新工科背景下數據結構與算法課程思政教學改革研究

馮學曉 張曉 歐群雍

基金項目：鄭州工業應用技術學院校級課程思政樣板課程項目“數據結構與算法”（項目編號：鄭工教〔2022〕6號文件）；2022年教育部高等教育司產學合作協同育人資助項目“新工科背景下數據結構與算法課程思政教學改革研究”（項目編號：220901221141447）；2021年教育部高等教育司產學合作協同育人資助項目“新工科背景下人工智能專業建設方案研究”（項目編號：202102633001）；鄭州工業應用技術學院校級一流本科專業建設點項目“物聯網工程”（項目編號：鄭工政〔2021〕170號文件）。

【摘? 要】 課程思政教學改革對學生、教師和高校教育體系具有深遠影響，其在培養具備倫理素養和社會責任感的工程師和公民方面更具有重要意義。基于此，文章重點探討了如何在數據結構與算法課程中融入思政教育元素，包括課程內容整合與設計、教學方法與策略的調整、教師培訓與支持、學生參與及反饋、評估與改進五個關鍵方面，以期提高學生的綜合素養和倫理決策能力。

【關鍵詞】 數據結構與算法課程；思政教育；改革；綜合素養

在新工科背景下，高校教育面臨著不斷變化的挑戰和機遇。隨著社會對工程技術人才的需求不斷增加，數據結構與算法課程作為計算機科學和工程領域的核心課程，扮演著至關重要的角色。然而，傳統的技術教育往往偏重專業知識傳授，缺乏對倫理和社會責任的關注。在這一背景下，思政教育在高校課程中的融合變得愈發重要。本研究旨在探討如何在數據結構與算法課程中融入思政教育元素，從而為高校教育提供有關如何將思政教育元素融入技術課程中的指導和啟示，以培養更具有全面素養的工程師和公民，滿足社會對人才的需求，并為高校教育的不斷改進提供有益的經驗。

一、相關理論綜述

（一）數據結構與算法課程的本質

一是數據結構的學習：課程首先介紹各種基本數據結構，如數組、鏈表、樹、圖等，以及它們的實現和操作方法。學生需要理解每種數據結構的特點、適用場景以及時間復雜度。二是算法設計與分析：課程著重培養學生的算法設計能力。學生將學習不同的算法設計方法，包括貪心算法、動態規劃、分治法等。同時，他們需要學會分析算法的時間復雜度和空間復雜度，以便能夠選擇最合適的算法來解決不同的問題。三是問題解決能力：數據結構與算法課程旨在培養學生的問題解決能力。通過解決各種復雜的計算機科學問題，學生將學會將抽象思維應用于實際情境，并編寫高效的代碼來解決這些問題。四是編程技巧：課程還注重編程技巧的培養。學生需要通過實際編程練習來鞏固所學的數據結構和算法知識，并學會編寫清晰、高效的代碼。

（二）思政教育在高校課程中的應用

思政教育在高校課程中的應用是教育領域的重要話題。思政教育是高校教育中的一項重要任務，旨在培養學生的思想品德、社會責任感和公民素養。其特點在于注重對學生的思維方式、價值觀念和社會責任的引導和塑造。思政教育鼓勵學生獨立思考，培養其批判性思維，激勵他們積極參與社會事務、關注時事問題，并形成積極向上的價值觀。在高校教育中，思政教育應與專業課程有機融合。這一融合不僅能夠加深學生對專業知識的理解，還能夠促使他們將道德倫理和專業實踐相結合。例如，在數據結構與算法課程中，可以引入與倫理、社會責任相關的案例研究，讓學生思考計算機科學領域的倫理挑戰，如隱私保護、人工智能倫理等。通過這種方式，學生將更深刻地理解專業知識與社會倫理之間的關聯，并培養出社會責任感。

（三）新工科教育與數據結構與算法課程

一是跨學科融合：鼓勵學科之間的融合與合作，培養綜合性能力。二是工程實踐：注重學生在實際工程項目中的實踐經驗，培養解決實際問題的能力。三是創新與創業：鼓勵學生具備創新思維，培養創業意識。數據結構與算法課程與新工科教育的關聯：一是跨學科融合：數據結構與算法課程為計算機科學專業的學生提供了跨學科的基礎，使他們能夠更好地與其他工程領域的學生合作，解決復雜的工程問題。二是工程實踐：通過數據結構與算法課程中的編程實踐和項目，學生將在實際工程項目中應用所學知識，培養工程實踐能力。三是創新與創業：數據結構與算法課程培養學生的問題解決能力，這對創新和創業非常重要，學生可以利用所學知識開發新的技術和應用。

二、課程思政教學改革的影響

（一）提升學生的綜合素養

通過將倫理、社會責任等思政教育內容融入數據結構與算法課程，培養學生更廣泛的素養。他們不僅能夠具備技術專業知識，還能夠運用倫理原則和社會意識來解決現實問題。這有助于他們更好地應對工作中的倫理挑戰，成為有社會責任感的專業人才。

（二）培養批判性思維和倫理決策能力

課程改革強調了學生的批判性思維和倫理決策能力的培養。學生在分析案例、參與討論和撰寫倫理反思論文的過程中，不僅能夠學到知識，還能夠培養獨立思考和道德判斷的能力，這對他們的職業發展和日常生活意義重大。

（三）提高教師的專業素養

為了成功實施思政教育，教師不僅需要掌握專業技術知識，還需要深入理解倫理和社會問題。這將促使教師提高自身倫理素養和專業素養，使他們能夠更好地引導學生思考和討論倫理問題。這也有助于構建更具人文關懷的教育氛圍。

（四）創新教育體系

數據結構與算法課程思政教學改革是高校教育體系創新的一部分。它鼓勵不同學科領域的融合，推動了跨學科教育的發展。這種創新模式可以為其他課程和專業提供啟示，促進更多思政教育的融入。

（五）培養社會責任感

通過思政教育改革，學生將更加了解自己在社會中的責任和角色。他們不僅僅是掌握技術專業知識的精英，還是社會大家庭的一分子，肩負著關注和解決社會問題的責任。這種教育改革有助于培養出具備高度社會責任感的公民。

三、數據結構與算法課程思政教學改革的實施路徑

（一）課程內容的整合與設計

數據結構與算法課程思政教學改革的核心在于將技術教育與倫理、社會責任等思政教育內容相互融合，以培養學生的全面素養。為實現這一目標，需要明晰的課程設計與內容整合。首先，課程內容應明確定義與思政教育相關的主題和模塊。這些主題可能包括倫理原則、社會責任、隱私保護、人工智能倫理等。明確這些主題，可以為學生提供一個明晰的思考框架。其次，選擇合適的教材和案例非常關鍵。教材可以包括倫理學經典著作、現代倫理理論、法律法規文件等，以便學生能夠深入理解倫理的基本概念和原則。最后，引入真實世界的案例研究，如數據泄露事件、算法偏見等，有助于學生將抽象倫理理論與實際問題相聯系。更進一步地說，課程設計需要確保思政教育內容與技術教育內容之間的有機融合。這可以通過將思政教育元素嵌入技術教育的實際案例中，讓學生在解決問題時考慮倫理和社會責任因素。例如，在教授排序算法時，可以引入一個案例，討論算法的公平性和社會影響。

（二）教學方法與策略的調整

第一，引入案例研究。通過真實世界的案例，可以引導學生思考倫理和社會責任問題。案例研究可以涵蓋技術領域中的倫理挑戰，如隱私問題、算法偏見、數據安全等。學生將得到機會針對這些案例進行分析，思考可能的倫理決策，以及不同決策對社會的影響。第二，采用小組討論與辯論。組織小組討論和辯論活動可以促進學生之間的思想交流和合作。通過討論倫理問題，學生可以從不同角度探討并辯論出解決問題的最佳方式。這有助于培養學生的批判性思維和團隊協作能力。第三，鼓勵學生參與倫理反思論文的撰寫。在課程結束時，教師應要求學生撰寫一篇倫理反思論文，分析他們在課程中所面臨的倫理挑戰，以及如何應對這些挑戰。這項任務能夠培養學生的個人思考和反思能力，幫助他們將課程所學應用到實際情境中。第四，教師應充分準備并引導學生參與。教師的角色在于引導學生的思考，鼓勵他們提出問題和從不同角度思考倫理問題。教師還應提供適當的支持和反饋，確保學生在思政教育方面有所成長。

（三）教師培訓與支持

一是為教師提供專門的倫理教育培訓。這種培訓可以涵蓋倫理理論、倫理決策模型、倫理問題分析等內容。教師將學習如何教導學生思考倫理問題，以及如何應對可能出現的倫理挑戰。二是為教師提供案例和教材資源。教師需要了解如何將倫理案例引入課程，并能夠有效地引導學生分析這些案例。提供適用的教材和案例資源，有助于教師更好地準備教學內容。三是建立教師交流與合作平臺。教師之間的經驗分享和合作對提高思政教育的質量至關重要。學校應創建一個教師社群，讓教師之間分享成功的教學實踐、教材資源和課程設計，進而促進更好的教學方法的傳播。四是為教師提供定期的反饋和指導。在改革初期，教師可能需要額外的支持和指導，以適應新的教學方法和策略。定期觀摩課堂、提供反饋、組織教學研討會等方式可以幫助教師不斷提高自身的倫理教育水平。

（四）學生參與及反饋

在數據結構與算法課程思政教學改革中，學生的積極參與和反饋至關重要。以下是關于學生參與及反饋的關鍵點：第一，鼓勵學生積極參與課堂活動。教師可以采用互動式教學方法，如案例分析、小組討論和角色扮演，以激發學生積極參與、主動思考。這種參與性教學有助于學生更深入地理解倫理問題，提高他們的批判性思維能力。第二，定期收集學生的反饋。可通過匿名問卷、小組討論或個別面談等方式，收集學生對課程內容和教學方法的看法和建議。學生的反饋可以幫助教師了解他們的需求和關注點，從而及時調整課程。第三，鼓勵學生參與倫理反思活動。例如，可以要求學生撰寫倫理反思論文，讓他們分析課程中所遇到的倫理挑戰，以及自己的倫理決策。這有助于學生將倫理理論應用到實際情境中，提高他們的倫理素養。第四，建立學生反饋的閉環機制。教師應該積極響應學生的反饋，將學生的建議納入課程調整中。這可以增強學生的參與感和課程滿意度，并推動課程的不斷改進。

（五）評估與改進

為確保數據結構與算法課程思政教學改革的成功，需要建立有效的評估機制，并根據評估結果進行不斷的改進。以下是評估與改進方面的關鍵措施：首先，建立課程評估體系。這包括制定明確的課程目標和學習成果，并確定相應的評估方法和指標。課程目標可以包括學生的倫理素養、批判性思維能力、倫理決策能力等。評估方法可以包括考試、論文、案例分析、小組討論等多種形式。其次，定期進行課程評估。在每個學期結束后，應對課程進行全面評估，收集學生的學術表現數據以及思政教育成果的相關信息。這可以通過學生問卷調查、作業評估和課堂觀察等方式完成。再次，分析評估結果。教師和教育機構應仔細分析評估結果，了解課程的優點和不足之處，這有助于確定改進的方向和重點領域。最后，根據評估結果進行改進。根據評估結果，對課程進行相應的調整和改進。這可能包括修改教學方法、更新教材、增加案例研究等。改進的目標是提高課程的質量，確保學生在思政教育方面能夠得到充分的成長。

四、結語

數據結構與算法課程思政教育改革是高校教育的重要創新舉措，它已經產生了積極的影響，并為未來的發展提供了有益的經驗。這一改革通過培養學生的綜合素養、批判性思維和倫理決策能力，能夠使得學生更好地適應技術發展的挑戰，滿足社會變革的需求。同時，教師的專業素養也得到了提升，高校教育體系也因此更具創新力。未來，期待更多高校將思政教育元素融入不同領域的課程中，為培養具備倫理素養和社會責任感的工程師和公民提供更多機會。這不僅有助于高校教育的不斷改進，也將為社會的可持續發展貢獻更多智慧和力量。

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