以學生為中心的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學改革

夏仁強

摘要 文章調(diào)研了“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的教學現(xiàn)狀后提出了目前教學過程中普遍存在的一些問題，并對問題的原因進行了剖析。通過對以“學生為中心”教學理念的探討，進行了教學模式創(chuàng)新、評價模式創(chuàng)新的實踐。在實踐中通過融入課程思政激發(fā)了學生的學習興趣和動力，有效提高了教學效果。

關(guān)鍵詞 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；教學改革；學生為中心；教學模式

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.6.033

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”是計算機相關(guān)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程之一[1]，課程理論性和實踐性較強，當前，我國地方性高校多以教師講授為主實施課程教學，課程知識內(nèi)化效率低，學生能聽懂教師講授的內(nèi)容，一旦將“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”知識運用于編程實踐就表現(xiàn)出能力不足，高階能力培養(yǎng)明顯不足。此外，學科時代性、前沿性知識和行業(yè)性的應(yīng)用在課堂中融入少，學生難以獲得專業(yè)成就感，傳統(tǒng)教學常采用卷面考試來考核學生的學習效果和教師的教學質(zhì)量，這種一考定終身的考核方式導致學生的過程性學習效果得不到及時反饋，教師很難獲取更多學情信息，探究式、個性化教學難以精準實施，也不方便教師調(diào)整教學深度和廣度。

傳統(tǒng)的教育觀念落后，難以適應(yīng)社會發(fā)展的要求，如何有效達成學生知識目標、能力目標和素質(zhì)目標，成了教師教學研究的重點。

高校對課程提出了打造“金課”，杜絕“水課”的要求，提出了高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度的金課標準[2]。改革迫在眉睫，各大高校紛紛實施教育改革，一系列先進的教育理念被引入課堂，其中落實“學生中心、產(chǎn)出導向、持續(xù)改進”的工程教育認證理念得到廣大高校教師的推崇[3]，為了打破沉默課堂，構(gòu)建互動課堂，教師提出了各種創(chuàng)新教學方法，如情景教學法、任務(wù)驅(qū)動教學法、合作學習教學法、問題教學法、討論式教學法等。很多高校將學生中心的教育理念應(yīng)用到“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程改革中，采取翻轉(zhuǎn)課堂實現(xiàn)線上線下混合式教學，構(gòu)建了以學生為中心的教學模式，課堂效率得到顯著提高。但在實施過程中也存在諸多問題。

1改革過程中存在的問題

1.1課余學習時間分配不足的問題

學生每天的課程多，任務(wù)重，課余時間太少。學生常常要在一天中完成幾門課程的課前任務(wù)和課后作業(yè)。因時間有限，學生課前學習任務(wù)完成質(zhì)量不高，偏科的學生會只做自己偏愛的課程的任務(wù)，其余課程的任務(wù)少做或者不做，為了獲得形成性考核課前學習的分數(shù)，學生可能會做沒有質(zhì)量的“刷課”，課前學習環(huán)節(jié)形同虛設(shè)，嚴重影響到課中探究式學習，學習效果大大降低，教學進度受到影響。久而久之，教師為了不影響授課計劃，又回到以教師為主的講授模式。

1.2同伴學習動力不足的問題

在小組學習活動中，有問題的學生急需得到老師和同學的幫助，由于諸多原因，教師無力實現(xiàn)時時處處指導到每一位學生，還需要發(fā)揮同伴的力量，同伴學習方式對學習效果起到極大的促進作用，但是由于每位學生的學習任務(wù)都很重，學習壓力大，在一起討論學習的時間有限，互幫互學的學習動力不足，僅憑一時的熱情并不能保證這種學習方式的可持續(xù)性。

1.3智慧教學平臺實踐教學局限性的問題

學習通智慧教學平臺因其互動教學效果好，有利于以學生為中心的教學，受到很多教師的推崇，在該平臺下可以設(shè)置分組任務(wù)、主題討論、搶答、選人等多種教學活動，極大調(diào)動學生的學習積極性，同時，該平臺用圖文并茂的方式展示和分析學習成效，給教師帶來了極大的方便，減少了工作量。很多課程已取得不錯的教學效果，但“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”不僅是一門理論性較強的課程，對編程實踐能力要求也很高，學習通教學平臺在沒有解決程序設(shè)計需要的編譯環(huán)境前，難以實施編程訓練，學生往往理解理論知識但不能解決實際問題，對編程能力的提升有限。

1.4考核評價公平性、合理性問題

考核分為過程性考核和期末考核，在以學生為中心的教學過程中，教師常常會采用分組討論、主題討論、互評任務(wù)等教學活動，在此過程中通過生講師評和生生互評讓學生頭腦動起來，積極主動參與到教學活動中。但學生在生生互評中，部分學生會考慮人情分，給原本完成質(zhì)量不好的學生打高分，也有個別學生會對完成質(zhì)量好的同學惡意打低分，還有學生是因為個人能力和認知水平有限無法理解其他同學本來正確的、有創(chuàng)新的觀點而給出低分評價，這種評價會打擊部分善于思考的學生的積極性，這些不科學的評價帶來的負面影響很大。

傳統(tǒng)的期末考核常常是出A、B卷隨機抽一卷考核，考核維度單一，題量有限，試題在教學大綱中的覆蓋面較小，并不能真正考核到學生掌握本課程的情況。

在實踐中，也有越來越多的高校采用隨機組卷進行期末考試，一人一卷，試題覆蓋教學大綱所有知識點，但隨機組卷可能導致不同的學生抽到的題目對應(yīng)不同的教學目標，不便于分析目標達成度。

1.5課程思政不足問題

我校提出所有課程都要以立德樹人為導向，全面推進課程思政教育教學改革。但在教學實施過程中存在思政元素挖掘不充分，課程與思政兩張皮、硬融入的現(xiàn)象，未做到潤物細無聲，課程思政多以教師講授為主，缺乏互動等問題。

2課程改革具體實施

本課程堅持以學生為中心的教學理念，采用BOPPPS（Bridge-in，Objective，Pre-assessment，Participatory Learning，Post-assessment，Summary）[4]教學模式開展教學實踐，如圖1所示。

課程借助超星學習通平臺，課前，教師發(fā)布任務(wù)、推送資源、設(shè)定目標、依標導學，學生自主學習，列出遇到的問題清單，參與課前討論，教師進行前測，了解學生課前學習情況，調(diào)整課程目標。課中教師通過任務(wù)驅(qū)動、小組研討、生生互動、師生互動，組織學生完成參與式學習，學生在課堂上參與討論和互動，分享好的做法，接著教師進行后測，生講師評，總結(jié)學習內(nèi)容。課后教師進行反思和布置課后作業(yè)，學生參與課后討論，完成作業(yè)。

在超星學習通豐富多樣的教學活動中，教學活動形式并不是越多越好，選人和搶答活動針對個別學生，雖然可以調(diào)動學生的學習積極性和專注力、促進思考，但得到的是個別反饋，無法及時反饋全體同學掌握的情況，隨堂練習可彌補這方面的不足，教師應(yīng)注重教學方法的融合，將多種教學活動相結(jié)合發(fā)揮教學的效果，讓每個學生在學習、交流、反思中不斷提升自己。此外，將Online Juge系統(tǒng)引入教學，讓學生不受空間和時間限制，實現(xiàn)時時、處處學習，強化編程訓練，強化理論與實踐能力的培養(yǎng)。

2.1同伴互助積分創(chuàng)新

學生課程任務(wù)繁重，僅靠課表安排的教學時間遠遠解決不完學生的問題，學生需要花費大量課外時間訓練編程，高效解決學生遇到的學習問題成了關(guān)鍵。分組學習、同伴學習是解決學習問題的有效途徑。在課前階段，采取分組學習討論、學生共同觀看MOOC、共同完成課前任務(wù)，一邊做任務(wù)一邊討論，記錄下有疑惑的內(nèi)容，提出有深度的問題，同伴相互鼓勵，在互助中學習，實現(xiàn)共同進步；小組成員經(jīng)過充分討論，凝聚組員的智慧，得出統(tǒng)一的觀點，將收獲與未解的問題進行總結(jié)歸納，以備課中交流；課中，將各小組的人員重新分配到其他小組，如圖2所示，各小組成員將課下討論的問題帶入課中進行交流。這樣可以獲得更多的觀點，取長補短。課后將理論知識運用于實踐，強化編程訓練，在訓練過程中，學生們會遇到各種各樣的問題，有語法上的問題，有算法上的問題，有理論知識掌握不牢導致分析問題不夠深入的問題，憑教師一人之力難以一一解決學生遇到的問題，通過積分激勵措施發(fā)揮同伴學習的作用，讓全體學生加入互幫互學活動中，每次幫助均計入積分，并將其作為平時成績的一部分，見表1。此外，通過第二課堂創(chuàng)新學分機制，招募多名高年級優(yōu)秀學生組成學長助教團隊，除日常的輔導外，每周安排一日作為程序設(shè)計日，助教團隊實行一對一小組輔導，每周學長助教團須向教師匯報輔導過程中發(fā)現(xiàn)的問題和取得的效果。

2.2實驗教學創(chuàng)新

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”實踐性強，需要大量編程訓練檢驗學生所學知識是否牢固，是否能運用所學知識解決復雜工程問題，理論聯(lián)系實踐是學好“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的關(guān)鍵，有些教學平臺缺乏必要的編譯環(huán)境無法滿足程序?qū)嵺`操作，無法完成“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”編程訓練，Online Juge在線評測平臺可以實現(xiàn)時時編程、處處編程，對于創(chuàng)新“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”實驗方式有較好的效果。Online Juge的快速自動評判功能減輕了教師的負擔，同時也為學生自測帶來了方便，可以節(jié)省大量時間來增加編程訓練量，大幅提高學生的編程實踐能力。程序設(shè)計類實驗教學輔助平臺（Programming Teaching Assistant，簡稱PTA）是由浙江大學牽頭建設(shè)的在線程序評測系統(tǒng)[5]，使用此平臺的高校多、教師多、程序設(shè)計類題目多，900多所高校的教師加入了題庫的建設(shè)和使用，教師們還在源源不斷地擴充新的題目?！皵?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”實驗采用PTA作為實踐平臺，實施“做中學”，提升學生編程能力，上機實驗題分為基礎(chǔ)編程題、綜合編程題、進階編程題，題目由易到難，根據(jù)不同層次的學生實行分層訓練，因材施教?；A(chǔ)編程題是各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在順序存儲或鏈式存儲下的基本運算類題目，完成基礎(chǔ)題是最基本的要求，要求人人通過，教師會隨機抽查考核。綜合編程題是綜合利用基本運算求解現(xiàn)實復雜問題的題目，教師利用綜合題考查學生應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識解決工程問題的能力，培養(yǎng)學生創(chuàng)造、創(chuàng)新的意識和能力，這部分的考核是實驗的重點。進階題則是適當增加了難度，需要學生跳一跳才能夠得著的題目，強調(diào)挑戰(zhàn)度，學習能力強的同學通過進階題目的強化訓練進一步提升自己的編程能力，為后續(xù)參加各級程序設(shè)計大賽打下堅實的基礎(chǔ)。此外，針對每個編程題目集，在課后指定的時間里，在師傅帶徒弟模式下，完成小組內(nèi)解題方法的PK和分享，迅速提升本小組成員的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編程能力。

2.3評價模式創(chuàng)新

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程評價分為過程性評價和期末評價。過程性考核主要包含實驗、課堂研討、課堂表現(xiàn)和作業(yè)，其中實驗占15%，課堂研討占10%，課堂表現(xiàn)占10%，作業(yè)占15%，期末考核占50%，如圖3所示。

實驗考核主要利用PTA實驗輔助教學平臺完成，基礎(chǔ)題和綜合題是必做題，進階題是加分題，基礎(chǔ)題需獨立完成，綜合題和進階題可以小組討論完成，教師隨機抽查要求學生答辯。

課堂表現(xiàn)考核由考勤、課堂搶答、隨機提問和參與投票等構(gòu)成，根據(jù)超星學習通平臺學生參加學習活動的學習數(shù)據(jù)判定分數(shù)。

作業(yè)是過程性考核中非常重要的部分，包括課前任務(wù)中觀看MOOC視頻、在線小測、課后作業(yè)、前測、后測、月考和模擬考試。

生生互評、師生互評是常見的教學活動之一，為了降低評價過程中感情分、隨意分、惡意評價分的問題，啟動觸發(fā)仲裁機制+教師隨機選人回答評價理由的評價改革模式。評價分為個人評價、組內(nèi)評價、組間評價和教師評價，個人評價占比10%，組內(nèi)評價占比20%，組間評價占比20%，教師評價占比50%。教師制訂評價標準，學生按標準打分，如果組內(nèi)打分和組間打分高于95或者低于60就自動觸發(fā)仲裁，由教師評判，若教師評分與學生評分之差超過閾值，將啟動懲罰機制，避免學生惡意打分，評價的學生和被評價的學生均可申訴，理由充分，教師可以調(diào)整分數(shù)。

為了提高挑戰(zhàn)度，在考試中，實行教考分離，考試內(nèi)容覆蓋大綱要求，一人一卷，隨機組卷，為保證公平性，每人抽到的題目難度相同、知識點相同、教學目標相同，具體做法是對于每種類型的每個題目都分別設(shè)計一個題目池，題目池的題數(shù)越多越好，每個題目池只抽1道題目，每個題目池考查的知識點和難度一樣。在組卷前，先按教學大綱的能力目標要求設(shè)計試卷命題雙向細目表，根據(jù)雙向細目表規(guī)定的題目能力指標、內(nèi)容、題型、數(shù)量的要求從預(yù)定的題目池抽題。

期末考核試卷滿分100分，如果期末考試成績低于50分，總評成績=期末考試成績，否則總評成績=過程性成績*0.5+期末考試成績*0.5。

2.4課程思政，回歸初心

教師不僅傳授知識，還要立德樹人。課程思政不能流于形式，不能將課程思政當成一種負擔，實施“被動課程思政”，思政應(yīng)是潤物于無聲?！皵?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程本身實踐要求高，學生要在實踐中不斷提升自己的能力，就要進行大量編程訓練，在實踐過程中進行思政，當學生在PTA平臺下編寫數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)程序時，嚴格的評判標準可幫助學生養(yǎng)成一絲不茍的科學態(tài)度。對于遇到的編程問題往往要經(jīng)過多次反復測試、調(diào)試、不斷尋找錯誤原因，直到最終獲得通過，培養(yǎng)學生不屈不撓、永不服輸?shù)木瘛Ｔ谡n程的各項考核中，不論是作業(yè)、周考、模擬考試還是期末考試，杜絕復制粘貼代碼和抄襲別人成果的現(xiàn)象，培養(yǎng)學生誠信的優(yōu)良品德。對于一題多解的編程問題，要求學生用盡可能高效的算法求解問題，經(jīng)過小組討論，學生能提出多種方案，選擇最優(yōu)方案，培養(yǎng)其溝通能力、團隊互助能力和精益求精的工匠精神。

在理論課上，教師深刻挖掘課程思政元素，圍繞當前時事、生活實例、中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化、馬克思主義哲學、習近平新時代中國特色社會主義思想以及家國情懷等與課程巧妙自然地結(jié)合，設(shè)計生動豐富的情境，實現(xiàn)課程思政，從而培養(yǎng)學生的文化自信、哲學思維、科學能力、職業(yè)素養(yǎng)和工匠精神。在講利用棧實現(xiàn)十進制轉(zhuǎn)換為二進制問題時，聯(lián)系中國文化的易經(jīng)陰陽思想，增強文化自信。在講最小生成樹的應(yīng)用——村村通公路時，可聯(lián)系國家精準扶貧政策，要想富，先修路，農(nóng)村修路是精準扶貧幫扶內(nèi)容之一，在脫貧攻堅的勝利中彰顯中國力量、中國精神、中國效率。

3結(jié)束語

課程改革是教學理念的轉(zhuǎn)變，是學習方式和教學方式的轉(zhuǎn)變，是由教師為中心向?qū)W生為中心的轉(zhuǎn)變，是由傳統(tǒng)的被動學習、依賴學習方式向現(xiàn)代的自主學習、探究學習、合作學習方式的轉(zhuǎn)變過程。課程改革只有起點，沒有終點，課程教學需要持續(xù)改進。

基金項目：2020年貴州工程應(yīng)用技術(shù)學院校級質(zhì)量提升工程“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”一流課程一般項目（JK202013）；2021年貴州省教學內(nèi)容與課程體系改革項目“基于學生中心的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學改革實踐與研究”（2021299）。

參考文獻

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[2]鄧思思.如何打造“科研思路與方法”線上線下混合式“金課”[J].科教導刊，2020，（17）：76-77.

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