基于數據結構與算法課程的思政育人模式探索與實踐

摘要：文章進行基于數據結構與算法課程的思政育人模式探索與實踐。論文中探討了在數據結構與算法課程教學實踐中如何通過搭建課程思政體系框架，明確課程思政教學目標，從數據的邏輯結構、物理結構、算法分析、算法應用等方面優化課程思政內容供給，同時注重實踐課的思政育人。構建了結合線上與線下教學優勢的混合式課程思政教學模式。文章中通過實例剖析具體實施方案和流程，并闡述其教學成效。最終，體現了專業課程教學融入思政教育的價值引領作用。

關鍵詞：課程思政；數據結構與算法；育人模式

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）05-0175-03 開放科學（資源服務） 標識碼（OSID） ：

0 引言

2016年全國高校思想政治工作會議上，習近平總書記提出了“課程思政”的教育理念，這一理念是對傳統經典“育人育德”教育觀的一種深刻回溯與革新提升[1]。近年來，課程思政在各學校深入開展，并催生了多種形式的學術交流會、典型教學案例推廣、示范項目和課堂創新大賽，致力于探索更有效的思政建設路徑。

數據結構與算法是計算機理論與技術的重要基石，也是計算機學科的核心課程。該課程總結并提升前期軟件技術學習成果，為后續專業課程奠定基礎，是計算機學科人才培養體系的中堅力量，對學生能力培養至關重要[2]。依照《高等學校課程思政建設指導綱要，高校在計算機相關專業課程教學，應當將思政教育內容自然融入各個環節[3]。作者針對數據結構與算法課程特點，有意識、有計劃、有步驟地將數據結構與算法課程教學和思政育人有機融合，實現“育才”與“育人”相統一，取得了一定的成效。

1 明確課程思政教學目標

1.1 搭建課程思政體系框架

依據我國工程專業認證標準畢業要求[4] ，結合課程思政理念，構建了課程思政體系框架，如圖1所示。該框架以德育為導向，尋找課程知識體系與德育知識體系的融合點，加強專業教育與德育教育的融入；以學生為本，挖掘線上線下課程思政教學資源，通過課內課外的雙向驅動開展教學；以人才培養為目標，踐行“三全育人”模式，注重全員育人、全過程育人、全方位育人，打破傳統的碎片化教學，實現對學生知識、能力、素養等全方位的培養[5]。

1.2 重構“三全育人”課程目標

基于構建的課程思政體系框架，提煉課程的知識技能培養目標，并在此基礎上構建課程的整體素質發展目標。在此基礎上，將家國情懷、崇尚科學的精神、職業操守等思政核心要素深度融入課程的素質教育目標，形成“價值觀塑造目標”。旨在系統性地統一課程思政的總體要求，確保知識傳授與價值引領同步并舉，共同服務于學生全面發展。課程目標結構圖，如圖2所示。

2 優化課程思政內容供給

通過挖掘課程知識體系中與思政教育相關的教學內容，開發貼合思政主題的教學實例，充實和拓展課程思政教學素材庫，從而提供更加豐富多元的課程思政教學內容。

2.1 理論知識點融入思政內容

在探究數據邏輯結構、物理結構以及算法分析過程中，將對學生道德品質的陶冶、家國情感的培養以及中華優秀傳統文化的教育理念融入其中。

算法的時間復雜度理論揭示了計算機運算過程中的時間效率本質，將其生動地關聯到現實生活場景，啟發學生認識到時間管理的重要性，引導他們養成遵守時間、避免拖延散漫的行為習慣，提升時間倫理層面的個人修養；線性表描述了前驅后繼的一對一關系，引導學生類比映射探討家國同構、修身齊家治國平天下，培養家國情懷；棧和隊列則培養學生基于法制、社會秩序要求去站位、站隊，樹立遵循秩序、規矩的習慣，培養遵從團隊規制約束的職業習慣；樹結構的特點可以引申出家族、家譜的概念，講解家譜的發展歷程 ， 鼓勵學生學習傳統文化，辯證地傳承傳統文化，增強學生的文化自信和民族自豪感；圖論中的圖形結構展示了節點間相互連接的網絡關系理念，將其關聯并延展至現實生活中，引導學生建立起對全球萬物普遍聯系的認識，培養尊重并理解事物間相互依存關系的文化素養。

2.2 算法應用中融入思政內容

在教授算法的實際應用時，將國家戰略與安全需求作為關鍵的課程思政元素，融入整個課程思政教學環節。這有助于學生在掌握技術的同時，增強國家意識與安全責任觀念。

鑒于數據結構課程與大數據領域的深度耦合性，在教學中適時融入我國新時代關于大數據規劃的相關政策內容，加深大學生對國家大數據發展戰略內涵及其本質的理解，提升他們對此領域的認識和掌握程度。這一做法不僅在理論上對大學生理解和踐行國家大數據戰略具有重要意義，而且在實際應用層面上也展現了不可忽視的價值；字符串模式匹配算法，例如BF算法和KMP算法，對比兩種算法的時間復雜度和空間復雜度，并通過案例展示其在病毒檢測和網絡入侵檢測中的應用；以智能電網為例，引出圖的最小生成樹的算法需求，結合工程領域網絡聯通的最小代價問題和學生熟悉的快遞路線選擇問題，激發學生學習興趣，培養他們的工匠精神和專業自豪感，引導學生樹立科技報國的志向；以智慧交通大數據、大數據安全為例，引出哈夫曼算法等，講解王小云院士發現哈希算法中經典的 MD5 算法快速碰撞的方法的故事，激發學生勇于探索的科學精神。

2.3 在課程實驗環節讓學生體會團結協作、共同進步

數據結構與算法實驗教學環節在該課程體系中至關重要，每一章節的學習進程均需配以對應的實驗內容，以鞏固理論知識，奠定扎實基礎，并促使學生靈活運用各知識點。在實驗階段融入“思政”教育內容，錘煉學生的內在品質、性格特質和綜合能力，是強化“課程思政”整體建設的重要一環。要求學生以小組形式完成項目任務，攜手解決問題，共同修正編程錯誤，鍛煉學生對待工作的嚴謹態度、敢于直面挑戰的決心，并培養他們的團隊合作意識和協同精神，逐步塑造他們的團隊協作素養。

例如，在“校園導航系統”實驗中，要求用無向圖表示學生所在學校的校園景點平面圖，圖中頂點表示主要景點（例如：“圖書館”“思賢樓”“四為園”“風雅婷”等） ，圖中的邊表示景點間的道路，邊上的權值表示兩個景點之間的路徑長度。學生5 人一組，合作完成，通過問題分析、團隊分工、各自編碼、聯合調試、結果測試等環節完成任務。通過實驗過程，學生不但掌握了圖的概念、存儲和算法應用，更重要的是增強了認真鉆研、勇于擔當、團隊協作等精神[6]。

3 構建基于線上線下的混合式課程思政課堂教學模式

構建基于線上線下的混合式課程思政課堂教學模式，充分利用數字化技術與傳統課堂的優勢，實現思政教育的深度、廣度和互動性的有效融合。以“哈夫曼樹和哈夫曼編碼的應用”課堂教學模式為例，展示課程思政育人模式。

1） 課前預習安排。課前安排學生學習課程線上資源中關于“哈夫曼樹和哈夫曼編碼”的知識點。開學初，所有學生參加了中國大學MOOC上數據結構與算法的課程學習，包括課程視頻、文檔、討論、作業等，課程資源與課程大綱及學生基礎匹配度高。

2） 課前導入。在課程起始階段，以一個與哈夫曼編碼緊密相連的實際難題情境導入：設想需要向接收方緊急傳送一項特別重要的任務，必須采取加密手段確保信息的安全傳遞。這種情景模擬富有沉浸感，通過引入這一實例，引導學生體會信息安全的核心地位，并了解到，在從事保密工作時，需要高素質的專業隊伍，堅守職業道德，保持嚴謹審慎的工作態度。以此為背景，提出哈夫曼編碼作為一種有效的加密解決方案，幫助學生明晰哈夫曼編碼在實際應用中的關鍵作用及其學習的重大意義，激發他們對該領域的認知與求知熱情。

3） 算法分析。通過一個具體問題引出如何構建哈夫曼樹并進行哈夫曼編碼：設想需要對文本字符串“abracadabra”進行高效編碼以節省存儲空間并提高數據傳輸效率。哈夫曼樹，也被稱為最優二叉樹，是實現這一目標的理想結構。引導學生逐步理解哈夫曼樹的構造原理、相關概念以及如何利用它對給定字符串進行哈夫曼編碼。在課前預習階段布置了算法講解的任務，此處進行15分鐘左右的翻轉課堂，讓學生分析算法實現。

4） 案例分析。通過小組研討與課堂互動相結合的教學模式，設計與解析新穎案例，引導學生重視信息安全與保密法規，探究哈夫曼編碼在不同領域的應用潛能以及如何運用哈夫曼編碼解決實際問題。鼓勵學生自主查閱文獻資料進行小組討論，共同構思一個反映當前信息安全領域挑戰的新穎案例。在討論過程中，學生會接觸到我國在經濟、文化、科技、網絡等領域取得的輝煌成就，激發他們對祖國的熱愛和對黨的崇高敬仰之情。選取其中一個典型案例進行深度剖析，增強學生對所學知識的實際運用能力。在小組內部展開討論，詳細闡述問題解決的方法和步驟，幫助學生理解和掌握運用哈夫曼編碼解決實際信息安全問題的策略和方法。

5） 實踐演練。在教學過程中，采用講解與實操演示相結合的方式，引導學生同步進行學習活動。例如，帶領學生一同統計每個字符的出現頻率，隨后據此構建最優的哈夫曼二叉樹。對于順利完成任務的學生，給予表揚，并邀請他們上臺展示算法操作流程，激勵全體學生積極參與課堂互動，提升學習積極性。

此外，此類實踐活動培養學生的安全意識，讓他們意識到信息處理和編碼過程中確保信息安全的重要性。通過親身體驗，學生的責任感和誠信意識得到提升，在學習哈夫曼編碼的同時，也樹立尊重規則、恪守職業道德的意識。

6） 評價反思和作業。在教學過程中，結合講授、實戰練習和課后作業，指導學生完成一項具體任務：要求學生課后按照規定對一段字符序列實施哈夫曼編碼加密，并撰寫相應的算法和代碼。通過實際編寫代碼和深入分析代碼質量，培養學生對軟件可靠性和精確性的理解，提升他們的職業技能素養和崗位勝任力。

4 基于課程思政的教學效果評價

經過兩年的數據結構與算法課程思政示范課迭代式教學實踐，對2022級軟件工程專業1個班級的學生課堂互動情況和期末成績進行統計分析和結果，如圖3、圖4所示。課程改革以來，課堂氣氛活躍，學生學習興趣和學習動力明顯增強，成績全部合格，大部分同學成績都在70～90分的區間，也有個別同學成績在90分以上。與前幾屆學生整體成績偏低、存在相當一部分同學成績不及格的現象相比，情況明顯好轉。課程思政示范課的實踐取得了良好的教學效果。

最近針對2021級和2022級全體計算機學院學生的問卷調查結果顯示，數據結構與算法課程中融入的思政教育理念與實踐方法正逐漸獲得學生的廣泛認可和深入理解。數據顯示，高達95.3%的學生表示該課程有助于深化他們對科學精神內涵的領悟，而有92.9%的學生認為課程內容增強了他們對工程技術與社會關系之間聯系的認知。總體來看，學生對課程中所實施的思政措施及教學方法持高度贊同態度，并從中獲得了明顯的收獲和成長。

5 總結和展望

通過基于數據結構與算法課程的思政育人模式的探索與實踐，總結出以下經驗：以德育為導向，充分挖掘課程思政的育人價值；以學生為本，強化課程思政的實踐性；堅持問題導向，注重課程思政的創新性；強化協同育人，提升課程思政的有效性；建立課程思政評價體系，不斷完善課程思政建設。

未來，將進一步加強課程思政的建設，持續探索新的教學方法和模式，不斷提升課程思政的質量和效果，為培養“五育并舉”的人才做出更大貢獻。

參考文獻：

[1] 習近平.把思想政治工作貫穿教育教學全過程：全國高校思想政治工作會議交流發言摘編[N].人民日報，2016-12-09.

[2] 耿國華.數據結構：用C語言描述[M].3版.北京：高等教育出版社，2021.

[3] 柳巧玲“. 數據結構” 課程思政教學探索與實踐[J].中國信息技術教育，2023（14）：106-108.

[4] 馬建輝，文勁宇.新工科背景下專業課程思政教學指南[M].武漢：華中科技大學出版社，2022：37-40.

[5] 尹玉杰，劉允濤.高職院校計算機應用專業“分方向三段式學徒制” 人才培養模式的探索與實踐[J].中國職業技術教育，2019（26）：93-96.

[6] 王亞麗，高淑敏，袁培燕.課程思政引領的數據結構課程教學[J].計算機教育，2021（8）：57-60.

【通聯編輯：聞翔軍】

基金項目：寶雞文理學院第十九批校級教改項目資助（24JGZD16） ；教育部產學合作協同育人項目《基于線上線下的lt;數據結構gt;課程教學改革與實踐》（202101087002）；寶雞文理學院2021 年校級課程思政示范課程