新工科背景下数据结构与算法课程教学改革创新
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来源：《现代职业教育》2022年第28期
        [摘 要] 近年来，国家大力推行和实施大数据发展战略，推动和促进大数据产业的发展。为了应对大数据时代的到来，教育部积极推行新工科建设。作为计算机专业的基础课程，数据结构与算法课程传统的教学已无法满足新形势下的要求。针对教学中存在的问题，提出以学生为主体、教师为主导、案例导向、理论向实践转换的教育教学理念，实现了数据结构与算法课程与专业能力、特育人、实践创新紧密联系。构建了“整合教学资源、完善教学体系、创新教学模式、融合教学育人、突出教学效果”的创新举措，全面提升学生的能力，实现人才培养的目标。
        [关 键 词] 新工科;数据结构与算法课程;教学改革
        [中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2022）28-0118-03
        一、引言
        近年来，由于科技以及互联网行业的飞速发展，人们的生活方式发生了巨大的改变，获取的信息开始变得既快捷又丰富，也推动我们进入了一个“大数据时代”。国家大力推行和实施大数据的发展战略，推动和促进大数据产业的发展。为了应对大数据时代的到来，教育部
积极推行新工科建设，为新兴产业培养具有创新能力、实践能力的复合型人才[1]。物联网工程、计算机科学与技术、数据科学与大数据技术等专业被列为新工科建设的目标。三部委联合印发的《关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》明确提出培养应用型技术技能型人才是应用型本科院校的定位。在大数据时代的背景下，培养高素质应用型技术技能人才，使其适应时代变化，是计算机专业课程教学的改革目标。
        数据结构与算法是一门核心专业基础课，其着重培养学生运用数据结构和算法基本理论分析和解决问题的能力，为后续专业课学习提供理论基础。传统的数据结构与算法教学通常是从课程的知识体系角度出发，强调课程的教学内容，课程目标的设定更多考虑的是知识的完整性，而非学生学习课程之后应该获得的能力[2]。加之该课程内容较多、算法抽象、难度系数较高，学生对前期课程掌握不好，编程思维及能力较弱，致使学生在学习过程中逐渐失去信心。针对课程教学中存在的问题，提出遵循以学生为主体、教师为主导、案例导向、理论向实践转换的教育教学理念，提出了解决数据结构与算法实践教学瓶颈问题的方案[3]，实现了数据结构与算法课程与专业能力、特育人、实践创新紧密联系。构建了“整合教学资源、完善教学体系、创新教学模式、融合教学育人、突出教学效果”的创新举措，全面提升学生的实践创新能力。
        二、课程基本情况与目标
        数据结构与算法是一门专业核心基础课，其着重培养学生运用数据结构和算法基本理论分析和解决问题的能力，为后续专业课学习提供理论基础。其教学目标是培养学生运用数据结构和算法的知识来分析和解决问题，扩展学生的知识体系，引导学生自主研究和学习，培养学生的专业学习兴趣，鼓励学生勇于探索，积极创新，提高学生的团队协作能力，并为学生学习操作系统原理、数据库原理等后继课程奠定坚实的基础。在紧紧围绕如何建设应用型本科院校的前提下，积极探索课程的教学改革，完善教学大纲、授课计划、课程标准、教学设计及课件等。
        课程的知识目标使学生掌握集合、线性表、树、图四种不同逻辑结构的特征及存储形式;理解了现实世界具有不同逻辑结构的数据模型在计算机中是如何实现的;能力目标是通过本课程学习，学生理解原理，掌握方法，熟练应用，能够创造性地应用各种数据结构和算法设计性能优、效率高、可读性强、易维护的程序，解决实际问题，提高学生的学习能力、探索研究的能力;价值目标是以立德树人为根本，实现专业课与思想政治教育的有机融合，将德育渗透、贯穿整个教学大纲中，帮助学生树立社会主义核心价值观、人生观、政治观、道德
观和法治观，在教学中引入不同的实例扩展学生知识体系，引导学生自主学习、研究，鼓励学生勇于探索，敢于创新，潜移默化地感染学生，达到育人的目的。
        三、现有课程教学中存在的问题
        （一）缺乏专业能力的培养
        数据结构与算法课程是一门内容抽象、学习难度较大的专业课程，针对计算机专业一、二年级学生开设，此阶段的学生对于计算机专业充满好奇心，大一已经完成了计算机导论、高级语言程序设计-C语言、离散数学等课程的学习，熟悉C语言，对算法有一定的了解，能画出流程图。但對是否能学习和掌握编程方法疑虑，编程能力有限，缺乏实践经验。在实际教学中我们发现课程学习结束后，学生对学过的知识不知道如何应用到实践中，其原因在于：（1）该门课程具有较强的理论性和实践性，知识的理解相对比较抽象，难于掌握。（2）教师没有注意培养学生的兴趣，学生被动地接受知识。（3）由于课程内容较多，很多教师只注重各个知识点的介绍，而忽视了数据结构课程的整体性和连续性。作为核心专业基础课程，针对如何提高学生的专业技术能力，特别是实践编程能力的应用，体现应用型目标的培养是教学改革中迫切需要解决的问题。
        （二）缺乏特育人的培养
        在传统模式教学过程中，教师通过传统的传授知识、举例、布置实验等实现教学。课程的教学目标在于让学生掌握基础知识和培养学生解决问题的能力，对学生的思想教育教学不明显。如何在新工科教学理念下融入育人特，挖掘课程中蕴含的思政元素，发挥课程育人的作用，寓价值观引导于知识传授和能力培养中，培养符合社会主义建设要求的接班人也是教学改革中迫切需要解决的问题。
        （三）缺乏实践创新能力的培养
        本课程内容的抽象性和逻辑性较强，有些学生在学习中会因为理论跟实践衔接得不够紧密，无法将所学算法融会贯通，并通过具体语言编码调试出来，从而降低学习积极性。同时学生程序设计基础薄弱，缺乏计算思维能力，对课堂实训重视度不够，达不到预期的教学效果。
        四、实际教学中的改革创新
        针对教学中长期存在的痛点问题，采用“整合教学资源、完善教学体系、创新教学模式
、融合教学育人、突出教学效果”的创新举措，把数据结构与算法与专业能力、特育人、实践创新紧密联系起来，全面解决教学过程中存在的问题。
        （一）整合课程资源，建立完善的课程教学体系
        教学团队从原理课程、实践课程、网络资源等方面进一步提炼、优化课程教学资源，重构资源体系。对理论部分知识，录制相关教学视频;挑选出经典的题型，制作课程作业库;通过网页插入式在线测试、网上作业提交和批改等，追踪学生的学习情况;建立课程学习教学促进师生之间、学生之间进行资源共享、问题交流和协作学习。表1为团队成员共同努力下的成果，经过整合相关的教学资源，教师授课内容变得更丰富，教学设计更有特，考核方式更灵活，同时也大大提高了学生学习的积极性及主动性。
        （二）改变传统的教学方法，探索新的教学模式
        为了更好地适应现代教学模式，采用线上线下混合教学模式，线上教学以学生为中心，学生通过线上教学视频自主学习理论知识，教师通过发布学习任务、作业以及测验及时跟踪及了解学生的学习情况。线下教学以教师为主，教师结合学生线上学习情况，对重难点部分
进行更进一步的讲授，并设计实践活动，指导学生通过实验实践巩固知识点，通过线上及时辅导、线下及时反馈、线上线下讨论等方式促进师生之间的交流。图1数据反映出，经过团队成员的共同努力，线上教学资源不断增加，学生参与线上课程学习的比例也逐年增多。
        （三）融入思政元素，深化特思政建设
        在课程讲授过程中以教学内容为载体，将思政案例制作成文档、视频、多媒体课件等形式，上传至线上教学平台。在实际教学过程中，以立德树人为根本，实现专业课与思想政治教育的有机融合，如以金典的算法为例，讲解算法实现的同时，展示算法研究的历史，使学生体会到科学研究的艰辛和科学家坚忍不拔的品质，将德育渗透、贯穿整个教学大纲中，帮助学生树立社会主义核心价值观、人生观、道德观;在教学中引入不同的实例扩展学生知识体系，结合学科和专业特点，设计了课程思政案例，将所学内容知识与专业知识紧密结合，使学生不仅认识到学习数据结构与算法知識的重要意义，同时还潜移默化地进行了专业教育，激发了学生的学习兴趣。在课后作业和实验设计过程中，引导学生自主学习，积极探究知识的实际应用，培养学生的创新意识。
        （四）“以赛促学、以赛促教”，培养学生的实践应用能力
        在新工科教育理念下，高校的人才培养更偏向培养具有创新精神的应用型人才，而技能大赛是实现这一目标的最好途径。数据结构与算法课程的理论知识在ACM程序设计大赛能得到很好的应用。在近几年的教学中，为了提高学生的实践应用能力，鼓励学生多参加本学科内的技能大赛。教师和学生都能在大赛中成长。大赛表面上是赛学生，实际是在赛教师，大赛要求指导教师具有扎实的理论知识、更高的专业实践能力和技能水平。教师通过指导学生参加大赛，实践教学能力和水平都得到相应的提高，教学理念得到更新，教学观念得到转变，学习新知识、新设备、新技能;通过大赛，学生能把课堂上所学的知识应用到实际比赛中，在比赛中不断地磨炼、升华。
        五、课程教学创新成果
        （一）学生的学习效果显著提升
        经过教学创新改革，学生的学习积极性和主动性大大增强，期末综合成绩优良率有所提高，学生的团队精神、编程思维及编程能力明显提高，学生对课程满意度、对任课教师的评价较高。通过图2三年教学创新改革成效对比发现，课程的及格率、优秀率显著提升。
        （二）学生的实践创新能力得到提升
数据结构与算法论文
        在课程教学创新改革中，授课教师通过精心设计教学环节，不断改变教学方法，将课堂的主动权慢慢还给学生，提倡自主学习，培养创新能力，提高教学质量。在培养学生实践能力的过程中，更多学生参与到大学生创新创业项目、技能竞赛中，获奖项目和人数逐年增加。近三年来，学生参加“泰迪杯”数据挖掘比赛获得二等奖;2019、2020年参加广西大学生人工智能设计大赛获得一等奖7项、二等奖12项。学生还参加计算机相关的其他学科竞赛项目，如大学生程序设计大赛、计算机学会软件测试技能、蓝桥杯等各种级别的赛事，成绩喜人。
        （三）教师的教研水平明显提高
        在课程教学创新改革中，教师的教学理念不断更新，教学观念得到转变，学习新知识、新设备、新技能，运用先进的多层次的教学方法改变传统的教学方式。近三年来，团队教师共主持参与科研教研项目5余项，撰写科研教研论文10余篇;课程也被列为校级优质示范性课程及校级课程思政示范性建设项目;教师获得区级青赛二等奖。
        六、结语
        数据结构与算法课程经过几年教学创新的探索和实践，实现了从传统课堂向智慧课堂、知识课堂向能力课堂、灌输课堂向实践课堂、封闭课堂向开放课堂的转变。在今后的教学中，要充分利用“互联网+”的时代特，整合教学资源，完善教学体系，创新教学模式，使学生乐学、爱学。
        参考文献：
        [1]颜慧.基于新工科教育理念《数据结构与算法分析》课程教学改革与实践[J].电脑知识与技术，2021，17（4）：152-153.
        [2]陈黎黎，国红军.OBE理念下软件工程专业“数据结构与算法”课程教学改革研究[J].辽宁科技学院学报，2021，23（5）：38-40.
        [3]王金环.新工科背景下《数据结构与算法》应用型教学改革创新研究[J].湖北农机化，2019（20）：99-100.

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