新工科背景下《数据结构》课程建设的思考

杨智明，李世通

（保山学院信息学院，保山678000）

0 引言

《数据结构》是计算机与信息类重要的专业课，在专业课程体系的专业树中支撑操作系统、计算机网络、人工智能等多门课程，也是大多数学校计算机类研究生考试必考专业课程。由于适合地方院校学生实际水平的数据结构网络资源有限，加上突如其来的疫情，《数据结构》教学面临新的挑战。2017 年2 月教育部发布了《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》，提出“新工科”建设目标，旨在从新理念、新结构、新模式、新质量、新体系等顶层设计来进行工程教育改革。多数高校在专业设置、课程改革、人才培养等方面进行改革与探索，开启了新工科教育改革的新征程。本文围绕“两性一度”的“金课”建设标准，对《数据结构》课程建设进行了思考。

1 金课标准

教育部吴岩司长在第十一届“中国大学教育论坛”报告中，指出要打造“金课”，杜绝“水课”，提出了“两性一度”的“金课”标准。“两性”指的是课程要有“高阶性”和“创新性”，“一度”指的是课程要有一定的“挑战度”。“高阶性”，是知识能力素质的有机融合，培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维。“创新性”，是课程内容反映前沿性和时代性；“挑战度”，是指课程有一定难度。

2 《数据结构》课程建设思路

2.1 高阶性方面的思考

在《数据结构》课程建设中，“高阶性”可以理解成，遵循成果导向（OBE）理念，以学生为中心，将知识传授转向学生的能力培养，重视培养学生解决复杂工程问题的能力，主要从五个方面培养学生的能力。

（1）在“做中学”中培养学生的动手能力

针对《数据结构》课程的特点以及学生学习《数据结构》课程的认知规律，采用CDIO 工程设计思想，按照构思、设计、实施和运行的工程教育模式，让学生在“做”的过程中实现“学”的目标，培养学生探索之精神和实践动手能力。

（2）运用计算思维思想训练学生的发散思维能力

把很多相似、学生容易混淆的知识点放在一起，从多种角度去评判和分析，再做出最优的选择。例如，用多种方法查找同一组数据，比较各算法的平均查找长度，不仅可加深多种查找算法的理解，还能在分析辨别中对比各种算法的优劣，甄别出最佳算法，领略《数据结构》课程花费最小精髓的同时得到思维训练。又例如，在双向链表中插入结点操作，知道插入结点的前驱指针和知道插入结点的后继指针，修改指针的顺序截然不同，并将其与单链表插入结点进行对比分析，就容易理解指针修改顺序一定要遵循逻辑关系，修改指针顺序不能颠倒的原因。

（3）在编程实践不断的试错和纠错中培养学生的抗压能力

把算法转换为C 语言程序，能够通过上机编辑、修改和调试，得到正确的运行结果，这是学生在学习《数据结构》中遇到最棘手的问题。需要学生不断地上机实践操作，不仅要理解编程思路，语法规则，还要火眼金睛识别错误，发现潜在的危机，有时程序错误太多，学生很难修改正确，甚至到崩溃的边缘，此时就要及时地引导提示指导，峰回路转，让学生看到希望。这样，让学生上机编程实践，给学生不断试错和改错的机会，培养学生的受挫和抗压能力。

（4）运用校企合作项目培养学生解决实际问题的能力

运用与保山市公安局合作的“公安应用软件研发”，与保山市农业局合作的“保山智慧农业指导系统”等项目的机会，让学生参与一些项目开发，培养学生用专业知识解决实际问题的能力。例如，为保山学院科研处开发“科研小助手”管理系统，为保山铭远科技有限公司开发“极速快递App”等。既加深了专业知识的学习，又为地方解决实际问题提供了服务。

（5）专业培养与价值引领有效融合，培养学生做为“IT”人的使命和当担

围绕立德树人，把社会主义核心价值观贯穿课程始终。精选与课程内容联系紧密的思政元素，例如，如何利用计算机知识实现疫情数据上报，为国家排忧解难；如何用计算机对扶贫工作精准施策；如何为“中国芯”奋斗的责任与担当等案例，巧妙地将之融入课堂教学中，使学生在潜移默化中树立正确的个人操守和职业操守，与时代同频共振，是做为“IT”人的使命和担当。

2.2《数据结构》课程建设创新方面的思考

（1）《数据结构》课程内容创新

①从前沿技术角度创新课程内容

将专业课程体系中涉及到《数据结构》课程的原理和思想融合，重构课程知识体系，增加课程内涵，丰富课程思想，又结合学术前沿，把《数据结构》课程内容与大数据、云计算、人工智能等新技术、新产业深度融合，增加课程的新颖性和时代性，确保最新科技和工程前沿进入课堂。例如，把搜索引擎、决策树、“新工科背景下的课程改革实践研究”等内容融入到《数据结构》课程建设中，增强课程内容的实用性和前瞻性。

②从工程教育专业认证思想创新课程内容

遵循课程目标支撑学生毕业要求指标点的原则，将每一章节的知识点与学生能力培养对应起来，从强化学生知识深度和广度的角度，注重学生的计算思维能力与专业核心能力的培养。坚持课程设置始终为培养目标服务的宗旨，围绕“培养目标-毕业要求-课程设置-顺利上岗”的主线落实课程目标，提高以产出为导向的人才培养质量。

③从课程思政的角度创新课程内容

以社会主义核心价值观为理念，挖掘《数据结构》课程中的德育元素，在教学大纲和教学设计中加入课程思政，并在教育教学过程中把知识、能力和课程思政教育有机融合，做好立德树人的教育初心。例如，单链表结点插入时，指针修改一定保持它们的逻辑关系，修改的语句顺序不能任意颠倒这个知识点，需要把规矩意识贯穿其中，使学生懂规矩，按原则办事，做到作业不抄袭，考试不作弊，做遵纪守法的好学生，既教知识，也教做人。

（2）教学模式创新

采用翻转课堂、CDIO 工程实践、案例教学、任务驱动教学、课堂加机房授课等多种混合式教学方法，实现课堂内外大翻转，线上线下联动，调动学生学习的积极性，扭转学生听课闲得无聊，手里有个手机，智商不在服务区的课堂百态。

①翻转课堂教学

按“呈现、体验、再现和反思”四个过程进行翻转课堂教学实践研究。知识呈现过程是指把《数据结构》课程中每一章节中的概念、算法思想、操作的动画演示示例做成视频，传到QQ 群空间，或学习通平台，让学生在课前看视频，回答相关的问题，完成知识的传授过程。体验过程是让学生根据观看视频习得的知识，让学生依葫芦画瓢完成相似的题目，再运用相同原理，加上一些拓展内容，让学生依次完成难度递进的练习题。再现过程是指从学生反馈情况中，梳理出学生聚焦的疑难点问题，并在课堂上进行讨论分析、讲解示范等，再次重温前面学习过的内容，通过此类方式的深度学习，使其知识完全内化。反思过程是从视频的制作效果、疑难问题的讨论与答疑，学生学习的参与度以及学习效果等方面进行反思和总结，对有价值的经验和技巧进行分享与推广，并对存在问题进行整改和优化。通过“呈现、体验、再现和反思”四个过程，收到知识完全内化的效果。

②CDIO 工程实践

在小组长的带领下，按CDIO 工程设计思想依次进行选题-问题分析-设计-实现-成果展示-小组答辩，最终完成项目。在“做中学”的实践训练中，通过团队的协作和不断试错与纠错的过程，达到了学的目标。

③案例教学

收集各种竞赛题目、科研项目以及真实生活的典型应用作为案例，围绕主题，从案例引入、分析和实现进行讲解，突出数据结构知识在实践中的应用，激发学习兴趣。例如，用生活中学生排队打饭模拟队列，学生就容易理解队列的先进先出原则，而且对比较难理解的队列假溢出问题，学生理解起来也容易了许多。

④任务驱动教学

对传统的按照章节安排的教学方式进行改革，以“任务”为核心，引导学生带着问题从横向、纵向归纳类比总结，将知识点、线、面结合，使零散知识系统化，并从系统的理论高度，进行技能和思维拓展，培养学生的探索欲。例如，字符串回文检测问题，可以用顺序存储结构、堆栈存储和双向循环链表存储结构等几种不同的存储方式，得到不同的回文检测方式。这样，带着任务学习，学生注意力集中，学习效率高。

（3）教学反馈评价创新

采用传统的终结性考试成绩评价教学效果，有失偏颇之嫌，经常出现平时不努力的学生，考试成绩很高的情况。创新的思想是采用基于信息化教学工具进行评价，重视过程性评价。考核总成绩由多种方式组成，有线上成绩、线下成绩和加分成绩。其中，线上成绩主要指线上课程视频学习、章节测验、作业和考试；线下成绩主要由章节测试、出勤、课堂表现、期末考试；加分成绩主要指获得软考资格证书、创新创业大赛获奖、软件开发、优胜小组等。这样，分阶段，分任务，学生要在不同时段完成相应的作业，减少了学生拖延、突击的情况。

2.3 挑战度方面的思考

除了鼓励学生参加各种竞赛、考证和软件开发外，还布置有一定梯度的实验作业和课程设计作业，作业难度由低到高，从简单到复杂，渐进式的增加学生学习的难度。例如，数据结构的实验题目分成四个等级，第一级是预备知识实验，针对数据结构实验必须具备的基础实验知识，起到对前序课程复习巩固和查缺补漏的作用，消除先行知识的技术障碍。第二级是验证实验，主要是上机实现《数据结构》课程中涉及的基础算法在不同存储结构中的上的实现，目的是加深对算法原理的理解。第三级是设计实验，采用数据结构的基本方法，通过分析比较，挑选出合适的算法来求解问题，目的是理解如何应用数据结构知识来解决简单的实际问题。第四级是综合实验，综合运用《数据结构》课程中的多个知识点来求解复杂的问题，目的是培养学生解决复杂问题的能力。通过有坡度的实验题目，不断增加实验难度和挑战度，让学生在不知不觉中达到了更高的目标。

3 结语

本文围绕“两性一度”的“金课”建设标准，对《数据结构》课程建设进行了探讨。首先，在“高阶性”方面，主要培养学生的动手能力、发散思维能力、抗压能力和解决实际问题的能力；其次，在教学内容创新性方面，主要是围绕《数据结构》课程内容，从前沿技术创新、工程认证的成果导向创新，以及课程思政创新等方面增加课程内涵，丰富课程思想；教学模式创新是采用翻转课堂、CDIO 工程实践、任务驱动等多种混合式教学模式，实现课堂内外大翻转，线上线下联动的创新教学模式，而评价方式创新，是从终结性评价转向过程性评价，通过网络平台的大数据支撑，对学生在不同时段的学习情况和学习效果进行评价，能有效治好学生拖延突击的毛病。第三，挑战度方面采用渐进方式增加课程难度与深度，通过考试、参赛获奖等获得资格证书和获奖证书等方式，使学生跳一跳达到更高的目标。围绕两性一度金课建设标准，把《数据结构》课程建成集知识、技能和文化为一体，具有地方特色的改革示范性课程，使教师与学生共同成长，让工程教育回归工程本质，落实立德树人的初心。