基于OBE理念的数据结构与算法课程教学改革研究

摘 要：本研究针对数据结构与算法这门课目前存在的问题，实施以OBE理念为指导的本课程教学改革。首先制定了“学习产出”式教学目标，然后依据教学目标制定相应的教学内容，应用多种灵活的教学手段引导学生开展课程内容的学习。其次，本研究中教师可以建设在线课程资源和习题库，通过每周小组讨论等多种教学过程来培养学生解决本专业相关复杂工程问题的能力。最后，本研究探讨了过程性考核的实施，并通过教学反思进一步调整教学目标及循环优化。

关键词：数据结构；OBE；教学改革；实践

1 概述

工程教育专业认证是一种在国际上通行的工程教育质量保障制度，越来越完善并且越来越成熟，这就对高校的传统教学模式下的教育教学质量提出了更进一步的要求，并在各部委的推动下，工程教育专业认证也成为各个高校提升教育教学质量的重要手段。近十几年来，我国很多高校都在积极开展工程专业认证工作［1］。工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保障制度，为工科院校学生培养提供了依据［2］。OBE强调人人都能成功，强调个性化评定，强调精熟与绩效责任，强调能力本位［3］。

数据结构与算法这门课程是我校信息类相关专业的学科基础课，同时也是一门必修课，是本专业学生进一步深入学习和开展高层次研究的基础。通过本课程的学习，可以培养学生利用计算机处理数据的能力，并为后续操作系统等课程打下良好的基础［4］。在本课程历年教学过程中，教师通常是在课堂上重点讲述理论知识，并辅助以PPT课件和板书來进行教学，但是由于知识比较抽象，部分学生在上课及课前课后的学习热情不是特别大，总有一部分比例的同学在当堂课后仍然不能独立思考、做题、解决问题。而OBE教学理念是以成果为导向的，它要求本专业的学生毕业后，能够运用所学的专业知识来建立抽象模型从而解决复杂工程问题，并能使教师持续改进、优化本课程的教学方法［4］。OBE理念的教学模式可以有效提高数据结构与算法这门课程的学习效果。

本文结合了OBE理念对数据结构与算法这门课程进行教学探索和研究，通过一系列的步骤提高本课程的教学效果，这些步骤包括“学习产出”课程目标的设定、教学知识点和内容的梳理、各种教学资源的建设、评价考核方式的设计。本研究希望提高学生学习本课程的效果，从而提升教育教学质量

2 目前课程教学存在的问题

结合数据结构与算法课程教学及实践情况，总结目前课程教学要解决的问题。首先，在高校这门课程传统教学方式是教室授课，通常教师比较注重课堂上的理论教学，主要的教学授课方式包括课件的讲解和板书，教学内容包括四类数据结构的核心操作及实现。有一定比例的同学由于各种原因在课堂上没有办法掌握授课内容，课下又缺少自主学习的动力。本课程的考核方式一般是期末卷面笔试为主，平时成绩占比偏小，大部分学生只想通过期末考试，忽略了本课程后期的应用场景。期末考试结束后，大部分学生基本可以掌握期末考试里考查的知识内容，但是并不了解后期在实际工作场景中如何去应用这几类数据结构。此外，数据结构课程的知识点较多，有些算法是比较抽象的，所以学生不太好深入理解。有些学生上课时基本能听懂授课内容，课下由于自己没有及时复习又忘记了。此外，有些学生考前突击、死记硬背通过考试，忽略了解决问题的能力。以上这些问题普遍存在于以学习内容为驱动的教学模式，缺乏成果导向，学生在就业或深造时体现不出应该具有的能力和水平。

3 基于OBE理念的数据结构与算法课程教学改革

本课程改革的思路及实施过程如图1所示。

流程图右侧的第一个环节是OBE教学目标，即基于各种因素确定本专业学生的毕业要求，并基于此来研究制定基于OBE理念的若干个“学习产出”课程教学目标。右侧的第二个环节是确定教学内容，即探讨这些教学目标，并确定每个课程目标所包含的教学知识点和教学内容，以此来确定教学体系、教学内容、教材及参考书。右侧的第三个环节是教学过程，也就是在教学实施的过程中，教师可以选用合适的教学方法和多种教学的手段来开展灵活教学，例如慕课学习法、任务驱动教学法等各种教学方式，加强学生利用所授知识点解决本专业的复杂工程问题的能力，从而实现本课程在第一个环节所设立的教学目标。接下来，结合第一个环节的课程目标，课程组来确定本学期的学习过程评价值指标，这样可以评价学生在本学期的学习效果，从而及时发现教学中所出现的问题并在以后的教学过程中加以调整改进，并通过课程目标达成评价来评估每个学生在每个课程目标的达成情况，从而可以分析出学生最终的学习效果。最后进行基于OBE理念的教学反思，从而实现数据结构与算法课程的优化与改进过程。

3.1 制定本课程的“学习产出”模式（OBE）下的目标

在OBE理念中，本课程的教学目标制定是其关键之处，需要根据本校本专业的毕业要求及指标点，同时也是教学内容的制定、教学流程的设计、课程考核方式和最后的教学反思这几个步骤的重要基础。因此，首先要根据OBE理念的需要来制定若干具有逻辑层次的课程目标，使之能适应行业发展的需求，也能契合本专业的培养目标。

通过学习本课程的教学内容，学生可以系统地掌握各种常用的基本数据结构及其实现方法。此外，学生学习本课程的过程也是进行复杂程序设计的训练过程，运用这些知识解决和研究本领域复杂工程问题，为学生今后在本领域的学习和工作奠定基础。

课程目标1：熟悉数据结构与算法这门课程的基本概念、数据的四种逻辑结构及各自对应的两种存储结构；掌握线性表、树和图等经典数据结构的定义、性质、特点以及各种操作的实现；掌握各种数据结构在排序和查找等典型问题中的应用技巧；具备从事本专业相关工作所需的专业基础知识。

课程目标2：具有针对实际问题选择恰当数据结构的能力，能够设计出结构清晰、正确易读、复杂性较优的算法；具有对算法进行时间、空间复杂性分析的基本能力；具有设计算法、编制和调试程序的动手能力，能够运用数据结构相关知识对本领域复杂工程问题进行研究分析。

课程目标3：具备综合运用数据结构知识解决实际问题的能力，可以将理论知识、编程技能和创新能力协调发展，通过问题建模与实现过程的锻炼，能够对本领域复杂工程问题进行问题抽象和模型设计。

3.2 设定教学内容、过程及考核方式

首先，依据“学习产出”这个OBE理念目标来设定本学期的教学内容。数据结构这门课程的知识体系完整，但是比较抽象。这门课程包括线性表、树、图等若干数据结构以及具体的算法实现，包括创建，数据元素的增、删、改、查等算法。此外，由于本门课程是C语言版的数据结构，知识点涉及C语言的掌握程度，学生基础比较薄弱，更进一步地增加了掌握算法的难度。因此，教学内容的设计上，教师可以使用案例来融入枯燥的授课知识点，首先复习使用到的若干C语言的易错知识点，然后在难懂的那部分融入一些案例和算法演示动画，这种形式可以使学生进入一种接受度更高的情境之中，把复杂算法化解为一个一个的简单问题，在这样循序渐进的引导下，学生的各方面能力得到了进一步锻炼，学生的分析问题的能力以及解决复杂工程问题能力也得到了进一步的锻炼和提高。

其次，制定灵活的教学过程。在课堂理论授课时使用线上和线下混合的教学模式，再利用每周小组答疑的方法，解决学生在本周重点的掌握漏洞，这种方式可以帮助学生课下有效率地实现查缺补漏。还有，一节课里有70%的学生当堂可以掌握本次的重点内容，但是30%的学生不太理解，如果下节课再重复讲授会耽误70%同学的时间，因此教师可以提前录好一些重要知识点的小视频，并且将小视频和本周知识点所需的其他资料，比如PPT、单元练习与测试等上传到超星学习通，让学生能在课后随时随地进一步强化重点和难点，弥补自身漏洞。同时，教师还可以通过超星学习通进行签到，作为考勤依据，还可以利用学习通来观察学生在每一章的知识点学习状态，比如有哪些同学完成了任务点，有哪些同学没有提交作业等。在教室里进行课堂教学时，教师讲解每种数据结构的逻辑结构、存储结构及操作的算法实现，并让学生积极回答问题并参与讨论在两种存储结构下算法实现的不同方法及对应优缺点。此外，本研究还需完成一本实验指导书，作为每节课的课后练习来检测学生对知识点掌握了多少，从而根据学生课后练习的正确率改进和调整教学的进度和教学的方式。通过这样设计的教学过程，预期学生可以更好地理解并掌握常用数据结构的实现，进一步培养本专业学生能够运用数据结构相关知识对本领域复杂工程问题进行研究分析、问题抽象和模型设计的技能。

再次，设置基于多课程目标的考核方式。教学评价主要是对于教学效果的评价，用于查看学生的学习效果，看学生是否具备了教学目标期望学生达到的能力，而基于OBE的理念比较重视课程的平时学习过程，因此，本研究重新制定了考核方式，以综合几方面的基于过程的评价形式来计算平时成绩和实验成绩，从而对学生进行本学期的考核。课程的期末最终总成绩由平时、实验和期末三项成绩组合而成，每一项成绩又分别支撑若干课程目标，需要考核每个学生在每个课程目标下的各项学习情况并进行打分，最终计算出学生的课程总成绩，举例如图2所示。平时成绩支撑课程目标2、3，实验成绩支撑课程目标2，期末考试支撑课程目标1、2。

4 教学改革效果

《数据结构与算法》课程目标达成的总体情况及持续改进效果分析如下：

2021年秋季学期与上一年度的教学过程相比，课程目标1的达成度为0.81，和上一年度相比有提升。通过期末考试的方式考核了学生对课程目标1的达成情况，课程目标1基本达成，达成度尚可，在2021年秋季学期中，部分同学对学习内容掌握尚可，但仍有部分同学对数据结构基础知识掌握得不够全面，容易出现漏洞。本课程组需要深入探索目前这些考核方式如何优化执行，进一步强化基础知识的掌握，思考更好的教学方法，进一步思考如何提升针对课程目标的达成效果。

2021年秋季学期与上一年度的教学过程相比，课程目标2的达成度为0.86，达成情况有略微提高。继续沿用通过作业、实验以及期末考试的方式考核学生对课程目标2的达成情况，教学过程中课程目标2顺利达成。作业的主要形式是平时作业和课后习题完成情况。平时作业以课后布置的思考题完成情况进行考核，课后习题以每单元课程后布置的习题作业完成情况进行考核。实验报告主要考查学生对上机实验的掌握情况。实验报告主要是以每一单元的实验完成情况进行考核。期末考试主要考核对课程知识点的掌握程度，包括学生对数据结构的线性表、树和图等经典数据结构的定义、性质、特点以及各种操作实现的掌握程度，以及各种数据结构在排序和查找等典型问题中的应用技巧、算法时空复杂性分析方法。主要形式是笔试，主要题型为：选择、填空、能力测试和算法设计题。需要继续深入探索如何优化教学环节，并考虑今后的教学要适量增加复杂问题的分析和设计能力，提高学生独立分析和设计能力，探讨改进措施提升针对课程目标的达成效果。

2021年秋季学期与上一年度的教学过程相比，课程目标3的达成度为0.77，达成度与上一年度相比略有下降。因此，将两个学期的教学过程进行对比分析。本学期继续沿用通过作业的方式考核学生对课程目标3的达成情况，教学过程中课程目标3均达成。通过作业巩固重要知识点并考查学生对知识的掌握和运用比较合理，需要继续坚持下去，使学生能更好地理解并应用一些复杂的相关知识，提升针对课程目标的达成效果。在2021年秋季学期中，部分同学对数据结构的理解不够深入，较复杂作业的完成度不高。需要深入探索如何优化教学环节，并考虑今后的教学要适量增加对于复杂问题的分析能力，提高学生综合运用数据结构知识解决实际问题的能力，提高问题抽象和模型设计能力。

结语

本文以OBE教育理念为导向，结合数据结构与算法课程目前存在的不足之处，探索了教学改革方向。首先，本研究经过讨论制定了本课程的“学习产出”的教学目标。其次，根据该目标设定教学内容。在教学内容上，借助案例教学法强化重难点部分。再次，制定灵活的教学过程，灵活的教学过程可以促进学生更好地巩固重点难点并弥补薄弱环节。接下来，根据第一步的本课程目标，设计适合本课程的基于过程多因素的考核方式，由若干评价指标构成，通過对学生的各方面评价来评测学生的本学期学习效果，从而发现目前的教学过程中可能隐藏的问题，通过课程目标达成评价来评估每个学生在每个课程目标的达成情况，从而可以分析出学生最终的学习效果。最后进行基于OBE理念的教学反思，从而实现数据结构与算法课程优化。通过本教学改革，加强了学生实践应用能力，改善了教学效果，提高了学生运用所学专业知识建立抽象模型以解决复杂工程问题的能力。

参考文献：

［1］路红，刘红英.基于OBE理念的数据结构课程教学改革研究［J］.电脑与电信，2022（4）：2932.

［2］常晨霞，丁晋湘，王万升.符合工程认证要求的《数据结构与算法》课程教学改革［J］.云南民族大学学报：自然科学版，2022，31（3）：329334.

［3］王璨，徐东，徐春明，等.基于OBE引领的数据结构课程改革探索［J］.产业与科技论坛，2021，20（3）：182183.

［4］张冰涛，王小鹏，王履程，等.基于工程认证的数据结构与算法课程教学研究［J］.软件导刊，2019，18（1）：201204.

基金项目：北京物资学院2022校级教育教学改革项目（项目编号：2022jgxm23025）资助

作者简介：于真（1983— ），女，汉族，山东阳谷人，博士，副教授，研究方向：信任管理。