新工科背景下應(yīng)用型本科院校數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)改革研究

劉翠煥 張麗娟 張波 黃振華

摘 要：為積極響應(yīng)新工科發(fā)展建設(shè)，積極推進(jìn)教學(xué)改革，本文分析了在目前新工科背景下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教學(xué)現(xiàn)狀，并提出了一些改進(jìn)方法，以提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：新工科;數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);教學(xué)改革

應(yīng)用型本科院校，是指以應(yīng)用型為辦學(xué)定位，以應(yīng)用型本科教育為主的本科院校。應(yīng)用型本科教育的職責(zé)之一是抓住新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新技術(shù)發(fā)展機遇，創(chuàng)新發(fā)展思路，增強把握社會經(jīng)濟技術(shù)重大變革趨勢的能力，加強戰(zhàn)略謀劃和布局，實現(xiàn)彎道超車。所謂的新工科，其主要是指為主動應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)革命支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展等一系列的國家戰(zhàn)略。2017年2月以來，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，作為應(yīng)用型本科高校更應(yīng)該適應(yīng)新工科建設(shè)，積極探索“新工科”創(chuàng)新應(yīng)用人才的培養(yǎng)，推動教學(xué)改革。作為以計算機應(yīng)用為基礎(chǔ)的新工科專業(yè)，計算機了類學(xué)科基礎(chǔ)課的教學(xué)改革就顯得尤其重要。而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計算機類學(xué)科基礎(chǔ)課中的核心課程，是“描述現(xiàn)實世界實體數(shù)學(xué)模型（通常為非數(shù)值計算）及其之上的運算在計算機中如何表示和實現(xiàn)”的學(xué)科，[1]與工程應(yīng)用領(lǐng)域及創(chuàng)新應(yīng)用人才的培養(yǎng)有著緊密聯(lián)系。同時，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程也是很多計算機類研究生考試的必考課程，其重要性可見一斑，但是在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教學(xué)主要是以講授理論為主，實踐較少，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低下，教學(xué)效果非常不好。

1 應(yīng)用型本科高校的特點

1.1 學(xué)校層次特點

應(yīng)用型本科高校與研究性本科高校不同，更強調(diào)應(yīng)用性，其培養(yǎng)的學(xué)生大多也是從事一線工作的人員，因此學(xué)生的實踐能力尤為重要，主要有以下幾個方面的特點：培養(yǎng)的是服務(wù)于生產(chǎn)一線的高層次技術(shù)技能型人才;開展應(yīng)用型研究，為行業(yè)、企業(yè)提供技術(shù)服務(wù)和智力支持;具有開展地方需要的社會服務(wù)，包括人才培訓(xùn)、技術(shù)咨詢等。

1.2 學(xué)生特點

應(yīng)用型本科院校的學(xué)生與研究性院校的學(xué)生相比，具有很大的不同，首先在高考錄取分?jǐn)?shù)較低，很多學(xué)生的基礎(chǔ)相對薄弱。雖然說高考成績不能完全反映學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和水平，但是應(yīng)用型本科院校的學(xué)生大多數(shù)在中學(xué)階段數(shù)學(xué)成績不好或者邏輯思維能力相對較弱，都會都會影響了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的學(xué)習(xí);其次，學(xué)生的動手能力相對較強，喜歡實踐類課程，在學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出對于理論知識的理解不夠深入或者聽不懂;最后，應(yīng)用型本科院校的學(xué)生很多是在中學(xué)階段沒有養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，不愿意課下進(jìn)行有效的預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，雖然老師布置了預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)作業(yè)，只要不是量化的考核，很多學(xué)生就不能完成，或者有的學(xué)生為了“完成作業(yè)”而完成，缺乏自己獨立的思考，主要是根據(jù)網(wǎng)上的資料進(jìn)行微加工或者照搬，這樣根本起不到該有的效果。

2 教學(xué)現(xiàn)狀

目前數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為計算機類的學(xué)科基礎(chǔ)課，在實際的授課過程各個學(xué)校因為實際情況不同，總受到諸多因素影響，在教學(xué)和考核中還存在不少問題，主要有以下幾個方面。

2.1 理論課時多，實踐課時少

由于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程本身理論性強的特點和公開出版的教材來看，使得很多院校在授課過程中還是以課堂理論教學(xué)為主，配有部分實驗學(xué)時一般是占總學(xué)時的四分之一左右，并且實驗學(xué)時分配到各個章節(jié)中，學(xué)生完成的實驗都是分散的，缺乏集中的、完整的實驗環(huán)節(jié)。

2.2 缺乏有效的課下指導(dǎo)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)除了有效的預(yù)習(xí)之外，課下復(fù)習(xí)也是非常重要的一個環(huán)節(jié)，部分學(xué)校采用老師建立QQ群、在線學(xué)習(xí)等方式，指導(dǎo)學(xué)生的預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，但是這樣的方式畢竟還是受到限制，同時滿足多名學(xué)生同時輔導(dǎo)，使得這樣的方式只對于部分學(xué)生達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

2.3 實踐環(huán)節(jié)缺少合理的設(shè)計

學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程時感觸最深的是，老師講的時候理論基本都能聽懂，但是在實際計算或者進(jìn)行設(shè)計時完全無從下手，不能對問題進(jìn)行設(shè)計和解決。而實驗部分也是傳統(tǒng)的驗證性實驗，缺乏創(chuàng)新性，缺少讓學(xué)生自主進(jìn)行設(shè)計的實驗環(huán)節(jié)。

2.4 考核方式單一

目前大部分學(xué)校對于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的期末考核還是采取傳統(tǒng)的閉卷理論考試為主的評價體系，在試卷中還是傳統(tǒng)的題型，重在考核學(xué)生對于書中理論知識的掌握情況，好多學(xué)生在考試之前進(jìn)行突擊，通過死記硬背記住一些概念或者常用的算法，缺乏學(xué)生自主設(shè)計的內(nèi)容，因此還是會出現(xiàn)經(jīng)常說的“高分低能”的現(xiàn)象，對于學(xué)生的職業(yè)發(fā)展是非常不利的。

3 教學(xué)改革的內(nèi)容

針對目前數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)現(xiàn)狀，我們根據(jù)我校學(xué)生的特點和實際情況采取了部分措施來進(jìn)行教學(xué)改革。

3.1 教學(xué)方法的改革

（1）生動的序言課。在本課正式開課前上一節(jié)序言課，主要包括本課程在整個專業(yè)課中的地位和作用、課程的特色、課程的學(xué)習(xí)方法、課程安排、考核評價體系等內(nèi)容，先給讓學(xué)生對課程有各個整體認(rèn)識，同時也引起學(xué)生的重視，課程的安排部分不僅包括課時的安排，也包括課堂教學(xué)活動的安排，比如什么時候采取什么教學(xué)方法等，通過序言課讓學(xué)生能了解在整個學(xué)習(xí)過程中都需要做什么，從而引導(dǎo)和促進(jìn)學(xué)生的有效學(xué)習(xí)，往往一堂生動的序言課上完，會讓很多學(xué)生對這門課感興趣，在后面的學(xué)習(xí)中保持著高度的積極性，同時也會和老師進(jìn)行有效的互動和溝通，有助于學(xué)生的學(xué)習(xí)。

（2）多重教學(xué)方法的使用。結(jié)合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門課程而言，尤其是在理論講授部分，傳統(tǒng)的單一講授方式已經(jīng)不能滿足教學(xué)需要了，學(xué)生們往往是感覺非常枯燥的，雖然我們可以用生動的案例導(dǎo)入，但是對于后面進(jìn)入知識講解部分時，學(xué)生還是感覺到枯燥難懂。因此，在不同的知識點采取不同的教學(xué)方法尤其是現(xiàn)代化的教學(xué)手段的運用，在教學(xué)過程中不僅僅局限于PPT的使用，可以采用翻轉(zhuǎn)課堂、慕課以及微課等現(xiàn)代化教學(xué)方式提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度;比如在棧和隊列部分（知識點相容易理解），可以把課堂完全交給學(xué)生，讓學(xué)生以小組為單位課下提前進(jìn)行預(yù)習(xí)和制作PPT等工作，課上一個小組讓學(xué)生來進(jìn)行講解其他小組進(jìn)行補充，最后教師再做總結(jié)，最后各個小組進(jìn)行互評，作為期末成績的一部分，也能大大提高學(xué)生的積極性，促使學(xué)生在課下進(jìn)行自學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

3.2 課下時間的利用

在科學(xué)給學(xué)生增負(fù)的背景下，如何指導(dǎo)學(xué)生合理利用課下時間進(jìn)行學(xué)習(xí)也顯得尤為重要，我們主要采取了以下兩個方法。

（1）學(xué)習(xí)小組的建立。在各個班中，主要以宿舍為單位建立學(xué)習(xí)小組，進(jìn)行相互幫助和監(jiān)督，在整個教學(xué)過程中，有一部分任務(wù)是以小組為單位完成的，同時在預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)中，一般問題要求在小組內(nèi)解決，組內(nèi)解決不了的，由組長收集和整理，老師進(jìn)行解決，這樣也提高了一部分學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，尤其是在討論問題的過程中，很多學(xué)生會把原來不太懂的問題弄懂了。學(xué)習(xí)小組的作用不僅僅是討論問題，在很多教學(xué)環(huán)節(jié)中，學(xué)習(xí)小組可以作為一個整體來進(jìn)行活動，比如翻轉(zhuǎn)課堂、課程設(shè)計等都可以以小組為單位，不同的學(xué)生在整個活動中發(fā)揮不同的作用，這也讓學(xué)生體會團隊合作的重要性。

（2）學(xué)生助教的設(shè)置。由高年級本課程學(xué)習(xí)好的學(xué)生擔(dān)任低年級助教，一般是每個學(xué)習(xí)小組配備一個助教，主要利用晚自習(xí)或者其他課余時間進(jìn)行答疑或者小組討論等環(huán)節(jié)。

3.3 創(chuàng)新性實踐環(huán)節(jié)的設(shè)置

除了各種教材中都有的驗證性的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)外，還可以設(shè)置課外實踐環(huán)節(jié)，在序言課上就給學(xué)生進(jìn)行布置，讓學(xué)生有一個較長的時間進(jìn)行構(gòu)思，課程結(jié)束時進(jìn)行檢查，一般以個人為單位完成，主要內(nèi)容是讓學(xué)生自主設(shè)計一個小游戲，要求有一定的創(chuàng)新性（這里不要求游戲設(shè)置的合理性，主要要求創(chuàng)新性，所有的規(guī)則都有學(xué)生自己規(guī)定，這樣才能發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性，同時也避免了學(xué)生的相互抄襲或者網(wǎng)上下載等情況），目的是為了讓學(xué)生在設(shè)計的過程中，可以更好地消化知識，培養(yǎng)解決問題的能力。

3.4 考核方式的改革

順應(yīng)新工科的發(fā)展趨勢，改變傳統(tǒng)的課程考核方式，對學(xué)生進(jìn)行全面考核評價學(xué)生理論掌握情況和實踐運用情況，以考核管理機制引導(dǎo)促進(jìn)學(xué)習(xí)，對學(xué)生的課堂表現(xiàn)、課內(nèi)實踐、課外實踐、算法研究、小組互評和期末考試等多方面考查。課堂表現(xiàn)不僅體現(xiàn)在課堂出勤上，更側(cè)重課堂的提問和回答可以設(shè)置搶答問題，這樣不僅既可以活躍課堂的氣氛，又可以增加課堂的有趣性。對于積極搶答回答正確的學(xué)生給予加分獎勵，那么學(xué)生積極性會更高。課內(nèi)實踐主要就是驗證性實踐環(huán)節(jié)，根據(jù)學(xué)生完成的速度和報告質(zhì)量進(jìn)行打分。課外實踐主要是綜合實踐部分，主要考核學(xué)生完成項目的難度、思路、程序的性能和運行結(jié)果等進(jìn)行綜合評價。算法研究是讓學(xué)生在學(xué)習(xí)期間根據(jù)自己興趣去研究一個算法，并針對算法提出自己的看法，目的在于引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。小組互評主要是小組講課的過程總，根據(jù)小組得分和學(xué)生在小組活動中的工作量進(jìn)行考核。期末考試所占比重下降，主要考核學(xué)生對基礎(chǔ)的掌握和算法設(shè)計方面。

4 結(jié)語

在新工科建設(shè)的背景下，針對如何充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動性，培養(yǎng)“新工科”創(chuàng)新型人才。本文從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程入手，根據(jù)課程本身特點，研究學(xué)生的學(xué)和教師的教分析目前存在的現(xiàn)狀，有針對性的提出了教學(xué)改革的方法，加強實踐教學(xué)，給學(xué)生科學(xué)合理增負(fù)，采取形式多樣的考核等方法，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和專業(yè)能力、創(chuàng)新能力，提高教學(xué)質(zhì)量，相應(yīng)新工科建設(shè)。

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項目來源：河北省高等教育教學(xué)改革研究與實踐項目（項目編號：2018GJJG667）

作者簡介：劉翠煥，副教授，河北工程技術(shù)學(xué)院軟件學(xué)院教學(xué)副院長，曾擔(dān)任軟件工程專業(yè)負(fù)責(zé)人，一直致力于軟件工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式和課程體系建設(shè)研究。