“双一流”建设背景下数据结构课程教学初探

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　　[摘要]“双一流”建设相关政策的出台，推动了创新型人才培养模式的建设。课程教学是人才培养的载体，课程教学改革是创新型人才培养模式建设不可或缺的。该研究针对数据结构课程教学中存在的算法复杂、入门难、实验难度大、课堂教学效率较低等问题，从教学目的、教学学情、教学内容、教学方法和教学手段等几个方面对数据结构课程的教学进行论述，探讨学生工程实践能力、创新能力、国际竞争力的培养。
　　[关键词]“双一流”建设;数据结构;课程教学
　　[中图分类号]G642
　　[文献标识码]A
　　[文章编号]2095-3437（2020）03-0080-03
　　2015年10月，国务院对外发布了《统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案》，明确了“双一流”建设的原则、目标和总体思路，标志着以中国特色为方向的高等教育改革拉开了序幕。2017年9月21日，教育部、财政部和国家发展改革委发布了《关于公布世界一流大学和一流学科建设高校及建设学科名单的通知》，标志着“双一流”建设正式进入全面启动和实施操作的阶段。“双一流”建设相关政策的出台，对中国高等教育的办学能力提出了更高的要求。“双一流”建设的一项重要任务就是培养拔尖的创新型人才，而现行人才培养模式下，学生的实践能力、创新能力有所欠缺。创新型人才的培养必须重视专业建设与课程建设。悉尼协定明确指出课程体系是专业建设的主要内容之一，而大学提供的最基本的服务是课程，创新型人才培养模式必须重视课堂教学方式方法的变革，以使课堂教学不仅仅是给学生提供单一的认知经历。“双一流”的创新型人才培养是实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型人才的培养，而课堂教学在其中扮演着重要的角色。
　　信息与通信工程专业如何在“双一流”建设背景下，培养工程实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质的人才，需要教师深入反思人才培养模式改革与创新问题，开展教学改革研究，把“双一流”建设要求的创新型人才培养模式的创新研究融入教学过程中。具体落实到数据结构课程教学，就必须以信息与通信工程专业的学科理论知识为基础，夯实理论研究基础，加强实践教学环节的培养，以实现用科学、工程化的方法开发和维护具有较强实用性、高质量的软件为目的，从而培养创新型实用型人才，以适应不断变化的就业需求。
　　数据结构课程的主要教学内容是数据结构的基本概念和基本算法，侧重于典型数据结构及经典算法的讲解与演示，虽有较为成熟的理论知识体系，但数据结构的抽象逻辑，存在入门难、实验难度大、课堂教学效率较低等问题。这些问题对学生的全面发展以及综合素质的提高造成了严重的影响。要摆脱此教学困境，需要在“双一流”建设背景下，结合学生的特点，调整教学内容，同时注重教学方法和教学手段的改进。本文将从数据结构的教学目的、教学学情、教学内容、教学方法和教学手段等方面对数据结构的教学进行论述，探讨学生工程实践能力、创新能力、国际竞争力的培养。
　　一、明确教学目的
　　根据“双一流”建设要求的创新型人才培养任务，工程科技人才必须具备更强的创新创业能力和跨界整合能力。数据结构作为信息与通信工程专业的基础必修课，教师在教学过程中要明确教学目的，有的放矢地发展学生智力，使学生具有较强的工程实践能力、创新能力以及国际竞争力，达到“双一流”建设对创新型人才培养的要求。要通过课程学习，让学生掌握数据结构的理论知识和应具备的能力、素质。具体来说就是让学生建立数据结构的概念，树立数据结构设计与算法设计的基本思维模式;掌握采用不同数据结构分析问题和设计算法的方法;结合实际问题选择高效的数据结构，并能分析相应算法的性能。
　　二、了解教学学情
　　目前我国高等教育的质量和水平与发达国家的相比还存在较大的差距，且由于我国的区域经济社会发展不平衡，高等教育区域差异十分明显。因此，在“双一流”建设背景下，推进课堂教学的改革，必须充分了解本校的生源情况，立足于本校的教学学情，探索符合本校教学学情及区域经济和高等教育发展内在规律的合适的改革路径。
　　桂林电子科技大学信息与通信工程专业的学生，由于生源地不同，学生的专业基础不同，学生对数据结构课程的期望值自然也不同，具体可以分为以下3个层次：（1）修完课程，达到基本要求，拿到学分。（2）有强烈的考研需求，喜欢通信与信息行业。（3）对通信与信息行业特别感兴趣，致力于提高软件开发和运行效率。
　　有考研欲望的学生，愿意花课余时间和精力去学习，以取得好成绩。致力于提高软件开发和运行效率的学生，不满足于课堂所学，愿意不眠不休，花费大量时间和精力去钻研，热衷于对计算机理论、相关算法的改进和研究。从历年的数据结构教学成绩来看，学生的学习态度，从被动型到跟风型再到主动型，所占的比例也有所不同。本文选取了桂林电子科技大学信息与通信工程专业5个年级数据结构课程期末成绩及格以止的学生学习情况（如表1所示）进行对比分析。
　　从表1中不难看出，近年来学习成绩优秀学生的百分比有所上升，尤其是学习成绩良好学生，他们对数据结构这门课程的兴趣逐渐提升。虽然学习成绩及格学生所占的百分比有所下降，但成绩中等的学生所占的百分比整体上呈上升趋势，这5年平均有将近44.58%的学生都只是为达到课程要求而学习。学生的学习成绩虽然和专业需求、课程难易程度、应用性要求以及学生的學习主动性密不可分，但也需要任课教师根据学生的学习目的和学情，在教学过程中尊重学生、激励学生，采取启发式教学，由浅入深，循序渐进，淡化理论，多讲案例、多讲例题，注重应用。对于学习能力强、对通信与信息行业特感兴趣或准备考研的学生，教师在教学过程中应适当引导其思考;对于学习基础较差、学习主动性不强的学生，应积极干预和引导其明确学习目标，激发其学习的兴趣，课后加强辅导，使其基本掌握数据结构的基本理论和基本知识，通过“抓两头带中间”为学生的后续学习做好铺垫。 　　“双一流”建设背景下的课程教学改革，必须要树立现代化的教学观，践行因材施教的教育理念，努力打破“一本教材教终身”“同一教案普度众生”的思想禁锢，还要研究学生的差异性，鼓励学生积极发展兴趣特长，不断深化课堂教学的改革。
　　三、调整教学内容
　　随着现代信息技术的发展，日益丰富的知识内容冲击着人们的头脑，课堂的教学内容不仅仅局限于书本上的知识。在“双一流”建设背景下，需要兼顾知识的系统性、前瞻性和实用性，不断更新课堂的教学内容，从而为创新型人才的培养奠定必要的理论基础。数据结构课程教学内容难点多、关联性强，如何在有限的课时内对课程进行合理编排并提升教学效果是一大难点。因此，必须对教学内容进行整合，注重学生独立思考能力、问题意识和批判精神等的培养，合理安排教学实践。
　　（一）夯实基础，突出重难点
　　根据数据结构课程的特点，授课教师应重在夯实课程学习的基础，突出重难点。从教学实际情况出发，对教学内容做合理提炼，能使学生紧扣重点，触类旁通。桂林电子科技大学信息与通信工程专业所采用的数据结构课程教材，其数据结构的教学内容主要有数据结构和数据处理两大模块，各模块所包含的知识点如表2所示。
　　（二）注重实验教学，加强实践环节的设计
　　数据结构是一门理论与实践并重的综合性课程。数据结构实验的主要目的是通过实践来培养学生分析问题、设计算法解决问题、实践验证及工程应用等的能力。只有注重实验教学，加强实践环节的设计，才能有利于学生对抽象理论的理解和掌握。因此，我校的数据结构实验教学内容，除了保留一些必要的验证性实验来巩固学生的基础知识外，还增加了综合设计实验且占总实验学时的50%。同时还增开了课程设计，将培养学生工程实践能力和创新能力的要求融入教学过程中，给学生预留发挥创造力的空间，让学生根据实验教学要求，查阅文献资料，分析国内外研究现状，自主设计不同的实现方案，分析优化、验证算法功能，锻炼学生综合运用知识的能力以及分析解决问题的能力。
　　在实验教学过程中教师要做到“四勤”，即眼勤、腿勤、嘴勤、手勤。学生做实验的过程中教师要多巡走，注意观察学生，发现问题及时记录和纠正，指导学生正确使用基础算法，学会分析算法，避免出现思路不清，错用、乱用算法知识等情况。实验完成后，教师一定要检查学生的完成情况，特别是要避免只看结果却忽略过程的常见考核方法，强调实验报告实时提交的原则。教师根据学生实验完成的情况来给成绩，同时记录实验中存在的问题，找出共性问题，以便于改进教学。通过“搜集一讨论一筛选一测试一反馈”的闭环过程，使实验课程中分散的知识点能转化为工程技术亮点，有效提升学生的工程意识和创新素质，培养学生的实践能力、创新能力，进而提高学生的综合素质、国际竞争能力。
　　四、改变单调乏味的教学方式，使用灵活的教学方法和教学手段
　　“双一流”建设中的人才培养任务即创新型人才培养模式的建设，要求充分利用现代信息技术，改革单调乏味的传统课堂教学模式，创新教学方式和学习方式，培养学生的探究能力和创新精神，从而提高学生的创新能力和国际竞争力。
　　传统的数据结构课堂教学主要是以教师讲授为主，案例少，学生参与度低，教学方式单调乏味。由于数据结构抽象难懂，要想激发学生的学习兴趣，提高课堂教学效果，必须改变单调乏味的教学方式。需要从单纯传授知识的方式转变为教师引导、学生自主参与的方式，从课堂教师专制式转变为师生讨论式，从填鸭注入式转变为启发诱导式，从单向传播式转变为双向感应式，构建师生学习共同体。需要发挥教师的主导作用，按照教学内容，强化感性认识与理性认识，合理设计教学过程，灵活开展启发式教学，使学生掌握各种数据结构的特点、存储表示、运算操作方法以及信息与通信工程中最基本的应用。
　　要结合本校教学学情，积极尝试探究式教学，使学生能够利用数据结构知识自主选用恰当的数据结构、编写质量高风格好的应用程序，进而培养学生的创新性思维，提高学生的国际竞争力。例如，在讲授各种逻辑结构的算法时，可多采用案例教学和互动式教学模式;设计教学序列，由简入繁，介绍算法特性和算法设计的要求，增强学生对概念的熟悉度及认同感，激发学生对理论知识学习的兴趣，使学生对研究内容及其学习有个初步认识，然后再引入算法和算法分析的概念。为避免混淆，要以学生在学习编程语言阶段的编程题目为例，合理设计教学序列，比如在讲线性结构时，首先设计线性结构一树形结构一图状结构的次序，从简单基本的结构人手，再逐步细化、深入，将重点放在算法分析的方法上;其次应用算法的层次讲清讲透排序、查找的经典结构及算法分析，通过对不同类型算法的分析，使学生对抽象的算法有更深刻的认识，掌握设计算法的基本方法。同时，适当调整教学思路，采用问答式教学方法，及时了解学生对知识的理解和掌握程度，及时调整教学进度，让学生了解并接受研究数据结构的流程：根据实际应用问题，分析数据间的逻辑关系，选择恰当的存储结构，设计算法，分析算法效率，从而进行算法优化，使知识结构适应认知结构，达到教学相长的目的。
　　通过一年的教学教改实践，桂林电子科技大学信息与通信工程专业16级学生的数据结构课程考试取得较好的成绩，其中优秀、良好、中等、及格学生人数所占的百分比分别为11.43%、23.14%、25.14%、12.0%。与15级的相比，优秀与良好学生的人数分别提高了3、6个百分点，而中等与及格学生的人数则分别下降了3、2个百分点。此外，信息与通信工程专业16级有大约30%的學生参加了互联网+比赛，大约17%的学生参与了大学生创新项目研究。
　　五、结束语
　　数据结构课程作为信息与通信工程专业的基础必修课，其理论知识具有承前启后的关键作用。数据结构课程知识的掌握程度，直接凸显前序课程知识的巩固情况并影响到后续课程的学习。通过数据结构课程的学习，学生应能获得对实际问题进行合理分析的初步能力，为其后续课程的学习，比如面向对象程序设计语言、计算机网络、操作系统等，打下基础。
　　[责任编辑：庞丹丹]
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