智慧教育背景下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程建設(shè)探索

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，智慧教育已經(jīng)成為當(dāng)今教育改革的重要方向。智慧教育是以學(xué)生為中心，通過(guò)先進(jìn)的信息技術(shù)手段，為學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化、智能化的教育環(huán)境和服務(wù)的教育模式。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法是計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，該課程偏重于理論，內(nèi)容抽象，注重理解，同時(shí)還要求學(xué)生能夠?qū)⒊橄蟮乃季S轉(zhuǎn)化為可以用計(jì)算機(jī)操作的具體實(shí)踐，是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程。[1]傳統(tǒng)的課程教學(xué)模式無(wú)法使學(xué)生真正掌握課程精髓，無(wú)法靈活地利用課程知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，較難實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新和好的學(xué)習(xí)效果，難以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。本文主要探討在智慧教育背景下，如何進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程的建設(shè)，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和創(chuàng)新實(shí)踐能力，充分利用智慧教育的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，結(jié)合課程的教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐需求，提出一種智慧課程建設(shè)方法。

一、課程現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法是計(jì)算機(jī)科學(xué)的核心課程，是銜接先修課程與后續(xù)專業(yè)課程的紐帶，學(xué)好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法能對(duì)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)起到事半功倍的作用，直接奠定了后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)的難度和知識(shí)掌握的高度，可以說(shuō)是培養(yǎng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用型人才的重中之重。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程的教學(xué)重點(diǎn)分為兩部分，一是督促學(xué)生掌握基礎(chǔ)概念，二是提高學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力以解決實(shí)際問(wèn)題，因此，該課程是一門理論和實(shí)踐并重的課程，然而從學(xué)校學(xué)生情況分析結(jié)果來(lái)看，該課程的教學(xué)存在三大問(wèn)題。

（1）課程基礎(chǔ)概念多，概念容易混淆，導(dǎo)致學(xué)生難以掌握，且課程的內(nèi)容抽象，邏輯性較強(qiáng)，對(duì)邏輯思維和抽象能力要求都較高，僅通過(guò)課本和課件教學(xué)，依靠學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行知識(shí)學(xué)習(xí)的效果往往不佳。

（2）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程的目標(biāo)不僅是讓學(xué)生掌握理論知識(shí)，更重要的是讓他們能夠運(yùn)用這些知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。學(xué)校目前的教學(xué)方式過(guò)于偏重理論講授，學(xué)生往往缺乏實(shí)際操作的機(jī)會(huì)，導(dǎo)致他們難以將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際問(wèn)題的解決方案。這不僅影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，也使得課程的教學(xué)目標(biāo)難以實(shí)現(xiàn)。

（3）教學(xué)評(píng)價(jià)是教學(xué)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，它可以幫助教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，發(fā)現(xiàn)教學(xué)中的問(wèn)題，為改進(jìn)教學(xué)提供依據(jù)，也可以給學(xué)生反饋刺激，促進(jìn)學(xué)生及時(shí)地查漏補(bǔ)缺。學(xué)校目前的教學(xué)效果反饋主要依靠課程作業(yè)和期末考核，這兩種方式的反饋周期長(zhǎng)、方式單一，無(wú)法及時(shí)、全面反映教學(xué)效果，也無(wú)法對(duì)教學(xué)改進(jìn)提供有效反饋，不能實(shí)現(xiàn)教育閉環(huán)。

二、基于DIKW模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程建設(shè)方法

DIKW模型是一個(gè)用于描述數(shù)據(jù)（Data）、信息（Information）、知識(shí)（Knowledge）和智慧（Wisdom）之間關(guān)系的模型，從模型的理論框架來(lái)看，當(dāng)數(shù)字化技術(shù)不斷發(fā)展﹑數(shù)據(jù)成為驅(qū)動(dòng)核心要素的時(shí)候，教育過(guò)程也從信息到知識(shí)的傳遞，轉(zhuǎn)型為數(shù)據(jù)到智慧的升華。

將DIKW模型理論框架和模塊化知識(shí)相結(jié)合，可以解決學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念理解感覺(jué)抽象難懂的問(wèn)題。在教學(xué)過(guò)程中引用各種各樣的生活知識(shí)來(lái)類比，并運(yùn)用圖形與代碼結(jié)合的方式來(lái)演示抽象內(nèi)容，指導(dǎo)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)所涉及的算法作逐行分析和比較。應(yīng)用數(shù)字化平臺(tái)在課程教學(xué)中實(shí)現(xiàn)信息化交互式課程設(shè)計(jì)，以問(wèn)題導(dǎo)向的方式引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐學(xué)習(xí)，以達(dá)到素質(zhì)培養(yǎng)的教學(xué)要求。本文基于DIKW模型理論，提出一種智慧教育背景下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程建設(shè)的方法。

（一）建設(shè)線上課程資源

目前，在線教學(xué)平臺(tái)的蓬勃發(fā)展為學(xué)生提供了便捷、高效的學(xué)習(xí)途徑，也對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)體系產(chǎn)生了重大影響，是未來(lái)課堂教學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程由于其學(xué)習(xí)的難度，學(xué)生往往無(wú)法在有限的教學(xué)時(shí)間中掌握課程基礎(chǔ)知識(shí)。建設(shè)線上課程資源，能夠?yàn)閷W(xué)生提供便捷的學(xué)習(xí)途徑，突破了傳統(tǒng)課堂的限制，使得學(xué)生可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)展開學(xué)習(xí)，極大地提高了學(xué)生的自主性，使他們可以根據(jù)自己的節(jié)奏和興趣來(lái)進(jìn)行學(xué)習(xí)。

從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程的教材目錄整體來(lái)看，邏輯結(jié)構(gòu)這條主線貫穿始終，從線性表到樹再到圖，將各章節(jié)內(nèi)容從總體上串聯(lián)了起來(lái)，這種安排為教師的教和學(xué)生的學(xué)提供了一條明確的教學(xué)主線，也符合由淺入深、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的邏輯。因此，線上課程資源建設(shè)需要基于邏輯結(jié)構(gòu)主線，制定課程大綱，利用技術(shù)手段從課程教材、網(wǎng)絡(luò)百科等多方面搜集課程資源，按照教學(xué)主線組成課程基礎(chǔ)知識(shí)資源，同時(shí)為了方便學(xué)生學(xué)習(xí)，還可以為每個(gè)知識(shí)點(diǎn)制作教學(xué)視頻，最后為了檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果，還需要準(zhǔn)備對(duì)應(yīng)的在線題庫(kù)。

線上課程資源的建設(shè)將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的課程資源從無(wú)序的資源狀態(tài)通過(guò)教學(xué)主線串聯(lián)成有序的課程信息，實(shí)現(xiàn)課程建設(shè)從數(shù)據(jù)到信息的轉(zhuǎn)換。教師可以依托已建成的線上課程資源由淺入深地進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生可以在課堂之外利用線上課程資源不斷鞏固知識(shí)，實(shí)現(xiàn)專業(yè)知識(shí)和技能的提升。

（二）建設(shè)線上實(shí)踐平臺(tái)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法是一門理論與實(shí)踐并重的課程，只進(jìn)行課程基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)會(huì)導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法靈活運(yùn)用課程知識(shí)并利用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。建設(shè)線上實(shí)踐平臺(tái)，能夠?qū)⒄n程理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，在解決一個(gè)個(gè)實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中，既能促進(jìn)學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的理解，又能提高學(xué)生組織數(shù)據(jù)與編寫大型程序的能力，從而更好地掌握算法設(shè)計(jì)所需技術(shù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

線上實(shí)踐平臺(tái)能夠針對(duì)不同學(xué)生的基本功底，根據(jù)學(xué)生對(duì)課程不同的學(xué)習(xí)需求，利用學(xué)生的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，給不同需求的學(xué)生提供不同的實(shí)踐內(nèi)容。同時(shí)，對(duì)學(xué)生其他相關(guān)科目的考試成績(jī)、平時(shí)表現(xiàn)、作業(yè)完成情況進(jìn)行分析，在具體實(shí)踐過(guò)程中，為不同學(xué)生推薦不同層次的實(shí)踐題目。對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)較為薄弱的學(xué)生，推薦基礎(chǔ)的課程練習(xí)，視完成情況再推薦后續(xù)階段的實(shí)踐項(xiàng)目，就像游戲通關(guān)一樣，讓學(xué)生體驗(yàn)學(xué)習(xí)的成就感。對(duì)于學(xué)有余力的學(xué)生提供點(diǎn)餐式知識(shí)模塊和實(shí)驗(yàn)?zāi)K組合。借助線上平臺(tái)，發(fā)布不同層次的資料和練習(xí)，例如線上課程的基本概念要求所有的學(xué)生進(jìn)行線上學(xué)習(xí)并掌握，在線上的實(shí)驗(yàn)?zāi)K中進(jìn)行不同難度的訓(xùn)練，滿足不同的學(xué)習(xí)需求。

線上實(shí)踐平臺(tái)將理論知識(shí)與課程實(shí)踐相結(jié)合，根據(jù)不同的知識(shí)模塊、不同的學(xué)習(xí)需求、不同的學(xué)生情況推薦不同的課程練習(xí)和實(shí)踐項(xiàng)目，促進(jìn)學(xué)生對(duì)所學(xué)課程知識(shí)的掌握和靈活運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)課程建設(shè)從灌輸信息到掌握知識(shí)的轉(zhuǎn)化。

（三）構(gòu)建基于知識(shí)圖譜的智能問(wèn)答系統(tǒng)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程由于其概念眾多，學(xué)習(xí)難度高，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中難免遇到問(wèn)題，如何快速得到準(zhǔn)確答案，是課程建設(shè)不可忽視的問(wèn)題。隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，構(gòu)建知識(shí)圖譜，基于知識(shí)圖譜進(jìn)行智能搜索、知識(shí)問(wèn)答、智能推薦，已成為當(dāng)今信息化時(shí)代的重要趨勢(shì)，由于其結(jié)果準(zhǔn)確性高、可追溯性強(qiáng)，技術(shù)成熟，在各行各業(yè)中被廣泛應(yīng)用。

基于知識(shí)圖譜的智能問(wèn)答系統(tǒng)能夠根據(jù)學(xué)生的問(wèn)題，迅速?gòu)闹R(shí)庫(kù)中找到相關(guān)答案，幫助學(xué)生快速理解問(wèn)題并找到解決方案，從而提高學(xué)習(xí)效率。另外，智能問(wèn)答系統(tǒng)還能根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況為其推薦相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)資料，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。同時(shí)，這種互動(dòng)式的學(xué)習(xí)模式能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)參與度。基于知識(shí)圖譜的智能問(wèn)答系統(tǒng)可以作為課程資源的一部分，進(jìn)一步完善課程內(nèi)容和結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中的問(wèn)題和答案可以被整合到課程資料中，為學(xué)生提供更多樣化的學(xué)習(xí)資源。對(duì)教師來(lái)說(shuō)，智能問(wèn)答系統(tǒng)可以為教師提供教學(xué)上的支持，教師可以利用系統(tǒng)收集學(xué)生的問(wèn)題和學(xué)習(xí)反饋，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)難點(diǎn)和疑惑點(diǎn)，作為課程改進(jìn)的依據(jù)，從而調(diào)整教學(xué)策略，提高教學(xué)質(zhì)量。

基于知識(shí)圖譜的智能問(wèn)答系統(tǒng)在課程中能夠發(fā)揮重要作用，不僅能提升學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和效果，同時(shí)為教師的課程教學(xué)提供有力支持，是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法智慧課程建設(shè)的重要手段。

（四）建設(shè)教學(xué)評(píng)價(jià)反饋體系

教學(xué)評(píng)價(jià)與反饋是教育工作的核心環(huán)節(jié)，它不僅是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評(píng)估，更是對(duì)教師教學(xué)方法和策略的檢驗(yàn)與提升。在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，由于時(shí)間和空間的限制，教學(xué)效果的及時(shí)反饋很難實(shí)現(xiàn)，這無(wú)疑阻礙了教育質(zhì)量的持續(xù)提升。

在線上平臺(tái)設(shè)置的數(shù)字化評(píng)價(jià)與反饋體系，可以實(shí)時(shí)收集和分析學(xué)生在線題庫(kù)的使用情況、虛擬仿真平臺(tái)的實(shí)踐數(shù)據(jù)和智能問(wèn)答系統(tǒng)問(wèn)答情況，教師能深入了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，進(jìn)而對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估。更為重要的是，這種數(shù)字化評(píng)價(jià)與反饋體系能夠?yàn)榻處熖峁?shí)時(shí)的、精準(zhǔn)的教學(xué)反饋。教師可以根據(jù)這些反饋，及時(shí)發(fā)現(xiàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題，調(diào)整教學(xué)策略，從而提高教學(xué)效果。同時(shí)，學(xué)生也能從這些反饋中了解自己的學(xué)習(xí)狀況，發(fā)現(xiàn)自己的知識(shí)盲點(diǎn)，及時(shí)進(jìn)行查漏補(bǔ)缺。這種實(shí)時(shí)反饋機(jī)制不僅能夠刺激學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，更能幫助他們抓住學(xué)習(xí)的關(guān)鍵時(shí)機(jī)，提高學(xué)習(xí)效率。

總之，通過(guò)線上平臺(tái)構(gòu)建的數(shù)字化評(píng)價(jià)與反饋體系，不僅能夠幫助教師及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，為改進(jìn)教學(xué)方法提供依據(jù)，更能幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)自身問(wèn)題，提高學(xué)習(xí)效果。更為重要的是，這種數(shù)字化評(píng)價(jià)與反饋體系形成了一個(gè)閉環(huán)的教育系統(tǒng)，將教學(xué)、評(píng)價(jià)和反饋緊密結(jié)合，使得教師和學(xué)生都能及時(shí)獲取反饋，調(diào)整教學(xué)和學(xué)習(xí)策略，這不僅提高了教學(xué)效率，更為教師提供了改進(jìn)和優(yōu)化教學(xué)的機(jī)會(huì)。它使得教育更加科學(xué)化、個(gè)性化，讓每一個(gè)學(xué)生都能接受最適合自己的教育。

三、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程建設(shè)意義

在智慧教育背景下，本校對(duì)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的課程建設(shè)實(shí)踐，無(wú)疑是一次深入的探索和嘗試。從學(xué)生的角度來(lái)看，實(shí)踐成果能夠讓學(xué)生更加快捷、方便地進(jìn)行課程的學(xué)習(xí)，線上實(shí)踐平臺(tái)提供豐富的課程知識(shí)訓(xùn)練場(chǎng)景，能夠促進(jìn)學(xué)生更加深入地理解和掌握算法設(shè)計(jì)所需的核心技術(shù)，為學(xué)生后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。從教學(xué)的角度來(lái)看，教學(xué)評(píng)價(jià)反饋體系的建設(shè)實(shí)現(xiàn)了教育閉環(huán)，為課堂教學(xué)提供科學(xué)的指導(dǎo)，教師將不僅僅是依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行課堂教學(xué)，學(xué)生也能及時(shí)發(fā)現(xiàn)自身知識(shí)體系漏洞，及時(shí)查漏補(bǔ)缺。從學(xué)校角度來(lái)看，本校的計(jì)算機(jī)類課程建設(shè)目前正處于起步階段。在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程建設(shè)實(shí)踐中積累的成功經(jīng)驗(yàn)，不僅僅適用于這一門課程，更有潛力推廣到其他相關(guān)課程中。這種跨課程的經(jīng)驗(yàn)分享和借鑒，有助于形成一套適用于本校的、系統(tǒng)化的應(yīng)用型人才培養(yǎng)課程方案。

四、結(jié)語(yǔ)

在智慧教育的背景下，高校課程建設(shè)應(yīng)當(dāng)與現(xiàn)代技術(shù)緊密結(jié)合，深度挖掘和利用現(xiàn)代技術(shù)成果，將教育從傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式中解放出來(lái)，真正實(shí)現(xiàn)智慧教育。本文分析了本校數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程在教與學(xué)中存在的一些問(wèn)題，并以實(shí)現(xiàn)智慧教育、培養(yǎng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用型人才為目標(biāo)提出了一些課程建設(shè)方法，可為現(xiàn)代智慧課程建設(shè)提供參考。

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責(zé)任編輯 陳春陽(yáng)