現(xiàn)有課程教學(xué)體系得到改造與升級(jí)，以適應(yīng)新形勢下的人才培養(yǎng)需求。并通過教學(xué)評(píng)價(jià)與反饋促進(jìn)課程建設(shè)，探索“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”教育理念下的課程教學(xué)改革，加強(qiáng)專業(yè)能力培養(yǎng)與專業(yè)知識(shí)的運(yùn)用，推進(jìn)課程改革。

關(guān)鍵字：新工科;數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);課程建設(shè)

一、背景

（一）新工科建設(shè)的教育改革目標(biāo)

2017年以來，教育部積極引導(dǎo)高校開展工程教育的改革創(chuàng)新，先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”，開啟了工程教育的新一輪改革。為此，從教育理念、標(biāo)準(zhǔn)、方法和技術(shù)等方面均需進(jìn)行相應(yīng)的探索和創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)工科的新要求。

新工科建設(shè)的核心理念是強(qiáng)調(diào)專業(yè)之間的交叉和融合，確立新的知識(shí)結(jié)構(gòu)。對(duì)于課程來講，就是如何進(jìn)一步優(yōu)化知識(shí)內(nèi)容，拓展知識(shí)運(yùn)用和實(shí)踐的渠道，提升學(xué)生分析和解決實(shí)際應(yīng)用問題的能力。

（二）面向?qū)嵺`的課程知識(shí)體系

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一門來自于軟件開發(fā)工程實(shí)踐的專門知識(shí)，其核心內(nèi)容是問題在計(jì)算機(jī)內(nèi)有效表示及其求解，強(qiáng)調(diào)面向?qū)嵺`的課程體系的構(gòu)建。傳統(tǒng)課堂教學(xué)中側(cè)重課堂知識(shí)點(diǎn)的講授，教學(xué)內(nèi)容過于繁多，部分內(nèi)容難度偏大，不利于培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的應(yīng)用能力。為此，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)踐環(huán)節(jié)中，除了一般性的隨課實(shí)驗(yàn)之外，還需要通過綜合性項(xiàng)目和課外實(shí)踐環(huán)節(jié)為學(xué)生提供更多的實(shí)踐訓(xùn)練。

（三）學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量的社會(huì)評(píng)價(jià)

在新工科體系中，學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量的評(píng)價(jià)是由社會(huì)完成的。新的教學(xué)理念更加強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心的知識(shí)獲取能力的培養(yǎng)。在學(xué)生的培養(yǎng)過程中要以“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”為指引，根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和定位，在教學(xué)中梳理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程存在的定位不清晰、內(nèi)容體系不合理、與相關(guān)課程內(nèi)容銜接不緊密等問題。通過學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，使其能夠獨(dú)立從事相關(guān)的研究性、實(shí)踐性及開拓性工作。

二、課程定位與知識(shí)體系分析

（一）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在培養(yǎng)目標(biāo)中的定位

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是核心專業(yè)課程之一，強(qiáng)調(diào)以計(jì)算機(jī)科學(xué)的思維方式分析問題和解決問題。針對(duì)不同的培養(yǎng)目標(biāo)，課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)應(yīng)該是有差異的。對(duì)于工程開發(fā)來講，應(yīng)該更加關(guān)注在不同的開發(fā)語言體系中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的差異。

（二）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在學(xué)生能力培養(yǎng)中的定位

新工科理念下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)，根據(jù)本專業(yè)畢業(yè)要求，以及后繼課程學(xué)習(xí)的需求，在學(xué)習(xí)必備的課程知識(shí)、掌握必備的驗(yàn)證能力基礎(chǔ)上，要求學(xué)生具備抽象課程任務(wù)問題、建立任務(wù)模型和求解問題的能力，并編程實(shí)現(xiàn)完成課程任務(wù)。

（三）知識(shí)體系分析

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的知識(shí)體系基本是按照由簡單到復(fù)雜、由線性結(jié)構(gòu)到非線性結(jié)構(gòu)、由過程化算法到迭代算法這幾個(gè)層次結(jié)構(gòu)展開的。在按照章節(jié)依次講授的過程中，往往會(huì)失去對(duì)問題表達(dá)以及求解的幾條主線的分析。因此，知識(shí)體系的構(gòu)建應(yīng)該從問題本身出發(fā)，通過實(shí)際問題，激發(fā)學(xué)生對(duì)求解問題的思考。

三、課程改革方案設(shè)計(jì)

（一）基于知識(shí)運(yùn)用導(dǎo)向的課程內(nèi)容構(gòu)建

將課程知識(shí)體系劃分為五個(gè)教學(xué)單元，包括線性結(jié)構(gòu)、樹結(jié)構(gòu)、圖結(jié)構(gòu)、查找和排序。以教學(xué)案例、課程任務(wù)貫穿于整個(gè)課程內(nèi)容體系，并分解融入到各個(gè)教學(xué)單元，在保證完整、系統(tǒng)的課程內(nèi)容體系下，通過案例的學(xué)習(xí)、課程任務(wù)的完成，保證知識(shí)的學(xué)習(xí)應(yīng)用導(dǎo)向。

1.課程知識(shí)

考核學(xué)生課程內(nèi)容中專業(yè)知識(shí)、專業(yè)工具的掌握，以及方法的運(yùn)用。例如：

● 線性結(jié)構(gòu)、樹、圖的邏輯結(jié)構(gòu)中邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系的概念、定義、描述方法等;

● 存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、描述方法、實(shí)現(xiàn)方法等;

● 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工具、開發(fā)軟件平臺(tái)、程序編輯器使用等知識(shí)內(nèi)容。

2.課程能力

考核學(xué)生課程內(nèi)容中專業(yè)知識(shí)的運(yùn)用能力、課程工具運(yùn)用能力。例如：

● 抽象問題、建立模型、求解問題、編程實(shí)現(xiàn)和測試效果等實(shí)際系統(tǒng)模塊的設(shè)計(jì)與開發(fā)能力;

● 數(shù)據(jù)組織方法的設(shè)計(jì)、求解問題在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的表示方法的實(shí)現(xiàn);

● 選擇、安裝、測試設(shè)計(jì)工具、開發(fā)平臺(tái)的能力。

（二）面向?qū)W生能力培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)體系

組織學(xué)生參加“挑戰(zhàn)杯”“互聯(lián)網(wǎng)+”“藍(lán)橋杯”等各類大賽，作為課堂教學(xué)的進(jìn)一步延伸，拓展實(shí)踐空間，進(jìn)一步提升學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量。通過競賽的前期準(zhǔn)備、參賽和賽后總結(jié)，不但鞏固了課程知識(shí)，也鍛煉了學(xué)生獨(dú)立分析和解決問題的能力，在很大程度上幫助學(xué)生提高了專業(yè)水平和專業(yè)素養(yǎng)，提高了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的積極性、創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

（三）構(gòu)建科學(xué)的學(xué)習(xí)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系

為了更好地評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，課程組不單純以期末考試試卷作為評(píng)價(jià)的唯一標(biāo)準(zhǔn)，而是將過程化考核融入到課程的評(píng)價(jià)體系中，增加實(shí)驗(yàn)課在成績?cè)u(píng)價(jià)中的比重，更加注重學(xué)生對(duì)理論知識(shí)實(shí)際應(yīng)用能力的考核。因其減少了“記憶類”知識(shí)點(diǎn)，而側(cè)重綜合應(yīng)用能力知識(shí)點(diǎn)的考核，所以考核內(nèi)容有一定“挑戰(zhàn)度”。加強(qiáng)課程實(shí)踐考核，如課堂設(shè)計(jì)、課堂討論和課堂測試，以課堂提問、課后學(xué)習(xí)和小組團(tuán)隊(duì)合作等對(duì)學(xué)生進(jìn)行全方位、多角度和多環(huán)節(jié)的評(píng)價(jià)，打破由書面考試定最終成績的局面，實(shí)現(xiàn)分階段考核的考核方式。

（四）以學(xué)生為中心的教學(xué)方法改革

1.以課堂教學(xué)為基礎(chǔ)，采用線上、線下相結(jié)合，課內(nèi)、課外相結(jié)合，講練結(jié)合、講練互動(dòng)方式，提高學(xué)生數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識(shí)的運(yùn)用能力。開發(fā)本課程APP開展在線課程學(xué)習(xí)，并利用“超星學(xué)習(xí)通”“藍(lán)墨云班課”組織學(xué)生線上學(xué)習(xí)。

2.以案例項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)，改進(jìn)教學(xué)方法，強(qiáng)化課程創(chuàng)新性。設(shè)計(jì)“學(xué)生為中心”的課程教學(xué)方法（見圖2），根據(jù)課程學(xué)習(xí)目標(biāo)，采用任務(wù)—問題—求解的問題方式開展課程教學(xué)。圍繞課程任務(wù)掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本思路、基本理論與基本方法，針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)程度，選擇不同類別的教學(xué)案例與課程任務(wù)（A、B、C類），要求學(xué)生給出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識(shí)解決方案設(shè)計(jì)與任務(wù)實(shí)現(xiàn)。

教學(xué)過程從帶場景的案例問題出發(fā)，闡述如何利用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)解決這些問題，以課程（競賽）示例為素材，系統(tǒng)學(xué)習(xí)課程知識(shí)體系，提高課程知識(shí)的運(yùn)用能力。把數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的知識(shí)點(diǎn)融入實(shí)踐環(huán)節(jié)中，并且在編排課程內(nèi)容順序方面，保持與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程體系內(nèi)容相吻合，分散難點(diǎn)，降低難度梯度，突出實(shí)用，做到由淺入深、循序漸進(jìn)，系統(tǒng)學(xué)習(xí)、廣泛實(shí)踐，有利于學(xué)生接受。

四、結(jié)語

本文對(duì)新工科背景下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程進(jìn)行了探索，結(jié)合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)實(shí)踐，通過對(duì)課程建設(shè)框架、課程內(nèi)容體系、教學(xué)方法、考核評(píng)價(jià)和教學(xué)管理等方面進(jìn)行闡述，更新了傳統(tǒng)的教育理念和教育模式，提出了適合新工科背景的教學(xué)模式改革，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，為學(xué)生提供了多元化的學(xué)習(xí)空間，使之符合新工科的教育理念，對(duì)于提升教學(xué)質(zhì)量和效果具有積極的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

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編輯∕姜雯