基于应用型人才培养的数据结构课程建设

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　　摘 要：为提高数据结构课程教学效果，满足“新工科”应用型人才培养需求，依据民办高校办学定位和数据结构课程教学背景进行课程建设，构建先进的内容体系，提出以学生能力培养为目标的实践教学规划。以此为基础，对数据结构课程教学进行改革与创新，创建基于“一平三端”教学系统的智慧化教学模式。在教学实施过程中以学生为中心，结合多样化的教学方法与过程化评价机制，优化教学过程，提高教学效率。教学实践及调查结果表明：相比传统教学班次，改革教学班次学生的期末考核平均分提高了13%，表明智慧化教学模式更有利于对学生知识、能力、技能的培养;教学满意度提高了21%，获得了学生、督导及同行的一致好评。
　　关键词：数据结构;应用型人才培养;“一平三端”教学系统;智慧化教学
　　DOI：10. 11907/rjdk. 192014 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
　　中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2020）002-0168-04
　　英标：Data Structure Course Construction Oriented to the Applied Talents Training
　　英作：LI Juan
　　英单：（Department of Information Engineering， Wuchang Institute of Technology， Wuhan 430060， China）
　　Abstract：To meet the high requirements of New Engineering applied talents training， the teaching effect of Data Structure course should be improved. According to the orientation of private colleges and universities and the teaching background of Data Structure， the course is constructed by constructing the advanced content system and putting forward the practical teaching plan aiming at the cultivation of students’ abilities. On this basis， the reform and innovation of Data Structure course has been done. A smart teaching mode based on the 'one-platform-three-terminal' teaching system has been established. During the implementation of teaching， student-centered teaching combining diversified teaching methods with process evaluation mechanism optimizes teaching process and improves teaching efficiency. Teaching practice and investigation show that compared with traditional teaching classes， the average score of final examination of students in reformed teaching classes has increased by 13%. Intelligent teaching mode is more conducive to the cultivation of students’ knowledge， ability and skills. Teaching satisfaction has increased by 21%. It has won unanimous praise from students， supervisors and peers.
　　Key Words： data structure; applied talents training; “one-platform-three- terminal” teaching system; smart teaching mode
　　0 引言
　　新一轮科技和产业革命对高等工程教育提出了新的要求与挑战，“新工科”的提出为高等院校工程教育理论与实践提供了全新的思路和方向。“新工科”在工科中加入了新理念、新结构、新模式、新质量和新体系因素，使其更加符合科学发展规律并适应新经济发展需要，是在高等工程教育总体框架下的实践与创新[1-4]。
　　“新工科”促进了各学科之间的相互交叉、融合与渗透，计算思维成为所有大学生应具备的素质和能力。数据结构课程是计算机及其相近专业的专业基础课，也是理工科其它专业的一门重要选修课。课程内容涉及基本的理論分析方法、数据组织方法及相应数据处理技术等。课程教学与改革历来受到各高校重视，相关学者和教师从教育理论、教学理念、教育技术及教学实践等各个方面展开工作，并取得了卓越成果[5-10]。
　　相关学者和教师的研究成果与教学实践，为我校数据结构课程建设与教学提供了基础理论、基本思路及方法借鉴。总体来说，在新工科背景下，数据结构课程建设应在先进教育理念指导下，充分利用现代教育技术，以学生为本，立足教学现状而开展，课程教学目标需覆盖知识理解、应用与创新能力培养及计算思维素质的形成。 　　1 课程教学背景
　　作为民办本科普通高校，我校应积极响应国家号召，加快向应用技术类本科高校转型的步伐，着力培养适应经济结构调整、产业转型升级与新产业、新业态、新商业模式需要的高级应用型专门人才，即“新工科”人才。“新工科”人才培养对课程建设提出了更高要求，数据结构课程建设将以此为目标开展具体工作。
　　数据结构课程是我校计算机科学与技术专业、软件工程专业和物联网专业的专业基础课。课程内容涉及基本理论分析方法、数据组织方法及相应数据处理技术，计划安排64学时，理论课与实验课比例为3∶1。课程既要对软件技术进行总结提高，又要为后续专业课程打下基础，对于培养学生计算思维，以及算法与程序设计等基本能力是非常重要的。
　　在“新工科”背景下，结合我校定位与应用型人才培训需求，课程以培养具备一定理论基础与较强实践能力的实用型、技能型高素质劳动者为目标，要求学生准确理解与掌握数据结构基本概念及基本理论，熟悉其在计算机科学中的基本应用，掌握计算机学科的科学思维方法和工程设计方法，具有良好的科学素养与工程意识，从而为后续课程学习及应用系统研制开发打下扎实的理论与实践基础。
　　2 课程建设内容
　　2.1 内容体系构建
　　以新工科应用型人才培养为目标，以我校相关专业人才培养方案为指导，根据课程教学需求，构建课程内容体系如图1所示。
　　内容体系的先进性体现在以下几方面：
　　（1）与课程定位高度一致。数据结构课程所要研究的问题是：对现实世界中产生的大量数据如何进行逻辑分类与组织，以及如何利用计算机系统进行存储、检索与处理以获得有效信息。本课程的内容组织与之高度契合。
　　（2）由浅入深，由简单到复杂，层层递进。组织教学内容使其符合认知规律，易于教学开展。线性结构、树型结构、图型结构3种数据逻辑结构的递进体现为其反映的关系与基本操作实现都越来越复杂。
　　（3）体现抽象与具体的统一，理论与实践的统一。在教学内容组织中，对于每种类型数据结构，抽象的逻辑结构通过具体的物理结构加以实现，抽象的数据类型通过实际应用进行具体化，数据操作原理通过算法设计实践得以体现。
　　（4）教学内容与教学流程及方法的统一性。教学内容组织体现了“提出问题—分析问题—解决问题—优化问题”的教学流程，以及“思想—设计—实现—验证”的教学思路，符合教学规律。
　　2.2 实践教学规划
　　为了配合数据结构课程理论教学，通过实验环节，让学生了解与熟悉基本概念和算法。本课程实验课与理论课结合紧密，先通过理论教学使学生掌握基本概念与算法基本思路，然后在实验中使用相关开发工具进行算法实现。该方式不仅可以加深学生对概念和算法的理解，还增强了其实际动手能力，为未来从事软件开发工作打下基础。课程实验项目及相关要求如表1所示。
　　实践性教学基本思路主要体现在以下几个方面：
　　（1）紧扣教学内容，项目设置及进度与理论教学一致。
　　（2）分为验证、设计与综合3个层次，不仅体现在不同实验项目中，而且体现在同一个实验中。对于同一实验项目，验证层次要求读懂代码、理解算法，而且能够自行设计运行案例，顺利运行程序，并理解相关知识点;设计层次要求能自行设计程序实现的基本操作，并進行代码调试与运行，理解并掌握相关知识点;综合层次要求在完成基本操作实验的基础上，自行进行功能扩充与算法优化，深入理解并熟练掌握相关知识点。
　　（3）实践性教学实施方式为：以学生实践为主、教师教授为辅，为学生提供丰富的网络资源与充足的自主学习时间，且教师提供答疑指导。实验教学资源包括：实验教案、实验指导说明、实验项目代码、实验案例设计、实验报告书写规范等，以规范实验教学过程及学生实践操作。
　　3 教学改革与创新
　　3.1 智慧化教学模式
　　传统教学模式以课堂讲授、课后作业的形式为主，因数据结构课程知识点多、难度大，传统教学模式下很难获得很好的教学效果。尤其在民办高校中，普遍存在学生学习动力不足、课程理论晦涩难懂、课后学习答疑不便等问题。智慧化教学为解决以上问题提供了一种新思路，其利用现代化教育技术对传统教学手段进行扩充与拓展，形成多媒体教学、网络教学、实践教学相结合的三维教学模式，更有利于对学生知识、能力与技能的培养。随着信息技术及相关产品的不断发展与成熟，智慧化教学已成为教育领域的一种新趋势，各国教育者均在该领域展开相应的教学研究与实践[11-18]。
　　超星公司研发的“一平三端”教学系统，为智慧化教学模式实现提供了一种全面解决方案，逐渐成为各大高校课程建设的主流网络平台之一[19-22]，我校《数据结构》课程建设也以该平台为支撑开展相关工作。课前，教师通过泛雅平台在电脑端搭建课程资源、设计教学活动;课堂上，学生通过手机进行抢答、投票、测试、讨论等，充分激发学生的学习热情;课后，在线课堂、班级聊天室成为课程教学的另一重要阵地，使答疑解惑突破了时间与空间限制。同时，通过泛雅平台管理端可以实时查看学生在各项教学活动中的参与情况，为教学过程化管理与评价提供依据。
　　借助泛雅平台进行专业课资源建设，不仅可以使相关班次的学生受益，还方便其他有学习需求的学生通过平台获取课程资源（课程网站地址为：http：//mooc1.chaoxing.com/course/201890154.html）。课程建设遵循以下原则：立足课程、从无到有，迭代完善、精益求精，以人为本、实践验证，从而达到利用先进教学技术丰富课程资源与教学元素、拓展课堂形式、优化教学过程的目的。
　　3.2 多样化教学方式
　　灵活运用多种先进的教学方法，能有效调动学生的学习积极性。在教学过程中，理论课程所应用的教学方法及目的如表2所示。
　　实验教学主要以自主学习为主，有助于培养学生的学习主动性及实践能力，提高学生学习兴趣。教学前期，教师进行任务布置与资料下发;教学中期，以学生自主实验为主，教师进行辅助答疑;教学后期，学生提交实验任务，教师进行检查与总结。 　　3.3 教学活动实施方案
　　智慧化教学模式将数据结构教学过程与超星泛雅平台进行深度融合，教学活动及实施方案如图2所示。
　　在《数据结构》课程中，单链表是线性表章节的重点与难点。以该章节为例，教学实施具体环节、内容、方法及目的如表3所示。在导入、预习等环节，应用手机学习通以主题讨论方式明确学习任务、激发学生学习兴趣;在巩固环节，通过在线作业等方式加深学生对知识点的理解;在总结环节，通过课堂直播或录播的方式增强学生的参与感和体验感，同时可作为课程资源供学生课后复习;在课后，通过在线资源与班级聊天室为学生提供一个可随时随地学习的环境，鼓励学生充分利用网上资源进行自主学习。
　　3.4 过程化评价机制
　　将学生课堂出勤、平时作业、实验成绩及期末考试等多个环节作为考核指标，注重课程的过程化管理。课程期末考试采用闭卷考核方式，注重对学生知识运用能力的考核。
　　采用百分制进行成绩评定。总评成绩由平时成绩、实验成绩与期末考试成绩构成。平时成绩占总评成绩的比例为30%，实验成绩占总评成绩比例为10%，期末考试成绩占总评成绩比例为60%。其中，平时成绩由考勤、作业、课堂表现构成，考勤占平时成绩的30%，作业占平时成绩的40%，课堂表现占平时成绩的30%。
　　在智慧化教学模式下，超星泛雅平台可提供如点名情况、作业和测试分数、学生参与教学活动的相关数据等，这些都是学生成绩评定的重要依据。
　　3.5 教学效果分析
　　数据结构课程建设与教学改革效果需要通过教学实践加以验证。2018-2019学年第二学期，选择软件工程1701、1703两个班级作为试点对象进行教学实践。期末采用笔试的方式进行考核，内容覆盖全部教学内容（含8个章节），试题题型、题量及难度分布与近3年保持一致。该班次学生期末考试成绩位于同类班次前列，平均分为82分，比其它平行班次高9.5分，比前一学年期末考核分数高8.9分。教师评教成绩为优秀，学生评价为：课程内容新颖，課堂生动，活跃度高，自主学习能力与创新能力得到提高。
　　在学期末对课程授课的全部班次进行问卷调查，调查结果如表4所示，其中往年教学班数据来源于往年教学及调查数据。
　　由表4可以看出，试点班的教学满意度较高，且学生对知识的掌握情况最好。传统教学班相比往年教学班在知识掌握程度上有所提高，主要原因在于课程网络资源共享。
　　4 结语
　　数据结构课程所教授的基本概念、基本理论和基本方法是计算机及相关专业科学工作者与工程技术人员所必需的。课程建设目标是培养具有计算思维、数据抽象能力和程序设计技能的应用型人才。我校以此为导向进行课程建设，已完成教学文件编写、教学内容梳理、网络资源建设等工作;课堂利用超星“一平三端”教学平台，进行现代化教育技术支撑下的混合式教学改革与实践，形成独特的教学风格;课堂教学气氛活跃，学生参与度高，教学效果好。为了更好地满足“新工科”应用型人才培养需求，未来将在丰富教学资源、创新教学方法上作进一步探索与实践。
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　　（责任编辑：黄 健）
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