信息安全專業數據結構課程思政教學設計與探索

曹彥　馬慧　忽海娜

摘? 要? 分析數據結構課程思政建設的現狀，提出面向信息安全專業特色開展思政教育的必要性。以立德樹人為導向，探討教學目標的價值塑造、教學過程和思政元素的融合、教學內容與思政元素的銜接。通過成績對比和問卷調查兩方面評價思政教學成效。

關鍵詞? 數據結構；信息安全；課程思政；思政元素

中圖分類號：G641? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）08-0096-04

0? 引言

高等學校作為為國家輸送高質量人才的主陣地，培養的學生不僅要具備扎實過硬的才能，還要具備為國家、社會和人民服務的德行。培養德才兼備的人才是我國高等院校發展的目標，也是中國未來發展和中華民族偉大復興的關鍵。2020年，教育部印發《高等學校課程思政建設指導綱要》，明確指出要在全國所有高校、所有學科專業全面推進高校課程思政教育；提升廣大教師開展課程思政建設的意識和能力；每門課以立德樹人為根本任務，做到育人和育才統一，提高人才培養質量。因此，高校教育必須積極探索專業課教育和思政教育的融合，建立全員、全程、全方位的思政教育體系。

1? 信息安全專業數據結構課程思政建設現狀

信息安全專業是國家實施安全戰略，培養網絡安全人才設立的，教學內容涵蓋計算機病毒、網絡攻擊與防御、滲透測試等。由于課程內容的特殊性，思政教育在信息安全專業人才培養方面的重要性不言而喻[1-2]。教學過程中要始終將價值塑造與知識傳授和能力培養融為一體，幫助學生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀。

數據結構課程是信息安全專業的一門重要專業基礎課，是一門研究非數值計算程序設計中的操作對象以及這些對象之間關系和操作的學科。在教學計劃中占據核心地位，是承上啟下的一門課程?，F已有大量研究人員探索數據結構課程思政建設方案，李志華等[3]通過分析高校計算類課程思政建設的現狀，提出了計算機類課程思政教學框架，并以數據結構為例，通過類比、關聯、隱喻等方式實現家國情懷、道德修養、國家戰略、優秀傳統文化教育等思政元素與課程知識點的無縫銜接。王燕等[4]

探討在線上線下混合教學模式下，數據結構課程和思政內涵的關系，并介紹了教學模式實踐全過程。盧玲等[5]通過分析計算機專業課程思政存在的問題，提出依托基層教學組織提升教師隊伍育人能力，根據OBE理念，按照課程目標—教學內容—教學方法—評價體系的路徑重構課程體系，以自編或引入方法建設專業課程思政資源，利用網絡資源延展課程思政育人空間。王新宇等[6]通過分析高校傳統工科教育存在的問題和開展課程思政的意義，提出了基于任務驅動和模擬情景的數據結構課程思政教學設計理念，并以最小生成樹為例進行了詳細闡述。譚定英等[7]從數據結構課程實施方案、實施方法、實施案例幾個方面探討了數據結構與算法課程的思政教學，并給出了課程思政教學評價方法。以上工作都是以計算機專業為大背景，挖掘思政元素，并不考慮專業特色與側重點。

本文以信息安全專業為背景，深入梳理信息安全專業課程的教學內容，從中挖掘與數據結構課程知識點相關的思政元素。結合信息安全專業特色，挖掘與專業知識點密切相關的思政元素。1）可以將思政元素有機融入課程教學，達到潤物無聲的育人效果。2）讓學生了解數據結構課程的應用場景，了解信息安全專業的特點，激發學生學好數據結構課程和專業課程的興趣以及用所學知識為國家發展和社會進步貢獻自己力量的決心。3）面向信息安全專業課程，實現課程間的縱向銜接，努力構建一體化的思政體系，打好立德樹人組合拳。

2? 信息安全專業數據結構課程思政教學設計

2.1? 思政元素引入數據結構教學目標

教學目標的制定對教學活動的展開具有導向作用。根據《高等學校課程思政建設指導綱要》，結合信息安全專業特色，重構素質目標，將家國情懷、文化素養、道德修養等思政元素融入課程教學目標。

數據結構課程的價值塑造目標為：1）了解基本國策和國家的發展戰略，樹立“先天下之憂而憂”的責任和擔當，為中華民族偉大復興而讀書的堅定信念；2）了解數據結構及相關技術的發展、研究和應用情況，培養科研素養和創新意識；3）具有良好的職業道德、團隊合作精神和較強的工程素

養；4）具有健全的人格、較強的抗挫能力和國家安全意識。

2.2? 思政元素引入數據結構教學過程

數據結構是理論和實踐并重的一門課程，面向信息安全專業，學校共設置56學時理論教學和16學時的實踐教學，理論教學和實踐教學分別進行考核。再加之課前預習和課后延伸共同組成每個知識點的教學步驟。教學過程從提出問題出發，沿著分析問題、解決問題、工程實現和知識遷移的主線展開，采用案例啟發式、翻轉課堂、動畫演示、情境教學等教學方法提升教學效果。教學全程與課程思政緊密結合，具體如圖1所示。

1）通過問題的提出，引導學生課前預習，對課程內容進行梳理，并完成課前預習的任務點檢測。培養學生自主學習和獨立思考的能力。

2）理論課堂主要包括知識講解和翻轉課堂。課程內容的講解從縱向和橫向兩個維度展開?？v向分析數據結構認知過程，構建知識點之間的邏輯關系，培養學生邏輯思維能力，形成創新意識。橫向比較同類算法的構建思維，比較算法性能，培養學生追求卓越、精益求精的工匠精神。另外，由于數據結構的抽象性，多采用多媒體課件動態演示算法的設計思想，通過視頻動畫演示算法的執行流程。知識講解完成后，一方面通過練習題測試學生的掌握程度，另一方面通過翻轉課堂，將課堂主動權交予學生，商量討論課前提出問題的解決方案，體會思維的變化，感受算法設計的魅力，激發學生學習的積極性和主動性，培養學生勇攀高峰的探索精神。

3）實踐課堂實現了理論問題向實際問題的轉換。實踐課堂包括課堂實驗和綜合作業等教學內容。課堂實驗能夠讓學生在最短時間內將理論知識實踐化，在一定程度上能夠一直保持學生學習的能動性，逐步培養學生的工程應用能力。程序的編寫不僅要保證不存在語法錯誤，還要保證功能性的實現，程序編寫與程序調試的過程能夠使學生樹立踏實、嚴謹細致的工作作風。綜合作業為課程結束后一個小型企業項目。學生自行組隊，3人一組，按照需求分析、概要設計、詳細設計、編碼、測試的流程完成實踐任務，形成項目報告并參加答辯。通過營造企業情境模式，一是培養學生的團隊合作意識，使其感受團隊合作帶來的力量。二是提升學生知識運用能力，使其感受職業的成就感和職業挑戰，培養學生敬業、誠信的道德觀念。

4）課后除完成基本作業之外，都會讓學生通過文獻檢索、資料查詢、請教詢問等方式明確相關數據結構的應用領域，并以小組形式討論分享最終形成報告文檔。一方面能擴展學生的知識面，更新知識結構，及時了解相關領域的最新研究進展，培養科研意識；另一方能鍛煉學生的溝通能力、表達能力和寫作能力，使其形成自我認知，樹立揚長補短的進取精神。

2.3? 思政元素引入數據結構課程內容

為了把思政元素自然地融入課堂，須根據具體講解內容和信息安全專業特色，精心設計切入點，同時保證課程思政教學的操作性和趣味性。數據結構課程內容與思政元素的對應關系見表1。

1）通過介紹大數據時代數據處理效率的要求和區塊鏈記賬權的獲取過程，讓學生了解時間復雜度和空間復雜度分析的必要性。黨的十八大以來，黨中央高度重視發展數字經濟，強調推動互聯網、大數據、人工智能和實體經濟的深度融合。2019年，中央政治局第十八次集體學習時，習近平總書記發表重要講話，深刻闡明區塊鏈技術在新的技術革新和產業變革中的重要作用，對推動區塊鏈技術和產業發展提出了明確要求。大數據和區塊鏈技術已經上升為國家戰略，大學生作為國家的中流砥柱，是我國科研發展和社會建設的主力軍，將國家戰略作為思政元素融入課程思政教學過程，將對學生的思想政治教育起到引領作用，同時勉勵新時代青年大學生要樹立遠大的理想，擔當時代的責任，為中華民族偉大復興貢獻智慧和力量。

2）通過介紹順序表和鏈表的優缺點，培養學生的辯證思維，使其從多角度分析問題，從而樹立公正的評判意識。

3）通過Olldbg逆向分析工具調試運行一個小的病毒程序（COM病毒），演示棧在函數調用中的變化過程，實現無源碼情況下的逆向分析。通過執果索因的過程，使學生構建逆向思維，提高學生創造能力和解決問題的能力。

4）新型冠狀病毒的檢測是通過DNA串的匹配。如果在患者樣本中能夠匹配到新型冠狀病毒的特異核酸序列，該患者就被認為是新型冠狀病毒的感染者。這個匹配過程就類似串的模式匹配過程。通過介紹抗 “疫”戰爭，使學生感受中國力量、中國速度、中國精神和中國擔當，彰顯中國自信和民族自信。

5）通過講解網絡中信息竊取、篡改等安全事件，說明通信安全的重要性，而哈夫曼編碼作為一種加密方式，可在一定程度上保障傳輸文本的安全，引導學生奮發圖強、積極進取、刻苦學習，樹立愛國情懷，堅定強國意志。

6）通過講解最小生成樹在路由協議構建中的應用，引導學生要把所學知識內化于心，構建屬于自己的知識體系，不斷提升自身人文素養。通過介紹獲取圖靈獎的荷蘭計算機科學家Edsger Wybe Dijkstra（最短路徑Dijkstra算法的創造者）的人生經歷，引導學生樹立積極向上的人生態度，弘揚敢為人先、勇于探索的進取精神。

7）面向網絡中層出不窮的惡意代碼，如何提高殺毒軟件的查殺速度，既是挑戰也是機遇，使學生明白作為信息安全專業學生的社會責任和使命，引導學生樹立面對問題迎難而上的勇氣和精神。

3? 數據結構課程思政教學成效

3.1? 成績對比

筆者從2021年開始探索信息安全專業數據結構課程思政的教學，將其應用到2021級。在課程考核結束后，對教學成效進行了評估。將2021級學生的平均成績和2020級進行對比（圖2），包括理論作業平均成績、期末卷面平均成績、實踐課后作業平均成績、實踐綜合作業平均成績。課后調研為2021級新增教學過程，無法進行成績對比。

從圖2可知，學生四個方面的平均成績均有提高，尤其是實踐作業。這表明數據結構課程思政能更好地激發學生學習的積極性，引導學生形成探索精神和創新意識。

3.2? 思政教學滿意度調查

學生評教過程中，設置課程思政教學評價問卷。問卷中包括對國家發展戰略的認識是否有所提高、作為信息安全專業學生對歷史使命的認知是否有所提高、自主學習獨立思考的能力是否有所提高、表達能力和溝通能力是否有所提高、思政元素和教學內容是否實現了無縫銜接等等。收集分析問卷后發現，肯定回答的比例占到98%，表明根據專業特色，進行思政元素的抽取更能獲得學生的認可。

4? 結論

專業課程和思政元素的融合是高校育人過程中的核心要求。面向信息安全專業數據結構的授課過程，采用案例啟發式、翻轉課堂、動畫演示、情境教學等靈活豐富的教學方法和教學手段，找準思政元素引入的切入點，實現家國情懷、文化素養、道德修養、工匠精神等思政元素與課程的有機結合，使學生深刻感受到祖國的偉大和自身的歷史使命，明確個人學習目標，堅定為中華崛起而讀書的信心。通過成果評價說明數據結構課程的教學實現了專業知識培養和思政教育的雙重目標，教學成效較佳。

5? 參考文獻

[1] 平源，馬慧.地方應用型高校信息安全專業課程體系構建探索[J].中國教育技術裝備，2020（7）：84-87.

[2] 賴英旭，劉靜，楊震，等.信息安全專業的專業思政體系構建方法[J].計算機教育，2020（8）：46-49.

[3] 李志華，張燁超，詹國華.數據結構課程思政建設的探索與實踐[J].計算機教育，2021（7）：64-67.

[4] 王燕，羅佳琪，潘曉英，等.課程思政視域下數據結構課程線上線下混合教學模式探索[J].計算機教育，2022（9）：63-67.

[5] 盧玲，楊武，陳媛，等.數據結構課程思政路徑探索與實踐[J].計算機教育，2022（2）：30-33.

[6] 王新宇，潘雨青.數據結構課程思政教學設計與實踐[J].計算機教育，2021（1）：97-100.

[7] 譚定英，陳平平，李學征，等.數據結構與算法課程思政教學案例[J].計算機教育，2022（1）：78-83.

*項目來源：許昌學院校級教育教學改革項目“工程認證背景下信息安全專業數據結構課程教學改革探索”（XCU2023-YB-43）。

作者簡介：曹彥，博士，講師；馬慧，教授；忽海娜，副教授。