基于OBE教育理念的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”新工科設(shè)計與實踐

摘"要：在新工科教育背景下，為了提高學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力，借助OBE教育理念，以“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的課程內(nèi)容改革、教學技法革新及評估體系優(yōu)化為導向進行探索。因此，本文提出了一種基于OBE教育理念的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”新工科設(shè)計與實踐方法。實驗結(jié)果表明，在OBE教育理念導向下，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程顯著增強了學生的邏輯思維與實戰(zhàn)技巧。此外，對新工科背景下的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程未來發(fā)展提出了相應(yīng)的策略和建議，以不斷深化OBE教育理念在“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程中的應(yīng)用與實踐。

關(guān)鍵詞：OBE教育理念；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；新工科教育背景

1"概述

隨著信息技術(shù)的迭代更新和新興技術(shù)的崛起，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程對鍛煉學生的編碼技巧、工程實踐能力及創(chuàng)新能力尤為重要。其中，傳統(tǒng)教學法以教師為主導，但該方法可能會削弱學生主體性和實踐技能。因此，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的教學改革十分重要，以激發(fā)學生的創(chuàng)新能力與工程實踐能力。

在教育領(lǐng)域，基于學習成果的教育（Outcome"Based"Education，OBE）作為一種新興的教學理念，其正在全球范圍內(nèi)受到越來越多的關(guān)注［1］。OBE是一種以學習者為中心，目標成果為驅(qū)動的教育哲學，其主張通過清晰界定教學目的與學習成就，引領(lǐng)學生自主探索與自我反省，恰好符合新工科教育需求［2］。在新工科教育的影響下，中國的高等教育機構(gòu)開始注重將OBE的理念融入課程設(shè)計與教學實踐中，以更好地滿足中國高等教育的需求［3］。因此，本研究探索將OBE理念與“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程進行深度融合，為新工科教育環(huán)境下的課程改革提出一系列可行思路與實例參考［4］。

2"“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程分析

2.1"“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的重要性

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”是基礎(chǔ)編程和算法設(shè)計的橋梁，該課程通過深入學習數(shù)組、鏈表、棧、隊列、樹和圖等知識，使得學生能靈活運用“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”特性深入研究“算法分析”“操作系統(tǒng)原理”等課程［5］。在實際工程優(yōu)化問題中，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”具有很強的實用性，選擇合適的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”能提高系統(tǒng)性能，如可以對數(shù)據(jù)庫的索引進行優(yōu)化設(shè)計，從而提升查詢效率、網(wǎng)絡(luò)通信中的高效緩沖區(qū)管理等。

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能的迅速發(fā)展，合理應(yīng)用“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”對設(shè)計高效算法和求解數(shù)學模型尤為重要［6］。此外，如何高效地將理論與實踐結(jié)合以提升學生的實踐能力和創(chuàng)新意識，也成為教學實踐中的關(guān)鍵因素。因此，教育者應(yīng)采取豐富多樣的教學模式，從而提升教學效果［7］。

2.2"“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的傳統(tǒng)教學模式

在傳統(tǒng)教學中，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程以教師為導向，該模式注重詳盡的理論講解與配套習題練習，使得學生能熟練掌握“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的原理與方法。該模式雖然在基礎(chǔ)知識的構(gòu)建上發(fā)揮了作用，但其可能會抑制學生的主動探索能力與創(chuàng)新能力。

2.3"新工科背景下的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”教學需求

在新工科教育模式下，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程不是簡單的理論堆砌，而是應(yīng)該轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€強有力的載體，以提升學生解決復雜工程難題的能力，其強調(diào)將理論知識與實踐應(yīng)用創(chuàng)新性地結(jié)合。面對新工科的要求，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程內(nèi)容亟須更新，與最新的技術(shù)進展及行業(yè)動向保持同步［3］。例如，大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能的蓬勃興起，課程應(yīng)融入分布式數(shù)據(jù)處理、高效數(shù)據(jù)索引技術(shù)及機器學習中“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的應(yīng)用等內(nèi)容，以反映實際應(yīng)用的新需求。

在教學方法上，新工科教學強調(diào)通過主動學習和實踐操作增強學生的能力，提倡以項目導向教學、案例分析和團隊協(xié)作等模式，讓學生在解決實際問題的過程中深刻體會“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的應(yīng)用價值與優(yōu)化策略［8］。其中，創(chuàng)新思維的培養(yǎng)是新工科教育的核心之一，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”教學亦需要融入這一理念。通過設(shè)計開放性問題、創(chuàng)新項目設(shè)計和研究型學習任務(wù)，可以有效激發(fā)學生的創(chuàng)造力和求知欲。同時，評價體系也需要革新，確保全面考量學生的理論功底、實踐技能、創(chuàng)新能力及團隊合作能力。

3"OBE教育理念在“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程中的應(yīng)用

3.1"課程目標的設(shè)定

在新工科教育框架下，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的目標應(yīng)注重前瞻性與實踐性，不僅需要傳授經(jīng)典“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”知識，還需要引導學生學習和探索新興技術(shù)，如大數(shù)據(jù)處理、云計算、人工智能等知識。此外，還需借助以項目導向?qū)W習、案例研討和實驗室實踐等互動式教學法，使得學生在解決實際工程問題中運用“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的知識，進而提升學生的創(chuàng)新思維和實踐能力。

3.2"教學內(nèi)容與方法的創(chuàng)新

教學內(nèi)容與方法創(chuàng)新是激發(fā)學生潛能的關(guān)鍵因素，其中包含項目導向?qū)W習和“翻轉(zhuǎn)課堂”模式的創(chuàng)新策略。其中，項目導向?qū)W習以學生為中心，讓學生親自解決實際的項目，激發(fā)學習興趣和內(nèi)在動力。而“翻轉(zhuǎn)課堂”模式與傳統(tǒng)教學相反，即學生在課前以視頻資料和閱讀材料為主導，而課堂時間深入討論、解決疑問和開展深度學習活動。因此，教師提前錄制“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的視頻教程給學生，而課堂上通過互動討論、編程實踐和案例研究等形式，促進知識的消化吸收與應(yīng)用實踐。

這兩項創(chuàng)新教學方法不僅增強了學生的參與度與成效，還促進了批判性思維與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。當然，實施這些新教學模式要求教育者做好充分的準備工作，包括開發(fā)高質(zhì)量的教學材料、精心設(shè)計實踐項目等。

3.3"教學評價與反饋機制

除了教學內(nèi)容與方法的創(chuàng)新，課程的教育評價與反饋機制也是同樣是確保教學質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在新工科教育的框架下，一個全面且高效的評價系統(tǒng)不僅能夠全面衡量學生的學習成就，還能為教學活動的持續(xù)優(yōu)化提供寶貴依據(jù)。基于這個目標，第一個評價創(chuàng)新的舉措是強化形成性評價的連續(xù)性實施。這種評價模式側(cè)重于學習旅程中的持續(xù)監(jiān)督，通過頻繁的信息收集與即時反饋，學生能夠?qū)崟r把握自身的學習動態(tài)與改進空間。實踐中，教師可借助數(shù)字化學習平臺，布置周期性的快速測試、編程實踐任務(wù)和反思日志撰寫，細膩捕捉學生的學習軌跡和理解深度。第二個創(chuàng)新點是構(gòu)建開放互動的反饋生態(tài)系統(tǒng)，鼓勵學生在評價過程中發(fā)揮積極作用。通過自評和同學之間的互評，提升學生的批判性思維和自我反省能力，進而讓學生從外界對自己評價更加全面客觀地看待自己，營造一個互助共進的學習氛圍。

4"“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的新工科實踐案例分析

4.1"案例選擇與背景介紹

在案例選取方面，為了提供“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”教學改革的畫面感，展示其應(yīng)用環(huán)境和實例詳情，具體聚焦了兩大案例。這兩大案例入選的原因是它們均在課程革新、內(nèi)容升級及教學模式創(chuàng)新方面展現(xiàn)了突出特點和實績。第一個案例是某知名工程技術(shù)大學計算機科學與技術(shù)專業(yè)內(nèi)部實施的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程改革。這所高校“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程整合了眾多當代信息技術(shù)資源及工程實踐實例，培育學生的創(chuàng)新能力與應(yīng)對復雜挑戰(zhàn)的能力。其課程設(shè)計策略性地融合理論與實踐，利用真實情境問題，有效激發(fā)了學生深入探索“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”原理及其應(yīng)用的熱情。第二個案例是一項校企合作計劃，將企業(yè)實際工程項目引入教學，使學生靈活運用“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”知識解決真實世界工程難題。這種合作模式幫助學生將理論與實踐聯(lián)系起來，促成了教學內(nèi)容的鮮活更新和教學策略的創(chuàng)新探索。

4.2"教學設(shè)計與實施過程

在評估教學改革成效時，教學設(shè)計與實施流程是核心環(huán)節(jié)，著重于構(gòu)建以學生體驗為核心的教育環(huán)境，通過創(chuàng)新手段深化學生對“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”理論與實踐的認知。這一過程細分為幾個精心策劃的階段：更新課程內(nèi)容、擇優(yōu)教學方式、組織實踐活動，以及構(gòu)建綜合評價體系。課程內(nèi)容的革新融合了“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”基礎(chǔ)與新興科技趨勢，如大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算平臺及人工智能應(yīng)用，確保教學緊跟時代步伐，幫助學生洞察“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”在現(xiàn)代技術(shù)生態(tài)中的實際運用。教學策略上，采納了諸如項目導向?qū)W習、翻轉(zhuǎn)課堂模式和案例分析等多元化方法，這些策略激活了學生的主動學習潛能，增強了學習過程的互動性和實戰(zhàn)性維度。教學活動編排圍繞既定課程目標，囊括小組研討、動手編碼練習和項目演示等多種形式，以便激活學生的批判性思維與創(chuàng)新潛力，推動深層次學習。評價體系的構(gòu)建則兼顧形成性和總結(jié)性評估，既能讓教師實時監(jiān)控學生的學習軌跡和理解水平，又能通過即時反饋機制輔助學生自我查漏補缺，優(yōu)化學習路徑。此外，教學實踐還包括定期地自我反省與同行評估，確保教學活動的質(zhì)量與教師個人成長的持續(xù)性。下圖為教學設(shè)計與實施過程。

教學設(shè)計與實施過程圖

4.3"教學效果評估與分析

本節(jié)使用計算機專業(yè)某班級的平均成績進行教學效果的評估和分析，以驗證在新工科教育背景下，使用OBE教育理念結(jié)合“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學的有效性和可行性。此外，使用了理論成績、實踐成績以及學生滿意度等三大指標作為評估標準。其中，理論成績?yōu)槠谀┛荚嚦煽儯瑢嵺`成績?yōu)閷W生的工程實踐分數(shù)，學生滿意度為學生對該課程的評價。最后，使用加權(quán)平均法結(jié)合這三大指標的成績計算評估效果（P），計算公式如式（2）所示。

wi=wsi∑ni=1wsi（1）

P=∑ni=1wi·scorei（2）

式（1）中的wsi表示第i項指標的重要程度，取值范圍為0≤wsi≤100分，由教學人員根據(jù)相關(guān)資料或?qū)嶋H情況自行設(shè)定。其中，wi為第i項指標在n項成績中的歸一化加權(quán)重要程度，其取值范圍在0≤wi≤1。式（2）中的scorei表示第i項成績的得分。在教學效果評估方面，本節(jié)將理論成績、實踐成績以及學生滿意度的權(quán)重分數(shù)分別設(shè)置為80分、90分、95分。因此，結(jié)合式（1）計算理論成績、實踐成績以及學生滿意度歸一化后的權(quán)重分別為0.3018、03396以及0.3585。下表為傳統(tǒng)教學法和OBE理念的新工科教學法的評估結(jié)果。

如下表所示，OBE理念的新工科教學法在期末考試成績、實踐成績、學生滿意度這三項指標上的分數(shù)均優(yōu)于傳統(tǒng)教學法。在評估結(jié)果上，OBE理念的新工科教學法以9241分的結(jié)果遠高于傳統(tǒng)教學法。因此，OBE理念的新工科教學法可以提高學生的學習成績、實踐能力以及學生的學習興趣，改善教學效果。

5"結(jié)論與建議

在傳統(tǒng)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”教學中，以教師為中心的模式會阻礙學生的自主思考和動手實踐能力，不能激發(fā)學生的創(chuàng)新思維。因此，本文提出了基于OBE教育理念的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”新工科設(shè)計與實踐教學模式，該教學模式以學生為中心、目標為導向。為驗證該教學模式的可行性，本文引入了案例進行驗證分析。結(jié)果表明，基于OBE教育理念的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”新工科設(shè)計與實踐教學模式通過理論聯(lián)系實際，極大豐富了學生的學習框架，激發(fā)了學生的學習興趣，并通過恰當?shù)慕虒W評價和反饋完成教學目標。此外，本文針對性地為“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”教學改革提出了相應(yīng)策略和建議。

第一，教學單位應(yīng)確保“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的內(nèi)容與時俱進，緊貼新工科教育背景，如現(xiàn)代教學輔助工具、軟件開發(fā)與業(yè)界實踐緊密結(jié)合的教學案例與項目實踐。

第二，鼓勵教師實施靈活多變的教學模式，如項目導向?qū)W習和翻轉(zhuǎn)課堂，以增進學生的參與度和提高實戰(zhàn)經(jīng)驗。

第三，教育單位應(yīng)重視師資隊伍的持續(xù)成長，通過相應(yīng)的培訓和學習機會，輔助教師掌握新興教學技術(shù)和策略，并積極聽取并采納他們的想法和建議。

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基金項目：2021年度廣西區(qū)級一流本科專業(yè)建設(shè)點項目，項目號：教高廳函〔2022〕14號；廣西民族師范學院2022年校級教學改革研究課題，項目號：JGZD202207

作者簡介：蒙素素（1994—"），女，壯族，廣西來賓人，碩士研究生，助教，研究方向：大數(shù)據(jù)分析；黎運宇（1974—"），男，土家族，湖南張家界人，碩士研究生，高級實驗師，研究方向：智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)。