新工科背景下数据结构课程建设的思考与探索

    孔凡辉 伍一

    

    

    摘要：文章以教育部新工科建设提出的“新理念、新结构、新模式、新质量、新体系”为指导，分析数据结构课程建设面临的问题及教学改革的必要性，探讨数据结构课程建设与发展新思路，突破课程传统知识体系，构建知识学习与能力培养相结合的课程体系，融合现代教育技术课程教学模式，使现有课程教学体系得到改造与升级，以适应新形势下的人才培养需求。并通过教学评价与反馈促进课程建设，探索“学生中心、产出导向、持续改进”教育理念下的课程教学改革，加强专业能力培养与专业知识的运用，推进课程改革。

    关键字：新工科;数据结构;课程建设

    一、背景

    （一）新工科建设的教育改革目标

    2017年以来，教育部积极引导高校开展工程教育的改革创新，先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，开启了工程教育的新一轮改革。为此，从教育理念、标准、方法和技术等方面均需进行相应的探索和创新，实现工科的新要求。

    新工科建设的核心理念是强调专业之间的交叉和融合，确立新的知识结构。对于课程来讲，就是如何进一步优化知识内容，拓展知识运用和实践的渠道，提升学生分析和解决实际应用问题的能力。

    （二）面向实践的课程知识体系

    数据结构是一门来自于软件开发工程实践的专门知识，其核心内容是问题在计算机内有效表示及其求解，强调面向实践的课程体系的构建。传统课堂教学中侧重课堂知识点的讲授，教学内容过于繁多，部分内容难度偏大，不利于培养学生解决实际问题的应用能力。为此，在数据结构的实践环节中，除了一般性的随课实验之外，还需要通过综合性项目和课外实践环节为学生提供更多的实践训练。

    （三）学生培养质量的社会评价

    在新工科体系中，学生培养质量的评价是由社会完成的。新的教学理念更加强调以学生为中心的知识获取能力的培养。在学生的培养过程中要以“学生中心、产出导向、持续改进”为指引，根据专业人才培养目标和定位，在教学中梳理数据结构课程存在的定位不清晰、内容体系不合理、与相关课程内容衔接不紧密等问题。通过学生自主学习能力的培养，使其能够独立从事相关的研究性、实践性及开拓性工作。

    二、课程定位与知识体系分析

    （一）数据结构在培养目标中的定位

    数据结构是核心专业课程之一，强调以计算机科学的思维方式分析问题和解决问题。针对不同的培养目标，课程的知识结构应该是有差异的。对于工程开发来讲，应该更加关注在不同的开发语言体系中数据结构的差异。

    （二）数据结构在学生能力培养中的定位

    新工科理念下的数据结构课程教学，根据本专业毕业要求，以及后继课程学习的需求，在学习必备的课程知识、掌握必备的验证能力基础上，要求学生具备抽象课程任务问题、建立任务模型和求解问题的能力，并编程实现完成课程任务。

    （三）知识体系分析

    数据结构的知识体系基本是按照由简单到复杂、由线性结构到非线性结构、由过程化算法到迭代算法这几个层次结构展开的。在按照章节依次讲授的过程中，往往会失去对问题表达以及求解的几条主线的分析。因此，知识体系的构建应该从问题本身出发，通过实际问题，激发学生对求解问题的思考。

    三、课程改革方案设计

    （一）基于知识运用导向的课程内容构建

    将课程知识体系划分为五个教学单元，包括线性结构、树结构、图结构、查找和排序。以教学案例、课程任务贯穿于整个课程内容体系，并分解融入到各个教学单元，在保证完整、系统的课程内容体系下，通过案例的学习、课程任务的完成，保证知识的学习应用导向。

    1.课程知识

    考核学生课程内容中专业知识、专业工具的掌握，以及方法的运用。例如：

    ● 线性结构、树、图的逻辑结构中逻辑结构关系的概念、定义、描述方法等;

    ● 存储结构的设计、描述方法、实现方法等;

    ● 数据结构设计工具、开发软件平台、程序编辑器使用等知识内容。

    2.课程能力

    考核学生课程内容中专业知识的运用能力、课程工具运用能力。例如：

    ● 抽象问题、建立模型、求解问题、编程实现和测试效果等实际系统模块的设计与开发能力;

    ● 数据组织方法的设计、求解问题在计算机内部的表示方法的实现;

    ● 选择、安装、测试设计工具、开发平台的能力。

    （二）面向学生能力培养的实践教学体系

    组织学生参加“挑战杯”“互联网+”“蓝桥杯”等各类大赛，作为课堂教学的进一步延伸，拓展实践空间，进一步提升学生培养质量。通过竞赛的前期准备、参赛和赛后总结，不但巩固了课程知识，也锻炼了学生独立分析和解决问题的能力，在很大程度上幫助学生提高了专业水平和专业素养，提高了学生理论联系实际的积极性、创新意识和团队协作精神。

    （三）构建科学的学习质量评价体系

    为了更好地评价学生的学习效果，课程组不单纯以期末考试试卷作为评价的唯一标准，而是将过程化考核融入到课程的评价体系中，增加实验课在成绩评价中的比重，更加注重学生对理论知识实际应用能力的考核。因其减少了“记忆类”知识点，而侧重综合应用能力知识点的考核，所以考核内容有一定“挑战度”。加强课程实践考核，如课堂设计、课堂讨论和课堂测试，以课堂提问、课后学习和小组团队合作等对学生进行全方位、多角度和多环节的评价，打破由书面考试定最终成绩的局面，实现分阶段考核的考核方式。

    （四）以学生为中心的教学方法改革

    1.以课堂教学为基础，采用线上、线下相结合，课内、课外相结合，讲练结合、讲练互动方式，提高学生数据结构知识的运用能力。开发本课程APP开展在线课程学习，并利用“超星学习通”“蓝墨云班课”组织学生线上学习。

    2.以案例项目为驱动，改进教学方法，强化课程创新性。设计“学生为中心”的课程教学方法（见图2），根据课程学习目标，采用任务—问题—求解的问题方式开展课程教学。围绕课程任务掌握数据结构的基本思路、基本理论与基本方法，针对学生学习程度，选择不同类别的教学案例与课程任务（A、B、C类），要求学生给出数据结构知识解决方案设计与任务实现。

    教学过程从带场景的案例问题出发，阐述如何利用数据结构解决这些问题，以课程（竞赛）示例为素材，系统学习课程知识体系，提高课程知识的运用能力。把数据结构的知识点融入实践环节中，并且在编排课程内容顺序方面，保持与数据结构课程体系内容相吻合，分散难点，降低难度梯度，突出实用，做到由浅入深、循序渐进，系统学习、广泛实践，有利于学生接受。

    四、结语

    本文对新工科背景下数据结构课程进行了探索，结合数据结构教学实践，通过对课程建设框架、课程内容体系、教学方法、考核评价和教学管理等方面进行阐述，更新了传统的教育理念和教育模式，提出了适合新工科背景的教学模式改革，激发学生的学习热情，为学生提供了多元化的学习空间，使之符合新工科的教育理念，对于提升教学质量和效果具有积极的促进作用。

    参考文献：

    [1]教育部高教司.教育部高等教育司关于开展“新工科”研究与实践的通知[Z].教高司函[2017].

    [2]蒋宗礼.新工科建设背景下的计算机类专业改革[J].中国大学教学，2017，（8）：34—39.

    编辑∕姜雯