數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程思政教學(xué)探索

徐鶴, 朱潔, 譚萍

摘要：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程是計算機(jī)及其相關(guān)專業(yè)的一門重要學(xué)科基礎(chǔ)必修課。該專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容知識點(diǎn)多，在教學(xué)過程融入思政元素有助于學(xué)生更深層次掌握課程的核心內(nèi)容。文章探討數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程知識點(diǎn)結(jié)合思想政治教育元素，通過微助教平臺進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，在課程教學(xué)同時注重培養(yǎng)學(xué)生的守時、公平公正、刻苦學(xué)習(xí)等態(tài)度，并激發(fā)學(xué)生要努力學(xué)習(xí)好本課程以及計算機(jī)科學(xué)技術(shù)以科技報國的家國情懷和設(shè)計實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)軟件的使命擔(dān)當(dāng)。

關(guān)鍵詞： 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu); 微助教; 課程思政; 教學(xué)改革; 課堂工具

中圖分類號：TP39? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）33-0174-03

1引言

根據(jù)2020年教育部印發(fā)的《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》要求，利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術(shù)，促進(jìn)課程思政教學(xué)在計算機(jī)教育領(lǐng)域的實(shí)踐得到了廣泛的探索。施江勇等[1]探討了大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程在工科類課程中加強(qiáng)思政教育的方法以及具體案例。李紅嬌等[2]將思政教育融入信息安全概論課程進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐。郭艷燕針對在線教學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行融合思政元素的程序設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)設(shè)計[3]。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是高等工科院校計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)及其相關(guān)專業(yè)的一門重要學(xué)科基礎(chǔ)必修課。該課程主要內(nèi)容包括以下三個方面：數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)和運(yùn)算，涉及線性表、堆棧、隊列、數(shù)組、樹、圖和排序算法等基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法分析的知識。微助教是一種基于微信和互聯(lián)網(wǎng)的課堂教學(xué)輔助輕工具，在各課程教學(xué)中應(yīng)用廣泛[4-7]，微助教平臺提供了“課程思政”教學(xué)功能模塊。本文通過探討數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容思政元素，基于微助教平臺進(jìn)行課前、課中和課后全過程的思政教學(xué)設(shè)計，可實(shí)現(xiàn)將課程思政全程融入本課程的教學(xué)。

2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程思政教學(xué)點(diǎn)

本課程的主要教學(xué)內(nèi)容有：線性表、棧和隊列、數(shù)組、樹和二叉樹、集合、搜索樹、散列表、圖等常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以及各種典型搜索和排序算法。在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中融入思政的要點(diǎn)有：

（1）在課程開始的引言中，通過類比圖書館信息管理系統(tǒng)對于圖書的排序和查找圖書的問題，引出如何進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的組織以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時融入哈佛大學(xué)圖書館的二十條訓(xùn)言，宣讀“學(xué)習(xí)這件事，不是缺乏時間，而是缺乏努力”“現(xiàn)在流的口水，將成為明天的眼淚”“沒有艱辛，便無所獲”等名言，引導(dǎo)學(xué)生要只爭朝夕、刻苦努力地學(xué)習(xí)。

（2）在課程導(dǎo)論“為什么要學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程？”中，講解現(xiàn)代信息社會離不開計算機(jī)，計算機(jī)的廣泛應(yīng)用更離不開數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。例如大家最常用的計算機(jī)操作系統(tǒng)，為了完成多任務(wù)的并行運(yùn)行和各任務(wù)間的快速切換，需要用到典型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：棧和堆。棧廣泛應(yīng)用在程序調(diào)用過程中形成的《系統(tǒng)棧堆》；形成優(yōu)先權(quán)隊列，用于操作系統(tǒng)中各程序任務(wù)調(diào)度的先后順序。其中的棧是一種線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，堆是一種樹形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在這里特別要講解的是在操作系統(tǒng)領(lǐng)域，我們應(yīng)當(dāng)非常自豪的是我國的華為公司在2019年8月9日發(fā)布了鴻蒙HarmonyOS操作系統(tǒng)，打破國外長期的操作系統(tǒng)壟斷地位，HarmonyOS系統(tǒng)目前廣泛應(yīng)用在手機(jī)、平板、電視、智能汽車、可穿戴設(shè)備等終端設(shè)備。通過這里激發(fā)學(xué)生要為我們國家的操作系統(tǒng)等核心軟件開發(fā)貢獻(xiàn)自己的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識和力量，努力學(xué)習(xí)好本課程以及計算機(jī)科學(xué)技術(shù)以科技報國的家國情懷和設(shè)計實(shí)現(xiàn)自主知識產(chǎn)權(quán)的高效國產(chǎn)軟件的使命擔(dān)當(dāng)。

（3）在哈夫曼樹和哈夫曼編碼知識模塊，融入學(xué)生應(yīng)該具有的社會責(zé)任感。實(shí)際上在計算機(jī)中，圖片JPG、PNG、音頻MP3、視頻MP4、PDF文件等都是對不同的文檔進(jìn)行一定的壓縮后形成的文件格式，在這里使用的一個基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是哈夫曼樹。哈夫曼樹則是樹形結(jié)構(gòu)的一種。通過微課、課堂討論等形式，引導(dǎo)我們同學(xué)們每個人都要有仁愛之心和社會責(zé)任感：可以將哈夫曼樹的權(quán)值想象成是孤兒院的孤兒年齡，如圖1所示。當(dāng)我們準(zhǔn)備救濟(jì)孤兒時，每次我們希望最先救濟(jì)的是兩名最小的孤兒，然后形成了一個新的家庭；并假設(shè)此時恰好新入院1名，孤兒的年齡是這兩個最小孤兒年齡之和。則在后面救濟(jì)的過程中，原先的兩名最小的則無須再參與被救濟(jì)，而新加入的孤兒則需要在孤兒院按照年齡次序進(jìn)行依次救濟(jì)。

[<E：＼2022知網(wǎng)文件＼33＼8xs202233＼Image＼image2_9.png> <E：＼2022知網(wǎng)文件＼33＼8xs202233＼Image＼image3_8.png> （a）? 正確選擇8和9 （b）? ?錯誤選擇11和17，應(yīng)選擇11和12 圖1? ?融入思政元素的哈夫曼樹構(gòu)造過程示例 ]

（4）在圖的最短路徑規(guī)劃相關(guān)內(nèi)容中，講解在廣泛應(yīng)用的導(dǎo)航定位領(lǐng)域，為了能準(zhǔn)確快速找到需要到達(dá)的目的地，通常的導(dǎo)航地圖軟件都提供了多條道路供你進(jìn)行選擇，有最短時間、最短距離、最少收費(fèi)、避開擁堵等多條路線，這里廣泛應(yīng)用的快速尋路算法就是利用基于圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建深度優(yōu)先搜索和寬度優(yōu)先搜索算法來實(shí)現(xiàn)快速尋路的。并講解我國的北斗定位導(dǎo)航系統(tǒng)打破了美國的GPS導(dǎo)航的壟斷地位，增強(qiáng)學(xué)生對我國科技力量強(qiáng)大的自信心。

（5）在集合的查找內(nèi)容介紹中，可考慮融入搜索引擎技術(shù)到課程中，講解網(wǎng)絡(luò)爬蟲涉及的法治意識和職業(yè)素養(yǎng)[8]。

（6）在散列表知識模塊，融入網(wǎng)絡(luò)安全教育。根據(jù)工程教育認(rèn)證要求，學(xué)生在專業(yè)學(xué)習(xí)中應(yīng)該掌握與安全相關(guān)的知識。散列表的散列函數(shù)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信、電子商務(wù)、銀行系統(tǒng)等信息安全領(lǐng)域，是密碼學(xué)中的一項重要工具。特別是在疫情情況下，信息采集所遇到的個人信息、圖像、視頻等信息存儲涉及的隱私安全等問題，激發(fā)學(xué)生重視本部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)及對遇到實(shí)際問題的解決方案的思考。

3 基于微助教的課程思政教學(xué)實(shí)踐

（1）上課簽到：利用微助教的簽到功能，課前完成簽到，要求學(xué)生做任何事情要養(yǎng)成守時的良好習(xí)慣。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)時教師進(jìn)行人工點(diǎn)名費(fèi)時費(fèi)力，采用微助教進(jìn)行點(diǎn)名可以采用二維碼、GPS定位和普通簽到這些方式根據(jù)課程教學(xué)進(jìn)程進(jìn)行動態(tài)簽名，并且100多人的教學(xué)班級在30秒左右的時間即可完成點(diǎn)名，可有效節(jié)省時間，讓教師和學(xué)生有更多的時間進(jìn)行教學(xué)和討論問題。表1為2021年8月至9月開學(xué)期間本課程的簽到出勤率。從表1可以看出，出勤率均達(dá)到了98%以上，部分同學(xué)沒能到課原因是受到疫情或身體狀況等請假缺勤。

（2）課中測試：利用微助教的答題，結(jié)合課堂教學(xué)內(nèi)容的思政元素融入，設(shè)計相應(yīng)的題目可通過課堂實(shí)時檢測學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。比如在講到堆棧數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識融入我國華為在操作系統(tǒng)領(lǐng)域取得的成果后，為了加強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感，可以通過設(shè)置填空題的形式，實(shí)時檢測學(xué)生學(xué)習(xí)的效果，題目可以設(shè)置為“我國華為公司研發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的面向智能終端的操作系統(tǒng)HarmonyOS，請問在操作系統(tǒng)里面的程序調(diào)研常使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是（? ）”。通過課中測試結(jié)果是99%的同學(xué)都回答正確，其他沒有回答正確的同學(xué)是因?yàn)檎埣傥茨軄砩险n導(dǎo)致沒有掌握這個知識點(diǎn)。

（3）互評作業(yè)：利用微助教的互評模塊，設(shè)置課后作業(yè)，并在下次課前進(jìn)行作業(yè)講解。完成作業(yè)講解后，要求每位同學(xué)對系統(tǒng)隨機(jī)分配的3份作業(yè)進(jìn)行作業(yè)評分，根據(jù)作業(yè)講解過程中的評分要點(diǎn)，進(jìn)行互評50%的分?jǐn)?shù)，另外50%的分?jǐn)?shù)由任課教師評定，并設(shè)置學(xué)生如對評分有疑問可向評分老師申訴。在完成互評作業(yè)過程中，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)別人的錯誤以避免自己產(chǎn)生類似的錯誤。互評作業(yè)培養(yǎng)了學(xué)生要公平公正評分的態(tài)度和實(shí)現(xiàn)相互學(xué)習(xí)的目的。

（4）課后反饋：利用微助教的課堂反饋模塊，通過匿名方式收集一段時間的教學(xué)效果，可以加強(qiáng)對實(shí)際教學(xué)效果的監(jiān)測，收到學(xué)生實(shí)時的課程學(xué)習(xí)效果評價，有助于改進(jìn)后續(xù)的教學(xué)進(jìn)程和內(nèi)容。例如圖2為某次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程結(jié)束后收集的課堂反饋詞云和各項評分的顯示結(jié)果，從中可以看出，上課快、學(xué)生對學(xué)習(xí)效果和課程學(xué)習(xí)資源不夠多是本次教學(xué)的不足，后續(xù)教學(xué)應(yīng)注意改進(jìn)。課后反饋給予了學(xué)生充分的自由討論和提問的網(wǎng)絡(luò)空間，深受學(xué)生歡迎。

4結(jié)論

通過課程思政元素的引入，可激發(fā)學(xué)生的社會責(zé)任感和愛國情懷，引導(dǎo)學(xué)生平時做事要公平公正和并養(yǎng)成守時的好習(xí)慣，使得學(xué)生樹立起一定要學(xué)好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的信心和決心。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程引入思政教學(xué)，結(jié)合微助教平臺，可實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)+課程思政教學(xué)實(shí)踐。“時不我待，只爭朝夕”，更多專業(yè)課程思政元素的引入必能激發(fā)學(xué)生努力學(xué)習(xí)好專業(yè)課程，同時學(xué)生也會珍惜時間學(xué)好其他課程。

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【通聯(lián)編輯：光文玲】