培养创新型人才的数据结构课程建设与实践

刘晓静， 李东， 韩亮， 杜正君

(青海大学 计算机技术与应用系， 西宁 810016)

0 引言

2018年9月，全国教育大会召开，开启了教育现代化建设的新征程，是我国教育发展史上新的里程碑，对新时代教育“培养什么人”提出了新的要求，以教育信息化，构建教育教学新模式[1-3]。如何提高人才培养质量，如何发展创新意识、提高创新能力，已成为高等教育改革的重要方向[4]。近年来各种MOOC平台的风起云涌，我国高校MOOC上线课程数量飞速增长。如何转变教学方式，将在线开放课程学以致用、用以促学，也是西部地区高校课程建设工作的重中之重[5,6]。

多年来，青海大学在数据结构课程建设与改革实践中，坚持以本为本，抓住“互联网+”机遇，积极参与教学改革，将课程规划与课程改革有机结合并协调并进，不断创新课堂教学模式与方法，在教学目标、教学内容、教学资源、教学活动和教学评价方面进行精心设计，为学生提供优质的教育服务[7]。

1 加大数据结构课程建设，建立科学的课程体系

青海大学计算机系成立于2007年5月，从2007年开始招收计算机专业学生，在最初讨论开设数据结构课程时，选用清华大学出版社出版的普通高等教育“十一五”国家级规划教材《数据结构》，聘请清华专家进行第一轮的讲授。经过10年的课程建设与改革,数据结构课程先后经历了青海大学三类、二类、一类课程的建设成为青海大学精品课程。

1.1 依托清华大学对口支援，聘请清华专家进行授课

2009年春季学期，青海大学计算机系依托清华大学对口支援的优势，聘请清华专家进行第一轮数据结构课程的教学与课程建设指导工作。青海大学三位教师分A、B角担任助教，从大纲制定、课程讲解、作业批改到课程考核，全程跟踪参与，并根据第一轮教学情况及学生反馈情况对教学大纲以及教学内容等进行修订。

青海大学跨入“211”建设大学的行列后，借着青海大学实施“211”工程项目的契机，2010年12月，数据结构课程被列为校级三类建设课程。课程组发挥团队优势，积极开展重点课程教学建设工作,2012年12月，“数据结构”课程被列为校级二类建设课程。2013年3月，“数据结构”课程被评为“青海大学精品课程”。2014年12月，“数据结构”课程被列为校级一类建设。

(1)对课程进行准确定位，加快课程建设进程

青海大学计算机系在制定培养目标时，就将本专业定位于信息化应用型人次培养，而数据结构课程在制定课程建设目标时，就将本课程定位于创新应用型人才培养，以提高教学质量为中心,学习国内外高水平大学数据结构课程的先进教学理念,借鉴运用国内一流高校数据结构课程建设的成果,不断改进教学内容,优化教师队伍,改善教学手段，采用灵活多样的教学方法以提高同学们的学习兴趣；开展编程实践,使他们能够创造性地应用各种数据结构和算法,以提高学生的学习能力,探索研究能力，解决实际问题能力及培养创新能力。

(2)丰富课程资源建设，提高创新型人才培养质量

在教学内容上以“夯实基础、强化能力、跟踪前沿、重在应用”为指导思想，紧密跟踪国内外计算机发展的动态和需求。在授课过程中，注重对学生实践技能的培养，通过大量实验程序的编写调试运行过程来提升学生对数据结构的理解和动手解决实际问题的能力。同时，适时将国内外课程的先进内容和经验吸收到教学中来，以提高学生对目前国内外相关领域知识的了解程度。在实践教学中，本着“优化实验内容、改革实验教学方式和考核机制、建立完善的实验教学体系”的原则，按照“例题→习题→典型题解→课程设计”的方式进行。在实践过程中，个人编程和合作项目相结合，注重小组协作，集体评价，使学生增加互相交流学习的机会，培养团队协作精神，提高综合素质和创造才能。

1.2 积极开展教研活动，提升教学效果

在课程建设过程中，课程负责人定期组织课题组成员进行教学研究活动，结合自身教学工作和学科特点，重点分析研究教学过程中的问题，活动主题包括，教学大纲、教学模式、教学手段、项目建设准备的内容以及教学中存在的实际问题、如何上好实验课、如何调动学生的学习情绪等，教研活动做到群讨论，及时发现、及时讨论，并且开展本课程的观摩课活动。此外，利用班级、课程QQ群以及微信群加强与同学们的交流，定期召开师生座谈会，即时了解学生的学习情况，收集学生对课程的反馈，不断更新教学方法及进程。在课余时间,多次召开学生座谈会，收集了学生对课程的反馈，并能根据教学需要开展第二课堂活动，比如在学生课余时间开展程序设计经验交流会、学习经验交流会、聘请高年级同学为教学助教以及举办青海大学算法设计微视频大赛等，增强了学生的综合素质，提升了教学效果。

课程组在课程建设中时时注意“点、线、面”的结合，“点”即课程建设的创新点，“线”即课程团队拧成一股绳，“面”即建设课程群，课程组成员也走出去参加教研会议如“MOOC与西部教育专题研讨会”、“中国高校计算机大会”等，并积极做大会报告分享课程建设经验。此外，课程组成员积极申报校级及省部级教研项目，从而进一步加快课程建设进程。

1.3 积极推进教学改革，促进学生创新实践能力

2013年春季，对本课程进行教学改革，由剑桥大学岳书亚博士采用全英文课件、全英文讲授，不仅培养了学生的创新能力、学习兴趣和科学态度，而且有助于培养学生的英语阅读、英语翻译等应用能力，为后期专业英语的学习和专业新技术的掌握打下基础。

2014年开始对本课程进行教学和考试综合改革，通过在理论教学中以数据结构为核心和主线，融合程序设计的相关知识、引入研讨型教学模式，构建与实施“问题—探究”教学模式、采用兴趣驱动和项目驱动相结合的教学模式等，从而创设和谐、生动、愉快的课堂教学环境，突出以学生发展为中心，学为重、教为辅，学生主体参与的教学策略；通过在实践教学中分层实践教学模式、综合性实验中引入大学生程序设计竞赛题、课程设计采用模拟项目驱动的方式进行等方式，激发学生主动探索知识的欲望，引导学生由被动学习变为主动学习，以取得最佳教育品质及效能；通过优化考核评价体系，从而细化教学过程管理，改变原有的单一注重结果的教育评价方式和课程考核方式，注重学习过程结点质量控制，切实提高教学质量。

2 开展混合式教学改革，提高学生的综合能力

2014年3月，数据结构课程MOOC试点工作第一次工作会议在清华召开，讨论MOOC如何落地问题。2014年春季学期，课程组成员与学生共享了清华邓俊辉老师MOOC学堂243个微视频，并选择部分章节开展翻转课堂教学的尝试。2014年12月至2015年7月，在教育部在线教育中心老师们的帮助下，课程组在青海大学SPOC平台开设数据结构课程，利用清华OJ平台部署自己的实验，并自2015年春季学期以来开展以翻转课堂为主的混合式教学模式的尝试。

2.1 探索混合式教学方法

在混合式教学中，教学实施活动设计与组织的技巧和方法，对于混合式教学的教学效果起到决定性作用。课程组根据学生所学过的前序课程的成绩，综合考虑学生的编程能力等方面将进行分组。在具体实施过程中，通过三种形式进行翻转课堂教学。第一种，学生课下学习知识，课堂解决实际问题。第二种，学生课下学习知识，课堂上利用问题讲解知识点。第三种，学生课下学习知识，课堂上利用角色扮演熟悉知识。教师更多地是在引导学生进行学习，而不是发布指令，目的是让学生成为最好的学习者，并真正理解课程的内容。翻转课堂教学方法，突出以学生发展为中心，让学生真正“动”起来，从而创设了和谐、生动、愉快的课堂教学环境，提升了学生的主观能动性[8]。

此外，在教学中将趣味教学法引入课堂，让学生用角色扮演的方式参与到老师的课堂，使学生在一种轻松、愉悦的环境中学习；在教学中采用案例教学法，通过对案例内容的分析、讨论和实践，使理论与实际更好地结合起来，让学生更好地掌握理论及其实际应用；尝试将CDIO理念引入课程设计中，采用学生提交实验报告进行答辩的方式考核，从开始的查阅资料、设计方案、详细设计、编码到最后的总结答辩，每一个环节都可以锻炼学生的沟通能力、解决问题能力以及团队协作精神，从而提高了学生的综合能力，增强了学生的创新意识。

通过翻转课堂、趣味教学、案例教学、项目驱动、合作学习等混合式教学方式激发学生主动探索知识的欲望，引导学生从“要我学”向“我要学”转变，培养学生的自学能力，让学生参与教学的全部环节之中，可以提出针对性的建议，实现真正的“我的学习我做主”。

2.2 加大过程考核力度

实现学生知识与能力融合发展的培养目标，从学生学习考核评价方式上入手，以人性化、引导式为主更有效的、激励式的考核评价方式，根据每个学生的情况设置明确的阶段学习目标和激励措施，为学生和教师提供实时的学习情况反馈机制，使每个学生对自己的学习情况都能即时了解，提高学生学习的主动性，也使教师能够通过即时了解的学生学习情况为学生提供及时有针对性的辅导，从两边着手，改善教学质量，促进学生知识与能力融合发展。

在数据结构阶段性考核中,通过机考模式的引入实现了无纸化考试。根据阶段目标要求，培养效果设定，知识点达成度等，设定若干次考查，形成“随教随查”的评价形式。

2.3 优化考核评价体系

考试改革改变了过去的期末单一的考核形式，改为新型的考试模式，加强了过程性考核，较之以往教学，主要体现在以下方面：

(1)改革考试内容，注重学生的能力考核。考试的内容除了注重基本知识，基本理论，基本技能外，还增加了一些反映专业特色的具有探索性，实践性的内容，重视考核学生分析问题和解决问题能力。

(2)加强对学生学习过程的监督考核，期末考核与平时考核并重。期末课程总评成绩为平时考勤占5%、SPOC作业占10%、实验成绩占35%(OJ平台实验占10%+阶段性考试20%+课程设计占5%)、(翻转)课堂表现占10%以及期末考试成绩占40%。

(3)在作业批改中利用作业在线批改及相似度检测系统。作业在线批改及相似度检测系统能够对作业内容解析并进行两两比对，给出量化结果并进行聚类分析，并以直观形式给出作业雷同程度的分布情况以供教师参考，这对提高教学质量具有重要意义。

(4)在课程设计的答辩环节，让学生参与评分。在课程设计答辩过程中，即是答辩人，又是评审人的同学们，秉着认真负责的原则，给出了自己认为最合理的分数，除答辩外，自己也从评审人的角度收获颇多。

由于加大了平时和实验的考核力度，学生自始至终都特别重视这门课的学习，而不是到期末突击应付，收到了较好的教学效果，提高了数据结构课程的教学质量。

3 以赛促建，培养学生的创新实践能力

2013年以来，课程组成员负责承办“蓝桥杯全国软件和信息技术专业人才大赛”省级比赛(软件类)，几年来青海大学计算机系共报名参赛学生100余人，其中获得国家三等奖2名，国家优秀奖2名，省级一等奖13名，省级二等奖15名，省级三等奖22名。

2015年以来，课程组成员组建ASC世界大学生超级计算机竞赛团队，历届学生共23人，在ASC2016比赛中荣获优胜奖(成绩总排名42/175名)，在ASC2017比赛中荣获全球区二等奖(成绩总排名26/230名)，在ASC18比赛中青海大学共派出2支队伍参赛，最终一支参赛队伍闯入全球区总决赛并获得全球一等奖，另一支参赛队伍获得了全球二等奖的好成绩，这是青海大学第一次入围ASC总决赛，也是西部高校中唯一一所入围总决赛的高校队伍。

2017年以来，课程组成员组建算法训练营，开展算法训练营至今，其间先后八次邀请清华大学信息类竞赛冠军队成员为学生开展专项算法培训指导，提升了学生的编程能力与竞赛能力，学生们先后获CCF大学生计算机系统与程序设计竞赛CCSP铜奖、团体程序设计天梯赛青海省特等奖、团体程序设计天梯赛全国团队三等奖以及第十届四川省大学生程序设计竞赛银奖。此外，自2016年9月以来，青海大学计算机系已经连续组织了6次CCF CSP程能力认证考试，考试成绩稳步上升，并在第11次CCF CSP能力认证考试中名列全国第28名。

4 建设及改革成果

数据结构课程建设与改革，经过10年的探索和实践，人才培养质量显著提高，学生创新能力大幅度提升，奖项荣誉硕果累累。2016年“基于慕课的学校间课程共享与混合式教学模式研究”获教育部在线中心优秀项目奖，“数据结构课堂教学和考试综合改革”在2016年全国高等院校计算机基础教育研究会结题验收中被评为优秀项目，2013年数据结构获“青海大学精品课程”称号。课程建设及改革期间，课程组共获批教研项目14项，其中省部级项目3项；发表教研论文11篇，获得教学奖励13项；申报软件著作权1项；课程组有1位教师获得宝钢优秀教师奖，2位教师入选青海省第二轮“135高层次人才培养工程”创新教学科研骨干，1位教师入选“青海省第九批省级骨干教师”培养对象，1位教师入选“青海大学名师”培育计划。

5 总结

经过10年课程建设与改革，人才培养质量显著提高，学生创新能力大幅度提升，取得了良好的教学成效。以本为本，在数据结构课程的建设中，课程组依托对口支援所引入的优质资源，建立科学的课程体系，结合项目及各类竞赛来激发学生的能力和潜质，实现创新型人才培养目标。此外，利用MOOC上名校的优质教学资源，在青海大学SPOC平台建立自己的SPOC专区，并不断进行课内课外相结合、线上线下互补的混合式教学改革，引导学生从“要我学”向“我要学”转变，让学生参与教学的全部环节之中，实现真正的“我的学习我做主”，也激发了学生的创新能力。