數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程思政融入案例教學的研究與實踐

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是所有計算機專業(yè)的學科基礎必修課，是計算機專業(yè)人才培養(yǎng)的關鍵一環(huán)，起著承上啟下的作用。根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容中案例豐富的特點，采用思政元素融入案例，重構(gòu)知識結(jié)構(gòu)、優(yōu)化教學方法、注重價值塑造，并結(jié)合學習通平臺進行線上線下混合式教學，開展教學設計的全面革新。課堂教學真正做到“以學生為主體，教師為主導”，培養(yǎng)學生的抽象思維能力、分析能力和創(chuàng)新能力，使學生學到知識的同時樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀。實踐證明，教學改革以來，學生人文素質(zhì)得到提升，課程平均成績顯著提高。

課程教學設計

2022年7月，教育部印發(fā)的《全面推進“大思政課”建設的工作方案》指出，全面推進課程思政建設，把課程思政建設作為落實立德樹人根本任務的關鍵環(huán)節(jié)，將知識傳授、能力培養(yǎng)和價值塑造三者融為一體，將隱性教育和顯性教育相統(tǒng)一，形成協(xié)同效應，構(gòu)建全員全程全方位育人大格局。[1]

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學重視知識和能力的培養(yǎng)，但缺乏對人文素質(zhì)的重視。因此教師除了探索教學方法外，還應加強素質(zhì)教育，深入挖掘課程中蘊含的思想政治教育資源，在課程教學設計中重視思政元素的引入，構(gòu)建完善的教學評價機制，達成知識、能力、價值于一體的教學目標，提高教學效果。[2]數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學設計如圖1所示。

思政元素融入案例教學探索

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的每章都是通過案例的形式引出該章的知識點，因此可以通過案例引導學生關注該知識點在我國各個領域中的應用，并將思政元素如春風化雨般地融入到案例教學過程中。在調(diào)動學生學習積極性和主動性的同時，注重強化學生工程倫理教育，培養(yǎng)學生精益求精的大國工匠精神，激發(fā)學生科技報國的家國情懷和使命擔當。[3-5]

例如，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的“圖”結(jié)構(gòu)被廣泛應用于數(shù)據(jù)挖掘、社交網(wǎng)絡和人工智能等領域，在講授本章節(jié)內(nèi)容時，可以向?qū)W生介紹相關領域的最新知識，吸引學生的注意力，引導學生開拓進取。此外，“圖”這章有很多實際案例，這些案例中又蘊含了很多思政元素。比如：在講解圖的遍歷時可以引入信息傳播的案例，聯(lián)系實際生活中謠言的傳播，引導學生做誠實有智慧的人，讓謠言止于智者；在講解有向無環(huán)圖時，聯(lián)系高校排課的案例，課程之間有相互聯(lián)系，排課時要有先后之分，讓學生重視基礎的累積，不好高騖遠；在講解最小生成樹時，聯(lián)系N個城市之間建立通信網(wǎng)的案例，讓學生日常生活中注重節(jié)儉美德；在講解最短路徑時，聯(lián)系最優(yōu)旅游線路的設計實例，引導學生要善于思考，提高效率，“讀萬卷書不如行萬里路”，要飽含中國情，體驗不同地區(qū)的風土人情；在講解關鍵路徑時，聯(lián)系工程施工圖，有些活動的工期延誤了不影響整個工期，但一旦關鍵路徑上的活動延期了，那整個工期就要延后了，讓學生明白事情有分輕重緩急，要懂得抓住重點。通過在案例中融入思政元素，不僅能激發(fā)學生的學習興趣，還能培養(yǎng)學生科技強國的責任感和使命感。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中每章部分由案例挖掘的思政元素如表1所示。

課程教學實施

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學實施“案例引入→討論探究→融入思政→知識講解→知識運用→案例解決→總結(jié)貫通”流程。以興趣為牽引，與立德樹人相結(jié)合，激發(fā)學生學習與探索精神。以學生為主體，依托現(xiàn)代信息技術，讓學生適當擴充認知，充實自我。在案例中融入課程思政元素，更好地做到價值引導，推動發(fā)展“教學方法新起來、課堂氛圍活起來、學生動力強起來、教學效果實起來”。整個課程教學分為課前、課中和課后三個階段。現(xiàn)以“最小生成樹”為例，給出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程案例教學的詳細實施方案。

（一）課前

課前，通過學習通發(fā)布案例思考問題“已知每兩個城市之間建立線路的經(jīng)濟代價，如何使得在N個城市之間建立的通信網(wǎng)總費用最少呢？”，主題討論“現(xiàn)實中所建通信網(wǎng)和圖的理論知識之間的聯(lián)系”，分享相關學習資料“普利姆算法和克魯斯卡爾算法的基本思路”，引導學生自主學習、提前預習、參與研討，找準自己學習該知識點的重難點。預習資料分不同層次，逐層進階，照顧不同階段的學生。既讓學生提前了解到了下堂課所講的理論知識點，從而找到自己掌握該內(nèi)容的薄弱之處，便于上課時重點突擊，收獲更豐；又讓教師提前了解了班上同學的整體情況，便于上課時做到有的放矢，提高課堂效率。課前實施方案如圖2所示。

（二）課中

課中，引入課前發(fā)布的案例思考問題，調(diào)動學生的學習積極性，激發(fā)學生的探索興趣，并引導學生分析，將問題中的對象和圖中的具體知識進行對應，獲得數(shù)據(jù)模型——“城市”對應圖中的頂點，“線路”對應圖中的邊，“線路的經(jīng)濟代價”對應邊的權值，“N個城市之間的最小代價通信網(wǎng)”對應找連通圖的最小生成樹。再將思政元素“浪費可恥，節(jié)約為榮”無縫融入到該案例教學中。之后開展理論知識講解，重點解析學生的學習難點“普利姆算法的核心思想”，最后配合案例進行實際問題的編程求解，并在計算機上運行出正確結(jié)果。

（三）課后

課后，教師根據(jù)課堂中學生的互動情況，制作復習視頻資料并發(fā)布于學習通平臺，并讓學生以觀看視頻、完成作業(yè)、進行課后答疑與拓展來鞏固課堂知識。此外，教師根據(jù)平臺信息反饋來進行統(tǒng)計分析并優(yōu)化教學實施。課后實施方案如圖3所示。

教學方法與效果

（一）教學方法

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較注重的是抽象思維以及知識的整體結(jié)構(gòu)，并且每節(jié)課的課堂容量大，這就要求教師課上明確講課的重點和難點，到了難點的地方要慢下來，給學生思考的時間，同時講明分析問題的思路和方法，讓學生從思想上理解問題。另外數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課本上算法很多，且有些過程復雜，導致學生在學習過程中經(jīng)常會因為難以理解而對本門課程失去興趣，這要求教師在講授過程中注意理論和實際的結(jié)合，注意課程思政融入實際案例，以提高學生的積極性。在講授不同的課程內(nèi)容時，靈活選擇不同的教學方法。[6]

1、案例教學法

通過案例引入新的知識，然后開展新知識的教學，最后通過案例解決強化新學的知識，前后呼應，首尾相顧，使學生對所學知識知其然、知其所以然，達到更好的教學效果。在進行單鏈表教學前，首先展示稀疏多項式，讓學生考慮如何存儲一個稀疏多項式，用順序表存儲稀疏多項式從存儲空間占用角度不合算，討論順序表在存儲稀疏多項式時存在的問題，提出結(jié)點結(jié)構(gòu)，展示如何通過指針將結(jié)點結(jié)構(gòu)連接成單鏈表。學習完單鏈表內(nèi)容后，讓學生考慮如何用單鏈表實現(xiàn)稀疏多項式的存儲和操作？選用不同的存儲策略對操作有什么影響？用鏈式存儲結(jié)構(gòu)存儲稀疏多項式，克服了順序存儲結(jié)構(gòu)存在的問題，既節(jié)省存儲空間、又方便操作實現(xiàn)。此外，在案例中融入思政元素，由頭結(jié)點的使用，可以引出在一個集體中起模范帶頭作用的先進分子，讓學生積極發(fā)揮表率和榜樣作用，以陽光的心態(tài)對待學習和生活。

2、問題引入法

課前在學習通平臺發(fā)布思考問題，引導學生查閱資料、展開討論、相互交流，讓學生有足夠的時間來尋求解決問題的對策。在此過程中，不僅能培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力，還能提高他們自主學習的能力，后面再引入新知識點時，學生也能更好地理解。

3、知識遷移法

例如在講解單鏈表的遍歷時，首先以將順序表內(nèi)容輸出到屏幕為例，回顧順序表遍歷的代碼結(jié)構(gòu)，隨后，向?qū)W生提出問題，如何以類似結(jié)構(gòu)寫出將單鏈表內(nèi)容輸出到屏幕的代碼。這里就可以引出輔助指針p，讓其指向當前要處理的結(jié)點，使其起著與順序表實現(xiàn)中數(shù)組的下標i變量類似的作用。從而參照順序表的實現(xiàn)來完成單鏈表算法的實現(xiàn)。

4、分解教學法

例如在單鏈表算法教學中，先學習單鏈表的遍歷和求單鏈表的長度的算法，通過動作分解，讓學生掌握單鏈表的一些基本操作，逐個攻克學習難點，降低學生學習難度，為學習更多的鏈表算法打下基礎。在講解單鏈表算法時，由于經(jīng)常要依次處理每個結(jié)點，這時就需要用輔助指針p跟蹤當前要處理的結(jié)點。通過運行代碼，逐步跟蹤將單鏈表內(nèi)容輸出到屏幕的代碼，使學生體會每條語句的作用，也讓學生更加重視實踐。

5、討論教學法

對于過于復雜的內(nèi)容，可以以小組為單位，讓學生在一定時間內(nèi)圍繞核心問題展開討論，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的合作精神。所謂“三個臭皮匠頂個諸葛亮”，學生經(jīng)過小組討論后，更容易理解相關知識點。

（二）教學效果

自開展課程思政融入案例教學改革以來，思政元素由略顯乏味的理論變?yōu)樯鷦诱鎸嵉陌咐瑯O大地調(diào)動了學生學習的積極性和參與性，同時也提高了學生的人文素質(zhì)——樹立正確的三觀，增強學好專業(yè)的使命感，激發(fā)科技報國的家國情懷。從而使“以學生為主體，教師為主導”的教學理念得以很好地實施，教學效果顯著。學生在2022-2023學年各評價指標有了明顯提升：課堂出勤率達到99.5%、實驗報告完成度達到100%、學生互動參與率超過70%，學生成績及格率達到98%以上，學生對本課程的滿意度達到滿分。課程團隊教師指導學生參加藍橋杯與ICPC國際大學生程序設計競賽獲得70多個獎項。

結(jié) 語

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一門理論性較強的課程，也是計算機專業(yè)后續(xù)課程的基礎，因此在教學過程中，教師要結(jié)合學生的實際情況，重視數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與已學程序設計語言的銜接，引導學生發(fā)現(xiàn)課程的內(nèi)涵與價值，實現(xiàn)通過案例教學對所學知識點的轉(zhuǎn)化。聚焦前沿熱點，強化創(chuàng)新實踐，利用線上資源豐富學習內(nèi)容，提升思維深度，拓展學習維度，培養(yǎng)學生以實踐為基礎的辯證思維能力和計算思維能力。

全面推進課程思政建設工作，結(jié)合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程案例豐富的特點，把中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化、社會主義核心價值觀、人文素養(yǎng)、家國情懷、工匠精神等思政元素有機滲透到案例中，使學生在掌握專業(yè)知識的同時，潛移默化地接受深刻的思想政治教育，并通過案例的實現(xiàn)，能更通透地理解和接受思想教育，從而讓案例與思政教育有機結(jié)合、無縫銜接。

參考文獻

[1]柳巧玲：《“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程思政教學探索與實踐》，載《中國信息技術教育》，2023（14）：106-108頁。

[2]康凱、王芬：《〈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)〉課程思政實施路徑研究》，載《寧夏師范學院學報》，2023，44（05）：27-31頁。

[3]李曉霞、李一清：《〈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法〉課程思政教學的探索與實踐》，載《河西學院學報》，2023，39（02）：119-123頁。

[4]陶南、唐懿芳、林萍：《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程思政教學設計與實踐》，載《計算機教育》，2023（05）：60-64頁。

[5]王亞麗、高淑敏、袁培燕：《課程思政引領的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學》，載《計算機教育》，2021（08）：57-60頁。

[6]崔青：《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程思政三維結(jié)構(gòu)內(nèi)容體系構(gòu)建》，載《計算機教育》，2023（06）：12-17頁。

作者簡介

左翠華 武漢輕工大學數(shù)學與計算機學院講師，研究方向為聯(lián)邦學習

李雅琴 武漢輕工大學數(shù)學與計算機學院教授，研究方向為深度學習