工程教育专业认证背景下的数据结构教学改革

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　　摘  要： 工程教育专业认证是针对高等教育工程类专业开展的一种合格性评价，对加强工程实践教育，进一步提高教育质量，培养具有国际等效认证的合格工程技术人员有重要的推动作用。在本校计算机科学与技术专业进行工程教育专业认证的背景下，通过分析传统的数据结构课程教学中存在的问题，按照以学生为中心、成果导向和持续改进的核心理念，在该课程的目标设置、教学内容安排、教学方法和考核方式等方面提出了改进措施。
　　关键词： 工程教育专业认证; 数据结构; 以学生为中心; 成果导向; 持续改进
　　中图分类号：G642          文献标识码：A     文章编号：1006-8228（2020）04-61-03
　　Reform on teaching of data structure for engineering education certification
　　Yang Bin， Wang Zhengqing
　　（School of Information Engineering，North China University of Water Resources and Electric Power， Zhengzhou， Henan 410046， China）
　　Abstract： Engineering education certification is a kind of qualification evaluation for engineering specialties in higher education， which plays an important role in strengthening engineering practice education， further improving education quality and training qualified engineering technicians with international equivalent certification. In order to make school's computer science and technology specialty obtain the engineering education certification， by analyzing the problems existing in the teaching of traditional data structure course， according to the core concept of student-centered， outcome-based education and continuous quality improvement， the improvement measures are put forward in the aspects of course goal setting， teaching content arrangement， teaching method and assessment method etc.
　　Key words： engineering education certification; data structure; student-centered; outcome-based education; continuous quality improvement
　　0 引言
　　為进一步加强工程技术领域的国际合作与交流，提高工程教育质量，我国于2016年6月加入了《华盛顿协议》成为该协议的签约成员，标志着我国开启了具有国际实质等效的工程教育专业认证的进程。随着工程教育专业认证的深入进行，特别是新工科建设提出的对现有工科实施改革创新，将创新性、工程化、综合化一体的新模式应用于人才培养过程中，高等学校的课程教学必须进行改革，提高综合运用知识的能力和团队合作的精神，为社会输送工程实践能力过硬、创新意识强、具有国际化视野、能解决实际问题的复合型高素质新工科人才。
　　1 工程教育专业认证的要求
　　工程教育专业认证是由工程教育专业认证协会对高等学校工科专业进行“第三方”质量评价的一种活动[1]。1989年美国、英国、加拿大等6个国家发起的《华盛顿协议》是关于工程学士学位专业鉴定、国际相互承认的协议，是目前最具权威性、体系较为完整的工程教育专业互认协议，是实现工程教育国际互认的重要基础。工程教育专业认证要求专业课程体系设置、师资队伍配备、办学条件配置等都必须围绕学生毕业能力达成这一核心任务展开，并强调建立专业持续改进机制以保证专业教育质量[2]。
　　工程教育专业认证的三个核心理念是：以学生为中心、成果导向和持续改进[3]。以学生为中心，强调所有的课程设置、教学设计要以学生知识、能力、素质达到的培养目标和全体学生毕业要求的达成而设计，学生是工程教育的接受者，只有以学生为中心，才能营造出终身学习、持续发展的良好氛围，进而培养学生学习的可持续动力和成就感。成果导向，强调师资队伍、课程设置和教学实施要以保证学生学习目标达成，并按照毕业生核心能力和要求来评价专业教育的有效性，从最终成果来反向设计所有迈向成果的教学活动[4]。持续改进，强调专业必须建立有效的质量监控和持续改进机制，能持续跟踪改进效果并用于推动专业培养质量不断提升[5]。
　　2 传统数据结构教学存在的问题
　　数据结构是计算机专业的一门重要的专业基础课，通过学习可以使学生能够熟练掌握数据结构的内在逻辑关系及其在计算机中的存储结构，以及有关基本操作的算法实现，初步掌握算法的时间分析和空间分析的技术，能够对给定问题选择合适的数据结构，设计相应的算法操作，培养学生利用计算机解决现实问题的能力，并为后续的数据库原理、编译原理、操作系统等专业课程打好基础。 　　传统的数据结构课程教学内容大多数是由任课教师自行裁定，教学方式基本上是满堂灌，以教师讲授为主，学生被动接受，无法激发学生的学习积極性和学习潜能，虽然教师和学生都投入了大量的精力，学习效果却不太理想。其次在传统的数据结构实验环节中大部分题目主要是针对本章的学习内容，属于验证性实验，没有体现综合运用所学知识解决复杂工程问题的能力训练。另外考核方式陈旧，大多以笔试为主。相对于工程教育专业认证存在以下问题和不足。
　　2.1 教学内容比较抽象，课程难度较大
　　数据结构课程中大部分内容涉及的算法比较抽象，学生对于数据的存储结构无法在头脑中建立清晰的映像，不利于理解算法。另一方面，课程中的算法描述大多基于类C语言，要求学生对离散数学和程序设计知识掌握程度较好，具有一定的抽象思维能力和编程能力。由于先修课程基础不扎实，程序设计能力薄弱，抽象思维能力训练不到位，造成了大部分学生仅仅能读懂教材上的算法，却无法独立编写程序。
　　2.2 教学内容无法支撑毕业要求
　　依照工程教育专业认证的成果导向理念，要求结合计算机技术的发展，确定符合社会需求和本校办学定位的专业培养目标和毕业要求，制定科学合理的培养方案和教学计划[6]。传统的数据结构教学大纲中没有明确课程目标，没有建立与12项毕业要求相对应的支撑关系，教学内容基本上是由任课教师自行确定，因此，必须修订数据结构课程教学大纲，确立课程目标，重新调整教学内容，建立明确的教学内容与毕业要求指标点之间的支撑关系，使之符合工程教育专业认证体系的要求。
　　2.3 实验内容的设置无法培养学生的工程实践能力
　　传统的数据结构实验题目基本上是针对每一章的课堂讲授内容设计的，学生只需应用该部分的知识即可完成实验题目，不需要思考是否还有其他的解决方案，更谈不上选择最优的方案来解决问题，与工程教育专业认证的目标有偏差。
　　2.4 课程考核内容不能科学量化的评价教学效果
　　工程教育专业认证要求课程必须支撑毕业要求的若干个指标点，课程考核内容要根据课程支撑的毕业要求指标点设置。课程考核结束后，应根据教学大纲中指定的达成度计算方法计算课程的达成度，从而实现对课程教学效果的科学量化评价。传统的数据结构课程的考核方式为：平时成绩10%+实验成绩30%+闭卷考试（60%），但是平时作业、实验内容和考试试题没有建立与课程所支撑的毕业要求指标点的对应关系，因此不能对课程达成度进行计算，无法对课程教学效果进行科学评价。
　　3 面向工程教育专业认证的数据结构课程改革
　　本校计算机科学与技术专业在进行工程教育专业认证的过程中，以12项毕业要求和毕业目标为导向，以培养高素质的应用型人才为目标，对课程体系进行了调整，完善了课程教学大纲。数据结构课程在教学大纲修订、实践环节内容设置、优化考核方式等方面进行了改进。
　　3.1 调整教学计划，加大基础课程学时
　　适当地增加离散数学和C语言程序设计的学时，使学生学好前导课程，从而打好学习数据结构课程的基础。离散数学是计算机科学的基础，通过学习离散数学，可以提高学生的概括抽象能力、逻辑思维能力、归纳构造能力，有益于培养学生严谨、完整、规范的科学态度。C语言程序设计课程改变只注重基本语法体系的介绍，加大对指针和结构体部分的讲解，有利于数据结构的学习。
　　3.2 明确课程目标，优化教学内容
　　根据工程教育专业认证的要求，课程体系中的所有课程都要支撑相应的毕业要求，因此在制定本专业毕业要求的基础上，对毕业要求进行了合理分解，建立各门课程与毕业要求指标点的支撑矩阵。按照数据结构课程支撑的毕业要求指标点，确定了数据结构的课程目标，如表1所示。然后确定每一章节支撑的相应课程目标和毕业要求指标点，并给出每一章节知识点的掌握程度和相应的教学手段，进一步细化教学内容和教学要求。
　　3.3 合理安排授课内容，突出重点和难点
　　数据结构课程的重点是线性表、栈和队列、二叉树、图、查找和排序，难点是栈的应用、图的应用以及一些经典算法。在教学安排中，对线性表要讲解透彻，学生在充分理解线性结构知识的基础上，有利于学习树和图的相关内容。另外要充分发挥学生的自主学习能力，在课堂上采用引导式教学方法，只讲解重点和难点内容，把易于理解或非重点内容留给学生课下自学。
　　3.4 以学生为中心，改进教学方法
　　将传统的灌输式教学方法转变为启发式、案例式、研讨式教学。在讲解各种数据结构时，通过案例引入和分析，使学生充分感受到数据结构在实际应用中的重要性，激发其学习兴趣。对于和实际应用相关问题，应组织课堂讨论，鼓励学生提出多种解决方案，给予学生探究式教学和引导，将学生从完全被动地接收知识引导到主动地学习知识，给学生充分发挥的余地，唤醒学生的创新意识，激发学生的创造力，锻炼学生的工程实践能力。
　　3.5 适当安排综合性的实验，提高学生解决复杂工程问题的能力
　　针对每章的学习内容除了设置基础的实验题目外，还安排了有一定难度的、综合性较强的选做题，学生可以根据自己的能力选做。另外在实践过程中鼓励学生综合运用所学的知识，提倡发散性思维，提高编写高效率算法的能力。比如求二叉树中度为0、度为1和度为2的结点个数的实验，一般情况下是通过分别调用三个递归函数实现求各种结点的个数，可以引导学生采用类似线索二叉树中结点的存储结构，通过设置LTag和RTag两个域，表示该结点是否有左右孩子，这样通过一个遍历函数就可以实现求各种结点个数的功能。通过这样的训练，可以使学生综合运用所学知识解决问题，逐步提高解决复杂工程问题的能力。
　　3.6 改革考核方式和考核内容，使之符合工程教育专业认证的要求
　　工程教育专业认证合格的一个重要标志是毕业要求达成度的评价，毕业要求达成度依赖于专业培养方案中相关课程达成度的评价。为了便于计算课程达成度，数据结构课程考核建立了闭卷考试、平时成绩（包括作业、讨论等）、实验成绩等环节与毕业要求指标点的对应关系矩阵。课程考核需要综合平时作业、课堂讨论、课堂测试、课堂提问、课后学习、实验环节、考试等环节对学生进行全面、客观的评价，打破了书面考试决定最终成绩的局面，实现更加科学、合理的考核方式。
　　4 结束语
　　本文在计算机科学与技术专业进行工程教育专业认证的大背景下，按照专业认证的以学生为中心、成果导向和持续改进的核心理念，针对以往的数据结构课程教学中存在的问题和弊端，在教学大纲修订、教学内容安排、教学方法和考核方式改进等方面进行了有益的尝试，在建立课程教学内容与毕业要求指标点的支撑关系矩阵的基础上，通过改革课堂教学方法、规范考核方式、优化考核内容，使之能够对数据结构课程的教学效果进行科学的量化评价。对于如何更好的培养学生的工程实践能力和解决复杂工程问题的能力等方面，还需持续改进，有很多环节需要我们进一步探索与改革。
　　参考文献（References）：
　　[1] 李华新，谭敏生.工程教育认证背景下计算机专业人才培养探索与实践[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2018.11：93-94
　　[2] 张宪红，黄成哲，杨泽雪，齐丽敏.面向工程教育认证的毕业要求实施机制研究[J].现代信息科技，2019.3（4）：189-191
　　[3] 谭春娇，陈微，赵亮等.工程教育认证理念指导下的教学改革[J].计算机教育，2019.2：123-126
　　[4] 周锡堂.工程教育认证理念与高等教育评估[J].化工高等教育，2015.3：18-21
　　[5] 白恩健，王直杰，张义红，胡海洋.基于成果导向的电子信息与电气工程类专业人才培养模式改革[J].纺织服装教育，2019.3：210-214
　　[6] 席景科，王志晓.面向工程教育专业认证的《数据库应用》课程教学改革[J].教育教学论坛，2018.24：116-117
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