应用型本科软件工程专业数据结构与算法课程教学模式探索

2024-04-18佘星星

高教学刊 2024年38期

摘要：以应用型本科安徽信息工程学院软件工程专业建设为背景，对数据结构与算法课程教学模式进行探索。结合本专业人才培养方案与数据结构与算法课程特点，探索出一种基于博思智慧学习平台的线上线下混合式教学模式，旨在激发学生课程学习兴趣，提高课程学习质量。

关键词：应用型本科;软件工程;数据结构与算法;博思智慧学习平台;混合式教学模式

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2024）S2-0103-04

Abstract： This paper explores the teaching mode of Data Structure and Algorithm based on the construction of software engineering major in Anhui Institute of Information Technology. Combining the talent training program of this major with the characteristics of the course Data Structure and Algorithm， a hybrid teaching mode based on Booz intelligent learning platform is explored to stimulate students' interest in course learning and improve the quality of course learning.

Keywords： applied undergraduate; software engineering; Data Structures and Algorithms; Booz intelligent learning platform; mixed teaching mode

2018年，教育部、工业和信息化部、中国工程院发布《关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见》指出，为适应新一轮科技革命和产业变革的新趋势，紧紧围绕国家战略和区域发展需要，加快建设发展新工科，探索形成中国特色、世界水平的工程教育體系，需完成以下改革任务：深入开展新工科研究与实践;树立工程教育新理念;创新工程教育教学组织模式;完善多主体协同育人机制;强化工科教师工程实践能力;健全创新创业教育体系;深化工程教育国际交流与合作;构建工程教育质量保障新体系[1-3]。

近年来，越来越多的高校积极开展工程实践教育教学体系构建和改革，优化专业人才培养方案，创新工程实践教育模式。基于此，本研究以安徽信息工程学院软件工程专业数据结构与算法课程（以下简称“本课程”）为背景，探索出具有本校特色、符合课程学情特点的混合式教学模式。数据结构与算法是本校软件工程专业的一门核心课程，在本专业的教学计划中起着承上启下的重要作用，紧密联系着其他专业方向课程[4-5]。数据结构和算法课程并不只是单纯教学生编程，而是脱离以往计算机程序设计语言，需要从抽象意义上理解并概括从而设计程序。简而言之，数据结构是一门描述数据在计算机里如何组织的课程。学好这门课是软件工程专业学生的基本功，是一名合格程序员的必备素质。

一数据结构与算法课程学情及存在问题

数据结构与算法是研究非数值领域中数据运算问题，即研究数据元素之间的关系和相关操作的一门课程。课程涵盖的内容广泛且抽象，知识点繁多，理论性强，需要学生具有一定的编程水平。而在以往的课程学习中，学生反映内容较难，从而学习主动性不高。通过对往届学生学习数据和教师教学数据分析可知，学生对数据结构与算法课程的学习存在以下几个困难。

1）数据结构与算法课程内容抽象，和以往的基础程序语言的编程不同，学习本课程学生需要将实际问题转化为特定的数据结构去编写程序。并且知识点繁多，短时间不易掌握，如果不花足够的时间去学习，对相关知识点会容易混淆。

2）本课程的开设学期为大一下学期，学生前置课程只学了计算思维C语言，实际编程动手能力还有待加强，且自主学习能力较差，还停留在高中阶段需要老师督促学习。

3）缺乏将学习的理论知识与实践结合的能力，不明确学习本课程知识点的实际作用。根据以往对学生的问卷调查，学生反映课程知识点听懂了，但是碰到实际问题就不知道应该怎么结合所学知识去解决。小部分学生比较急于求成，不明确学习这门课程的作用。

4）独立完整地解决问题的能力有待加强。大部分学生还停留在老师让学什么就学什么，完成老师布置的任务，不善于自己去发现问题，带着问题去学习，从而分析问题，最后解决问题。

二基于博思智慧学习平台的数据结构与算法线上线下混合式教学设计

（一）博思智慧学习平台

围绕学校专业课程教学需要，学校联合科大讯飞股份有限公司的开发团队完成智慧教室的建设;结合智慧教学的需要，完成博思智慧学习平台的智慧教学平台的建设工作，建设过程中，教研室教师、讯飞工程师共同参与到平台建设需求调研和验收评审，确保满足教学需求。

如图1所示，基于博思智慧学习平台，数据结构与算法课程在课程组教师的建设下不断创新教学模式与方法。以“以学为主”为导向，构建“博思平台+SPOC+翻转课堂”线上线下混合式教学模式。根据课程性质探索并形成四种教学模式：“讲授+自主”“讲授+自主+项目”“研讨+自主”和“项目式教学”[6-8]。

（二）教学设计

本课程根据专业培养方案制定合理的授课计划与教案，结合培养目标和以往学情确定课程目标。每个课程目标对应不同的教学活动去达成，以“感、导、听、融、说、评、用”这七个教学活动贯穿课前、课中、课后三个阶段。课前给出本节知识点的引导性问题供学生预习，课堂上教师根据案例与引导性问题展开教学，并给出知识点相关问题引导学生讨论，积极发表自身观点，培养学生的创造性思维，课后给出作业与练习题，用于巩固相关知识点[9]。记录全过程学生课程学习数据，对学生的课程成绩形成合理评价，注重形成性评价。思路框架如图2所示。

总体上的划分遵循以往线上、线下混合式的教学模式，分为课前、课中和课后三环节。

1）课前环节：课前注重学生对课程知识点的“感”，通过博思智慧学习平台发布知识相关话题、相关视频等。随后学生通过平台自行在课前进行在线学习，主要是阅读教学课件、观看录课视频并阅读参考书等扩展资料。课前环节中学生是主体，学生主动学习，自行感受知识点，教师是引导者和督促者。视频任务里穿插有知识点测试题，教师可以通过学生的视频数据、测试数据掌握班级学生自学情况，从而合理规划实际课堂。学生也可以通过测试题自行感受知识点是否掌握，从而在实际课堂选择“精听泛听”。

2）课中环节：实际课堂的教学通过“导”“讲”“融”“说”“评”教学活动铺展开。

“导”即是教师对学生的知识引导与思政引导，教师精准找到思政要素切入点，将课程知识点内容与思政内容相融合，以“润物细无声”的形式转变学生对知识的一贯认知[10]。从而达到思政育人的教学目标。

“讲”即是教师讲授课程知识内容，学生认真听讲，并根据自身学习情况选择精听或者范听，通过课前自习已经掌握的知识点可以选择范听，对没有消化、满意理解的知识点选择精听，仔细钻研其中原理，消化吸收。

“融”即是以赛促学，教赛融合，安徽省机器人大赛程序设计赛道（以下简称ACM）涉及较多的数据结构与算法课程知识点，学好这门课可以取得更好的竞赛成绩，同时竞赛成绩也可以促进学习积极性，真正做到以赛促学，教赛融合。例如ACM中判断“AABABBABAA”是否为回文串时就可以利用栈“先进后出”的特点来解决。

“说”即是学生提出问题，教师引导学生就问题参与互动讨论，学生相互交流，师生直接积极互动，这样可以激发学生的深度思考，不仅能答疑解惑，还可以引导学生探索与发现。学生的自主学习能力和主动分析问题能力也可以得到充分的锻炼，有力地帮助学生实现知识的获取和能力的培养。

“评”分为教师评“学”、学生评“教”两个部分，教师评“学”即教师通过提出问题的形式，让学生作答，根据作答结果评价学生对问题的理解程度，给出建议。学生评“教”即学生根据自学掌握情况以及实际课堂教师的讲授，是否掌握了之前并不能消化的知识点，也可以实时对教师提出一些建议。

3）课后环节：即学生“用”。课后学生利用所学知识在博思智慧学习平台进行测试题练习，对比课前自习环节，對自学时不能理解的知识进一步消化吸收。课程配备了相应的实验，学生结合所学，发散思维，编写正确的程序练习试题，完成实验项目。同时学生利用所学知识参加ACM大赛并取得相应的成绩。教师利用平台记录的测试、作业、视频等数据，掌握学生学习情况，总结经验不断投入到下一次的教学活动当中。

（三）课程评价

检验课程目标达成度，评价学生学习成果达成度。考核环节包括平时成绩、课堂笔记和期末考试成绩，总评成绩以百分计，满分100分，平时成绩由出勤、项目、作业及课堂表现组成。各考核环节所占分值比例及考核细则见表1。

（四）成果

在实施上述教学设计后，本文采集了每学年的数据结构与算法课程考核数据，对比3学年的学生卷面成绩呈现以下趋势。如图3所示。

由图3可知，2019级学生数据结构与算法课程的卷面成绩平均分为62.26分，2020级学生数据结构与算法课程的卷面成绩平均分为66.05分，2021级学生数据结构与算法课程的卷面成绩平均分为68.48分，课程卷面平均分逐年呈上升趋势。且2019—2021级学生在ACM多次获得省级以上奖项，以及多项蓝桥杯省奖和国奖。说明数据结构与算法课程的持续性改革设计是可以提高学生成绩的。

三结束语

以应用型本科安徽信息工程学院软件工程专业建设为背景，探索出的基于博思智慧学习平台数据结构与算法的线上线下混合式教学模式，这种模式提高了学生学习兴趣，让学生在课堂上学习注意力更为集中。博思智慧学习平台为学生提供了大量学习视频和资料，全面记录了各项学习数据，教师根据数据反馈的信息实时调整教学方法。此外，通过学生对教师的教学评分、课程成绩、问卷调查等方式对教学效果进行调研，大部分同学反映解决了他们之前学习课程的困惑，且动手能力和解决问题的能力得到了提高。

参考文献：

[1] 孙桂煌.应用型本科软件工程专业课程体系设置思考与实践[J].江西电力职业技术学院学报，2021，34（4）：43-44.

[2] 梁宝兰，徐翔，吴舜歆.应用型本科院校数据结构课程实践教学改革初探[J].电脑知识与技术，2023，19（16）：136-138.

[3] 徐志敏.新工科背景下的数据结构教学研究[J].德州学院学报，2022，38（2）：108-110.

[4] 王晓燕，董昊.基于校企协同育人模式的数据结构课程教学研究[J].南阳师范学院学报，2022，21（3）：60-63.

[5] 程鲁玉，达新民，安思.基于工匠精神的数据结构课程思政教学研究[J].电脑与电信，2022（3）：85-86，91.

[6] 张涛，鲍淑梅.基于线上线下混合教学模式的数据结构教学改革与实践[J].电脑知识与技术，2022，18（6）：173-174，180.

[7] 王霞，徐永华，胡彩平.基于CBE的地方本科院校数据结构教学改革[J].计算机教育，2023（6）：116-120.

[8] 徐航，谢莹，严涛，等.基于混合式教学的数据结构课程改革与探索[J].高教学刊，2023，9（16）：148-151，157.

[9] 黄俊，程泽凯，秦锋，等.基于“一平三端”的数据结构智慧课堂教学模式研究[J].滁州学院学报，2020，22（2）：128-133.

[10] 沈步珍，罗锐.建构与探索：高校思政课“四式一体”实践教学模式论析[J].武汉理工大学学报（社会科学版），2023，36（2）：141-146.

基金项目：安徽省质量工程项目“基于博思平台的《数据结构与算法》线上线下混合式教学模式改革研究”（2021jyxm0657）;安徽省教育厅自然科学重点项目“MOOC学习行为中数据挖掘技术的应用与研究”（KJ2020A0828）