新工科背景下公安院校數據結構課程教學改革研究

摘 要：數據結構是公安院校網絡安全與執法專業的重要核心課程。然而，由于該課程知識點多、內容抽象、實踐應用性強等特點，傳統的教學模式難以滿足新工科對人才培養的要求。鑒于此，從理論教學模式、實踐教學模式以及考核評價模式三個方面進行改革，全面構建了課程教學改革的整體思路和方案。新的教學模式以強化學生的主體地位為目標，以“主動引導—主動培養—主動實踐”為路線，有效地提升了學生的專業技能和綜合實踐能力。

關鍵詞：新工科；數據結構；教學改革

基金項目：河南省科技攻關項目（編號：232102211031）；河南警察學院教育教學改革研究與實踐項目“新工科背景下數據結構課程教學改革研究”（編號：JY2022024）；河南警察學院重點培育課程團隊項目“數據結構課程教學團隊”

作者簡介：王世豪（1987— ），男，河南警察學院副教授，研究方向為計算智能及其應用。

面對新一輪科技革命與產業變革的百年變局，國家相繼實施了“中國制造2025”“互聯網+”等強國戰略。與此同時，教育部積極推進新工科建設，旨在加速培養新興領域的工程科技人才。

在新工科建設的大背景下，公安技術類專業課程教學改革備受矚目。河南警察學院的網絡安全與執法專業，作為公安技術類專業之一，肩負著培養河南公安網絡警察的重任。經過多年的發展，該專業已為河南各級公安機關輸送了近千名網絡安全技術人才，為維護網絡安全提供了堅實的人才保障。

數據結構是網絡安全與執法專業的核心課程，受其知識點繁多、專業性強、內容抽象和編程復雜度高等因素的影響，大多數學生在基礎知識的掌握和實際應用上存在一定的問題，特別是死記硬背和應試教育的現象較為普遍。鑒于新工科建設突出創新實踐能力的培養，如何將所學知識應用于解決實際問題，提升學生的動手和實踐能力，成為該課程教學改革的重點。

本文以河南警察學院為例，深入探討了數據結構課程教學改革中所實施的“以學生為中心”的教學模式，注重知識傳授與能力培養的有機結合，更加側重培養學生解決實際問題的能力，以滿足新工科對網絡安全類人才的迫切需求。

一、數據結構課程現狀分析

數據結構是網絡安全與執法專業大學本科二年級學生的必修課，總學時為64學時，包含理論教學32學時和實踐教學32學時。作為一門兼具理論性與實踐性的專業課程，該課程呈現以下特點：

第一，知識繁雜且抽象，理解、掌握和應用的難度較大。本課程的前半部分內容著重探討各種基本類型的數據結構及其應用，如線性表、樹、圖等；后半部分主要討論查找和排序的各種實現方法及其綜合分析比較，如動態查找、哈希表、內部排序等。相對于課程知識的廣度和深度，32學時的理論教學時長明顯不足。

第二，當前理論教學存在既有“滿堂灌”的教學方式，又有流于形式的翻轉課堂，這些教學方式難以有效地激發學生探索知識的興趣和獨立思考的動力。前者主要以教師單向的課堂講授為主；而后者受多種因素的影響，存在“翻而不轉”的現象，其實質上仍然是“先教后學”的傳統教學模式。顯然，這些教學方法仍以信息傳遞為主，缺乏師生之間的有效互動和學生之間的討論交流，難以調動學生的積極性和活躍度，削弱了對學生獨立思考能力的培養。

第三，實踐教學方式單一，不利于培養學生的創新實踐能力。實踐教學本應是對理論教學的強化和鞏固，但目前的實踐教學主要是根據理論教學的進度來安排相應的實訓內容。這些實訓內容過于簡單，缺乏深度和層次性，學生按部就班即可完成。這種單一的實踐教學方式，很大程度上容易導致學生思維的僵化，不利于創造性思維的培養，導致實踐和應用能力的欠缺。

第四，考核評價模式單一，缺乏合理性和公平性。目前該課程的考核采用“總評成績=期末成績×70%+平時成績×30%”的計算方式。其中，期末成績比重偏大，且考試多采用傳統的紙質試卷形式，理論考查較多，編程實踐考查較少。重期末、輕平時的考核評價方式忽視了過程考核的重要性。以結果為導向的評價方式難以有效激發學生的學習興趣，不利于學生綜合能力的提升。

二、數據結構課程教學改革探索

針對數據結構課程的現狀，開展相應的教學改革研究，具體方案如下：

（一）理論教學模式改革

理論教學模式改革強調“以學生為中心”，充分發揮教師的引領作用，著力培養學生自主學習的能力。在此過程中，將案例式教學、任務驅動式教學、線上線下混合式教學巧妙地融入理論授課中。

1.案例式教學。教師通過將局部知識體系以具體案例的形式呈現，按照“導入—講解—分析—驗證”的流程進行理論教學，從而將原本抽象復雜的理論知識以簡單易懂的方式呈現給學生，有助于學生更好地理解、掌握和應用知識。例如，在講解樹形數據結構的知識點時，可以將計算機中文件夾的存儲方式作為案例進行分析，將每個文件夾比作一個結點，文件夾下的文件（如pdf、doc、txt等）則視為葉子結點。教師通過案例式教學，將枯燥且抽象難懂的理論知識實例化、淺顯化，更易激發學生的學習興趣，引導學生進行獨立思考。

2.任務驅動式教學。教師在教學過程中圍繞教學目標，將知識點巧妙嵌入具體任務中，學生在教師的幫助和引導下，通過自主探索和團隊協作完成既定任務。比如，在教授單鏈表數據結構時，教師可以以構建教學班級信息管理系統為任務，將其細化為學生信息的新增、修改、刪除和查詢四個既獨立又相互關聯的模塊，接著將學生分為四組，每組負責完成一個模塊。組內成員之間和不同組之間通過相互交流、共同探索來實現任務的順利完成。

3.線上線下混合式理論教學。為了彌補32學時的理論課時不足，基于超星學習通和雨課堂兩個網絡平臺，采用線上線下混合式教學法對課程的理論教學環節進行了優化。優化后的教學設計將知識傳授環節移至課外，而將知識內化置于課中。理論課上師生面對面的交流協作，使學生能夠更好地吸收、消化和鞏固所學知識，從而提高課堂教學效果。這種教學模式不僅解決了理論課時不足的問題，還培養了學生的課外自主學習能力。同時，采用“先解決問題后觀看微視頻”的翻轉課堂模式，實現了“先學后教”“以學定教”的教學理念，更好地發揮教師的主導作用，并激發了學生的求知欲和探索欲。

（二）實踐教學模式改革

實踐教學模式改革更加注重實踐教學環節。因此，課題組構建了“科研項目+學科競賽雙驅動、線上線下混合式實踐教學”的新模式。

1.科研項目+學科競賽雙驅動實踐教學。該教學法以培養創新型人才為宗旨，鼓勵并支持學生參與教師的科研項目和與課程相關的學科競賽。同時，將科研項目和學科競賽中涉及的課程相關內容轉化為可操作的實踐任務，進而提高學生的綜合應用能力和實踐創新能力。參與的科研項目包括河南省科技攻關項目、河南省高等學校重點科研項目等；學科競賽則包括“藍橋杯”程序設計大賽、“強國杯”大數據技術應用競賽等。

2.線上線下相結合的混合式實踐教學。將實踐教學分為模塊化實驗和項目實戰兩部分。在線下，學生通過上機操作完成與章節知識點相關的模塊化實驗，鞏固和強化理論知識。同時，將科研項目和學科競賽中與課程緊密相關的內容整合成實際案例，并上傳至在線實踐平臺（如EduCoder），學生可以通過在線實踐平臺進行編程實踐的訓練，從而提高解決實際應用問題的能力。

（三）考核評價模式改革

考核評價模式的改革旨在構建一個“多元化、過程化”的評價體系，以此打破原有的靜態考核模式，實現從“重結果”“重分數”向“重過程”“重能力”的轉變，從而客觀、全面、真實地反映學生的學習效果，進而充分調動學生的積極性，激發他們的學習主動性。從“多元化”的評價角度出發，對學生在課前、課中和課后學習的關鍵環節進行全方位的考核評價；從“過程化”評價角度出發，多維度、客觀地全面評價學生學習過程中的出勤率、參與度、積極度，以及實驗完成度和正確率，還有項目完成的完整性和創新性。

理論教學改革為實踐教學改革提供了支撐，而實踐教學改革則通過反饋實現對理論教學改革的反哺；同時，考核評價改革對理論和實踐教學改革的成效進行實時綜合評估，并為其提供有價值的反饋，進而促進理論與實踐的持續改革。這三者之間相輔相成，相互協同，形成了一個有機的閉環。

三、教學改革取得的成效

自教學改革實施以來，課題組指導的學生在2022年“強國杯”大數據技術應用競賽中獲得全國一等獎、二等獎；在2023年第六屆全國大學生大數據技能競賽中獲得全國二等獎；在2023年河南省“天翼杯”電信和互聯網行業人工智能訓練師（大數據分析）職業技能競賽中獲得一等獎、二等獎；在第十三、十四屆“藍橋杯”程序設計大賽中獲得河南賽區一等獎、二等獎。此外，課題組成員多次獲得“優秀指導教師”等榮譽。

在新工科背景下，傳統以講授式為主的數據結構課程教學模式在激發學生主動學習、培養實踐和創新能力方面顯現出不足。基于此，筆者對課程的理論教學模式、實踐教學模式以及考核評價模式進行了全面的改革。改革成效表明，新的教學模式能夠有效調動了學生的積極性，促進了他們的自主學習，使其專業技能和綜合應用能力都得到了顯著提升。此外，本文的研究成果也能為面向程序設計、數據恢復等課程的教學改革提供一定的參考。

參考文獻：

[1]教育部.深入推進“新工科”建設[EB/OL].[2019-10-31].http：//www.moe.gov.cn/jy-b_xwfb/xw_fbh/moe_2606/2019/tqh20191031/sfcl/201910/t20191031_406260.html.

[2]嚴蔚敏.數據結構[M].北京：清華大學出版社，2023.

[3]朱文輝.翻轉課堂因何“翻而不轉”：基于結構主義理論的釋疑[J].教育科學研究，2021（7）.

[4]杜小杰，楊斌.新工科背景下數據庫原理及應用教學改革探討[J].信息系統工程，2021（5）.

[5]朱航宇，李建立.以學科競賽和科研項目為驅動的大學生創新能力培養研究[J].河南教育（高等教育），2018（7）.

責編：應 圖