基于OBE的数据结构教学设计与实践

孟利华

摘要 数据结构是计算机类专业一门承上启下的专业基础课程，对培养学生解决复杂工程问题的能力起着至关重要的作用。文章分析了数据结构课程教学中存在的问题，提出以OBE理念为导向，按照反向设计原则，制订五个课程目标。为达成课程目标，重构课程教学内容，深度融合BOPPPS与对分课堂教学模式应用于课程教学设计与实践，强调参与式学习，激励学生开展自主学习。构建多元化动态课程评价体系，为课程持续改进提供有力依据。OBE课程教学提升了学生的学习效率和效果，提高了数据结构课程的教学质量，为工程教育课程教学提供了借鉴与参考。

关键词 OBE；数据结构；BOPPPS；对分课堂

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.10.043

1课程简介

数据结构是计算机类相关专业非常重要的专业基础课程，是一门综合性、实践性较强的课程，既是高级语言程序设计、离散数学等课程的延伸和扩展，也是后续课程如数据库、计算机网络等课程的基础，还是计算机类专业考研必考的专业课程之一。数据结构课程全面系统地讲解了非数值型数据的组织形式，数据在计算机内部的存储结构，不同存储结构相关运算算法以及算法实现，并且对不同算法进行时间效率和空间效率分析，以便找到合适的解决方案。数据结构知识在系统应用软件开发、人工智能、大数据等领域均有广泛的应用。该课程对于培养学生对数据的认识和理解能力、逻辑思维能力、算法设计与分析能力、程序设计与实现能力，最终通过建立抽象数据模型解决复杂工程问题，并对解决方案持续改进和优化起着至关重要的作用[1]。

2课程教学存在的问题

2.1教学内容抽象、复杂

本课程是计算机类专业的一门专业基础课程，其课程内容抽象复杂，理论性和实践性较强，学生比较难以理解和掌握课程教学内容。本课程内容主要围绕四大类结构：线性结构、树型结构、图状结构以及集合结构展开，具体包括线性表、栈和队列、字符串、数组和广义表、树和二叉树、图等数据结构的逻辑结构、物理存储结构以及基本操作，常用查找算法和排序算法。课程教学内容理论知识复杂、抽象，尤其体现在非线性结构（树、图）教学中，学生难以将课程理论中的数据逻辑结构与物理表示以及算法设计联系起来，程序编写调式能力差，不能测试验证算法与程序的正确性。

2.2教学方法单一、课程实践不受重视

本课程教学采用以教师讲解为主导的传统教学模式，教学过程中重视知识的传授，以教师为中心，以教材、教案为本，以讲解抽象概念、基本算法逻辑为主，实验教学也只讲授验证性实验，忽视设计性实验和综合性实验，部分高校甚至缩短数据结构课程的实验实践课时，取消数据结构课程设计，使得学生对该门课程的学习缺乏主观能动性以及创新性，难以有效培养学生解决复杂工程问题的能力。

2.3课程考核评价体系未能反馈教学

该课程的考核评价由平时表现和期末考试分数构成，平时表现包括出勤率、平时作业完成情况等，成绩分析粒度不够精细，没有依据能力目标的达成设计考核评价标准。忽视形成性评价与过程性评价在教学过程中的作用，教师不能根据课程评价在教学中及时发现问题，从而改进教学策略与教学方法，难以充分发挥课程评价在持续改进教学中的导向作用。

3课程目标

本课程依据吉首大学张家界学院理工农学院软件工程专业工程教育专业认证标准毕业要求与专业培养目标，参考《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》，综合考虑社会、信息产业、家长、学生等相关利益方面的需求，采用布鲁姆认知目标分类理论，尽量使用高层次目标以及目标管理SMART（Specific：具体性、Measurable：可衡量性、Attainable：可实现性、Relevant：相关性、Time-bound：时限性）原则，制订本课程的5个课程目标，数据结构课程目标与对应毕业要求指标点如表1所示。

4课程教学设计与实践

4.1教学内容设计

本课程讲解如何合理、有效地组织与存储数据，设计正确算法处理数据并对算法进行时间效率和空间效率分析与评价，找到解决复杂工程问题的最佳方案，最终能够编写程序解决复杂工程问题，培养学生对数据结构的理解分析能力、算法设计能力、程序实现能力，提高学生解决复杂工程问题的能力，提升学生的团队协作能力以及终身学习的能力。吉首大学张家界学院作为西部高校，学生理论基础相对薄弱，根据课程团队构建的课程目标，结合我院应用型人才的培养定位以及学生的实际情况，将本课程分为理论课和实践课，其中，理论课删除与课程目标联系不紧密的内容：串、数组和广义表，理论课共计50学时；实践课增加设计性与综合性实验，减少验证性实验，部分验证性实验学生课后在学习通平台自主完成学习，共计42学时。

4.2基于BOPPPS教学模型与对分课堂教学模型的混合式教学设计

4.2.1 BOPPPS教学模型

BOPPPS教学模型源于加拿大教师技能培训，以教学目标为导向、以学生为中心，由引入（Bridge-in）、目标（Objective/Outcome）、前测（Pre-assessment）、参与式学习（Participatory Learning）、后测（Post-assessment）、总结（Summary）6个教学环节构成[2]。

该模型的理论依据是认知理论与构建主义，教學理念强调以“学生为中心、教师为主导”。对教学目标的达成构建了完整的教学过程和理论框架，为课堂教学目标的达成提供了清晰的思路和有效保障[3]。教学目标设定明确，符合认知规律，便于达成度的评价。教学过程注重互动与反思，强调参与式学习，目标达成情况反馈教学，促进课堂教学持续改进，提升教学目标达成度，提高课程教学质量。

4.2.2对分课堂教学模型

对分课堂又称PAD课堂，是一种基于构建主义教育理念，在教师讲授的基础上，强调学习的自主建构性和教学的情景互动性，把教师的“讲”与学生的“学”和“思”结合起来，是构建主义与传统教学模式的独特结合[4]。对分课堂理念是将课堂时间错开，一半时间在前分配给教师进行课堂知识讲授，一半时间在后留给学生内化吸收和交流讨论，体现“以学生为中心”，激励学生自主积极地学习。

4.2.3混合式教学设计与实践

针对本课程教学过程中存在的问题，根据课程团队构建的超星泛雅平台，课程教学融合“BOPPPS教学模型”+“对分课堂教学模型”进行教学设计与实践，将课堂教学分为课前、课中、课后三个环节展开。课前由BOPPPS教学模型中的引入、目标以及前测三个环节构成，课中的参与式学习，将对分课堂重构，由四个环节构成：教师精讲留白；学生独学，内化吸收；小组讨论；教师答疑。课后由BOPPPS教学模型中的后测以及总结两个环节构成[5]。以课程目标达成为核心，组织实施教学活动的各环节，具体如图1所示。

①课前准备。由BOPPPS教学模型中的引入、目标以及前测构成。

引入：教师充分利用已有教学资源，选取实际应用案例引出教学内容，收集并分享身边的人和事以期吸引学生的注意力，引起学生对本课程的学习意图、学习动机，激发学生的学习兴趣、学习积极性以及学习挑战性。例如，教师通过超信泛雅平台、QQ、微信收集并分享历届优秀毕业生在校学习经历以及毕业后的工作情况，高年级学生通过本课程的学习，参加各种竞赛的获奖情况等。

目标：目标是教学的基本依据，也是目标达成的评价标准。通过超星泛雅教学资源平台、QQ、微信，教师将课堂教学目标发布给学生，让学生明确课堂教学目标，明了课堂学习方向，学生对课堂中的重、难点知识做到心中有数。

前测：通过综合分析学情、教学内容和课堂目标，设定前测内容，以微课视频、教案、课前小测验、话题讨论等各种不同方式，利用超星泛雅教学资源平台、QQ、微信多种工具发布给学生。学生通过在线自主学习微课视频、教案，完成课前小测验，将学习过程中的疑难点记录下来并分享至讨论区，师生、生生在讨论区针对疑难点相互讨论，学习交流，加深对重难点的理解和掌握。教师通过问题反馈、讨论记录、前测情况了解学生对知识基础的掌握程度，学习兴趣以及学习能力，进而调整课程内容的深度与进度，为后续课程教学做好铺垫。

②课中学习。课中学习强调参与式学习，是整个教学过程的关键环节，让学生积极主动参与到课堂教学过程中，体现以“学生为中心“的教育理念。本课程的参与式学习重构对分课堂教学模式，分为以下四个环节。

教师精讲留白：教师从宏观上告诉学生为什么学，学什么以及如何学，让学生了解知识框架，明确知识的重难点，结合留白的艺术手段，使学生有思考的时间与空间，激发学生的学习兴趣以及学习积极性。例如，在讲授哈夫曼树时，通过哈夫曼树的应用场景让学生明白解决哪些问题会用到哈夫曼树，哈夫曼树的逻辑结构是什么，存储结构是什么，为什么要采用这种存储结构，哈夫曼树是如何构造的。

学生独学、内化吸收：学生根据自身的情况个性化学习，理解和内化课程内容，形成课程知识体系架构。独学后，学生还需要总结所学以及疑惑，为小组讨论环节做好铺垫。例如在哈夫曼树的独学环节，学生明白哈夫曼树的存储结构以及构造过程，但对哈夫曼树构造算法存在疑问。

小组讨论：学生带着自学和思考结果与班级同学进行讨论交流，以分组或者通过超星泛雅、QQ、微信进行15分钟左右的交流讨论，生生互帮互助，答疑解惑，形成最终的讨论结果。例如，学生带着算法存在的问题与同组同学交流讨论，设计正确算法并分析算法的时空效率。

教师答疑：根据学生的独学与讨论情况，教师总结学生学习的难点所在，就学生的疑问以及遗漏的知识点进行查漏补缺。

③课后复习。后测：通过科学的评测方案针对性地评测学生学习状况，了解学生是否达成了预定的课程目标。根据课程性质以及教学内容的差异，采用发布随堂测试、章节作业、实验等有效展开，题型可以是选择题、简答题、程序分析与设计题等，教师依据评测结果改进与完善教学过程，提高教学目标的达成度。

总结：教师在课后根据课程各个教学环节反馈学生的学习动机、学习兴趣以及学习能力，及时调整教学策略与教学手段，阶段性地促进教学目标的有效达成。

5构建多元化动态课程评价体系

为合理评价课程目标的达成情况，充分发挥课程评价对课程教学持续改进的指导作用，数据结构课程评价从课程考核评价与学生课程目标达成问卷调查两个方面展开。课程考核评价采用形成性评价与终结性评价相结合的方式进行，采用百分制，各占比50%。形成性评价从平时测验、课堂表现、上机实践等方面进行评价，每个评价项目根据课程目标设置不同权值，终结性评价采用期末测试展开，期末测试题型包括选择题、填空题、简答题以及程序设计编写题，每种题型根据课程目标设置不同权值。学生课程目标达成问卷调查按照课程目标设置问题，每个课程目标设置两个不同的问题，据此了解课程目标的达成情况，为课程教学持续改进提供有力的参考依据。

6结语

数据结构是计算机类专业一门重要的专业基础课程，本文研究以OBE为导向的数据结构课程教学设计与实践，按照反向设计的原则，制订课程目标，依据课程目标设计课程教学内容，深度融合BOPPPS教学模式与对分课堂教学模式进行课程教学设计与实践，基于课程目标制订多元化的动态课程评价体系。在工程教育专业认证背景下，其他课程工程化的教学设计提供了理论与实践指导，具有一定的推广价值。

基金项目：2022年湖南省普通高等学校教学改革研究项目（HNJG-2022-1412）。

参考文献

[1]董薇，张淑丽.基于工程教育专业认证的数据结构课程教学改革[J].中国现代教育装备，2020（21）.

[2]金鑫，李良军，杜静，岳勇.基于BOPPPS模型的教学创新设计——以“机械设计”课程为例[J].高等工程教育研究，2022（6）.

[3]丹平，印兴耀.加拿大BOPPPS教學模式及其对高等教育改革的启示[J].实验室研究与探索，2016（35）.

[4]杜艳飞，张学新.“对分课堂”：高校课堂教学模式改革实践与思考[J].继续教育研究，2016（3）.

[5]余军霞，董永权.OBE课程教学设计与实践——以数据结构与算法课程为例[J].软件导刊，2021（20）.