工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證背景下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)改革

楊彬 王青正

摘? 要： 工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證是針對(duì)高等教育工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)開(kāi)展的一種合格性評(píng)價(jià)，對(duì)加強(qiáng)工程實(shí)踐教育，進(jìn)一步提高教育質(zhì)量，培養(yǎng)具有國(guó)際等效認(rèn)證的合格工程技術(shù)人員有重要的推動(dòng)作用。在本校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)進(jìn)行工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的背景下，通過(guò)分析傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，按照以學(xué)生為中心、成果導(dǎo)向和持續(xù)改進(jìn)的核心理念，在該課程的目標(biāo)設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容安排、教學(xué)方法和考核方式等方面提出了改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞： 工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證; 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu); 以學(xué)生為中心; 成果導(dǎo)向; 持續(xù)改進(jìn)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?文章編號(hào)：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

為進(jìn)一步加強(qiáng)工程技術(shù)領(lǐng)域的國(guó)際合作與交流，提高工程教育質(zhì)量，我國(guó)于2016年6月加入了《華盛頓協(xié)議》成為該協(xié)議的簽約成員，標(biāo)志著我國(guó)開(kāi)啟了具有國(guó)際實(shí)質(zhì)等效的工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的進(jìn)程。隨著工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的深入進(jìn)行，特別是新工科建設(shè)提出的對(duì)現(xiàn)有工科實(shí)施改革創(chuàng)新，將創(chuàng)新性、工程化、綜合化一體的新模式應(yīng)用于人才培養(yǎng)過(guò)程中，高等學(xué)校的課程教學(xué)必須進(jìn)行改革，提高綜合運(yùn)用知識(shí)的能力和團(tuán)隊(duì)合作的精神，為社會(huì)輸送工程實(shí)踐能力過(guò)硬、創(chuàng)新意識(shí)強(qiáng)、具有國(guó)際化視野、能解決實(shí)際問(wèn)題的復(fù)合型高素質(zhì)新工科人才。

1 工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的要求

工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證是由工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)對(duì)高等學(xué)校工科專(zhuān)業(yè)進(jìn)行“第三方”質(zhì)量評(píng)價(jià)的一種活動(dòng)[1]。1989年美國(guó)、英國(guó)、加拿大等6個(gè)國(guó)家發(fā)起的《華盛頓協(xié)議》是關(guān)于工程學(xué)士學(xué)位專(zhuān)業(yè)鑒定、國(guó)際相互承認(rèn)的協(xié)議，是目前最具權(quán)威性、體系較為完整的工程教育專(zhuān)業(yè)互認(rèn)協(xié)議，是實(shí)現(xiàn)工程教育國(guó)際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)。工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證要求專(zhuān)業(yè)課程體系設(shè)置、師資隊(duì)伍配備、辦學(xué)條件配置等都必須圍繞學(xué)生畢業(yè)能力達(dá)成這一核心任務(wù)展開(kāi)，并強(qiáng)調(diào)建立專(zhuān)業(yè)持續(xù)改進(jìn)機(jī)制以保證專(zhuān)業(yè)教育質(zhì)量[2]。

工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的三個(gè)核心理念是：以學(xué)生為中心、成果導(dǎo)向和持續(xù)改進(jìn)[3]。以學(xué)生為中心，強(qiáng)調(diào)所有的課程設(shè)置、教學(xué)設(shè)計(jì)要以學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)達(dá)到的培養(yǎng)目標(biāo)和全體學(xué)生畢業(yè)要求的達(dá)成而設(shè)計(jì)，學(xué)生是工程教育的接受者，只有以學(xué)生為中心，才能營(yíng)造出終身學(xué)習(xí)、持續(xù)發(fā)展的良好氛圍，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的可持續(xù)動(dòng)力和成就感。成果導(dǎo)向，強(qiáng)調(diào)師資隊(duì)伍、課程設(shè)置和教學(xué)實(shí)施要以保證學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成，并按照畢業(yè)生核心能力和要求來(lái)評(píng)價(jià)專(zhuān)業(yè)教育的有效性，從最終成果來(lái)反向設(shè)計(jì)所有邁向成果的教學(xué)活動(dòng)[4]。持續(xù)改進(jìn)，強(qiáng)調(diào)專(zhuān)業(yè)必須建立有效的質(zhì)量監(jiān)控和持續(xù)改進(jìn)機(jī)制，能持續(xù)跟蹤改進(jìn)效果并用于推動(dòng)專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)質(zhì)量不斷提升[5]。

2 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)存在的問(wèn)題

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，通過(guò)學(xué)習(xí)可以使學(xué)生能夠熟練掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)在邏輯關(guān)系及其在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，以及有關(guān)基本操作的算法實(shí)現(xiàn)，初步掌握算法的時(shí)間分析和空間分析的技術(shù)，能夠?qū)o定問(wèn)題選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的算法操作，培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的能力，并為后續(xù)的數(shù)據(jù)庫(kù)原理、編譯原理、操作系統(tǒng)等專(zhuān)業(yè)課程打好基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容大多數(shù)是由任課教師自行裁定，教學(xué)方式基本上是滿(mǎn)堂灌，以教師講授為主，學(xué)生被動(dòng)接受，無(wú)法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)潛能，雖然教師和學(xué)生都投入了大量的精力，學(xué)習(xí)效果卻不太理想。其次在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中大部分題目主要是針對(duì)本章的學(xué)習(xí)內(nèi)容，屬于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，沒(méi)有體現(xiàn)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力訓(xùn)練。另外考核方式陳舊，大多以筆試為主。相對(duì)于工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證存在以下問(wèn)題和不足。

2.1 教學(xué)內(nèi)容比較抽象，課程難度較大

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中大部分內(nèi)容涉及的算法比較抽象，學(xué)生對(duì)于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)無(wú)法在頭腦中建立清晰的映像，不利于理解算法。另一方面，課程中的算法描述大多基于類(lèi)C語(yǔ)言，要求學(xué)生對(duì)離散數(shù)學(xué)和程序設(shè)計(jì)知識(shí)掌握程度較好，具有一定的抽象思維能力和編程能力。由于先修課程基礎(chǔ)不扎實(shí)，程序設(shè)計(jì)能力薄弱，抽象思維能力訓(xùn)練不到位，造成了大部分學(xué)生僅僅能讀懂教材上的算法，卻無(wú)法獨(dú)立編寫(xiě)程序。

2.2 教學(xué)內(nèi)容無(wú)法支撐畢業(yè)要求

依照工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的成果導(dǎo)向理念，要求結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，確定符合社會(huì)需求和本校辦學(xué)定位的專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，制定科學(xué)合理的培養(yǎng)方案和教學(xué)計(jì)劃[6]。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)大綱中沒(méi)有明確課程目標(biāo)，沒(méi)有建立與12項(xiàng)畢業(yè)要求相對(duì)應(yīng)的支撐關(guān)系，教學(xué)內(nèi)容基本上是由任課教師自行確定，因此，必須修訂數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)大綱，確立課程目標(biāo)，重新調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，建立明確的教學(xué)內(nèi)容與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)之間的支撐關(guān)系，使之符合工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證體系的要求。

2.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)題目基本上是針對(duì)每一章的課堂講授內(nèi)容設(shè)計(jì)的，學(xué)生只需應(yīng)用該部分的知識(shí)即可完成實(shí)驗(yàn)題目，不需要思考是否還有其他的解決方案，更談不上選擇最優(yōu)的方案來(lái)解決問(wèn)題，與工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的目標(biāo)有偏差。

2.4 課程考核內(nèi)容不能科學(xué)量化的評(píng)價(jià)教學(xué)效果

工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證要求課程必須支撐畢業(yè)要求的若干個(gè)指標(biāo)點(diǎn)，課程考核內(nèi)容要根據(jù)課程支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)設(shè)置。課程考核結(jié)束后，應(yīng)根據(jù)教學(xué)大綱中指定的達(dá)成度計(jì)算方法計(jì)算課程的達(dá)成度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)課程教學(xué)效果的科學(xué)量化評(píng)價(jià)。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的考核方式為：平時(shí)成績(jī)10%+實(shí)驗(yàn)成績(jī)30%+閉卷考試（60%），但是平時(shí)作業(yè)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和考試試題沒(méi)有建立與課程所支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此不能對(duì)課程達(dá)成度進(jìn)行計(jì)算，無(wú)法對(duì)課程教學(xué)效果進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)。

3 面向工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程改革

本校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)在進(jìn)行工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的過(guò)程中，以12項(xiàng)畢業(yè)要求和畢業(yè)目標(biāo)為導(dǎo)向，以培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型人才為目標(biāo)，對(duì)課程體系進(jìn)行了調(diào)整，完善了課程教學(xué)大綱。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程在教學(xué)大綱修訂、實(shí)踐環(huán)節(jié)內(nèi)容設(shè)置、優(yōu)化考核方式等方面進(jìn)行了改進(jìn)。

3.1 調(diào)整教學(xué)計(jì)劃，加大基礎(chǔ)課程學(xué)時(shí)

適當(dāng)?shù)卦黾与x散數(shù)學(xué)和C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的學(xué)時(shí)，使學(xué)生學(xué)好前導(dǎo)課程，從而打好學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的基礎(chǔ)。離散數(shù)學(xué)是計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)，通過(guò)學(xué)習(xí)離散數(shù)學(xué)，可以提高學(xué)生的概括抽象能力、邏輯思維能力、歸納構(gòu)造能力，有益于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、完整、規(guī)范的科學(xué)態(tài)度。C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程改變只注重基本語(yǔ)法體系的介紹，加大對(duì)指針和結(jié)構(gòu)體部分的講解，有利于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)。

3.2 明確課程目標(biāo)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的要求，課程體系中的所有課程都要支撐相應(yīng)的畢業(yè)要求，因此在制定本專(zhuān)業(yè)畢業(yè)要求的基礎(chǔ)上，對(duì)畢業(yè)要求進(jìn)行了合理分解，建立各門(mén)課程與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐矩陣。按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，確定了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的課程目標(biāo)，如表1所示。然后確定每一章節(jié)支撐的相應(yīng)課程目標(biāo)和畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，并給出每一章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度和相應(yīng)的教學(xué)手段，進(jìn)一步細(xì)化教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)要求。

3.3 合理安排授課內(nèi)容，突出重點(diǎn)和難點(diǎn)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的重點(diǎn)是線性表、棧和隊(duì)列、二叉樹(shù)、圖、查找和排序，難點(diǎn)是棧的應(yīng)用、圖的應(yīng)用以及一些經(jīng)典算法。在教學(xué)安排中，對(duì)線性表要講解透徹，學(xué)生在充分理解線性結(jié)構(gòu)知識(shí)的基礎(chǔ)上，有利于學(xué)習(xí)樹(shù)和圖的相關(guān)內(nèi)容。另外要充分發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，在課堂上采用引導(dǎo)式教學(xué)方法，只講解重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，把易于理解或非重點(diǎn)內(nèi)容留給學(xué)生課下自學(xué)。

3.4 以學(xué)生為中心，改進(jìn)教學(xué)方法

將傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)方法轉(zhuǎn)變?yōu)閱l(fā)式、案例式、研討式教學(xué)。在講解各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)，通過(guò)案例引入和分析，使學(xué)生充分感受到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中的重要性，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。對(duì)于和實(shí)際應(yīng)用相關(guān)問(wèn)題，應(yīng)組織課堂討論，鼓勵(lì)學(xué)生提出多種解決方案，給予學(xué)生探究式教學(xué)和引導(dǎo)，將學(xué)生從完全被動(dòng)地接收知識(shí)引導(dǎo)到主動(dòng)地學(xué)習(xí)知識(shí)，給學(xué)生充分發(fā)揮的余地，喚醒學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，鍛煉學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

3.5 適當(dāng)安排綜合性的實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力

針對(duì)每章的學(xué)習(xí)內(nèi)容除了設(shè)置基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)題目外，還安排了有一定難度的、綜合性較強(qiáng)的選做題，學(xué)生可以根據(jù)自己的能力選做。另外在實(shí)踐過(guò)程中鼓勵(lì)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，提倡發(fā)散性思維，提高編寫(xiě)高效率算法的能力。比如求二叉樹(shù)中度為0、度為1和度為2的結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的實(shí)驗(yàn)，一般情況下是通過(guò)分別調(diào)用三個(gè)遞歸函數(shù)實(shí)現(xiàn)求各種結(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，可以引導(dǎo)學(xué)生采用類(lèi)似線索二叉樹(shù)中結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，通過(guò)設(shè)置LTag和RTag兩個(gè)域，表示該結(jié)點(diǎn)是否有左右孩子，這樣通過(guò)一個(gè)遍歷函數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)求各種結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的功能。通過(guò)這樣的訓(xùn)練，可以使學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題，逐步提高解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

3.6 改革考核方式和考核內(nèi)容，使之符合工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的要求

工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證合格的一個(gè)重要標(biāo)志是畢業(yè)要求達(dá)成度的評(píng)價(jià)，畢業(yè)要求達(dá)成度依賴(lài)于專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案中相關(guān)課程達(dá)成度的評(píng)價(jià)。為了便于計(jì)算課程達(dá)成度，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程考核建立了閉卷考試、平時(shí)成績(jī)（包括作業(yè)、討論等）、實(shí)驗(yàn)成績(jī)等環(huán)節(jié)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系矩陣。課程考核需要綜合平時(shí)作業(yè)、課堂討論、課堂測(cè)試、課堂提問(wèn)、課后學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)、考試等環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生進(jìn)行全面、客觀的評(píng)價(jià)，打破了書(shū)面考試決定最終成績(jī)的局面，實(shí)現(xiàn)更加科學(xué)、合理的考核方式。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)進(jìn)行工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的大背景下，按照專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的以學(xué)生為中心、成果導(dǎo)向和持續(xù)改進(jìn)的核心理念，針對(duì)以往的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題和弊端，在教學(xué)大綱修訂、教學(xué)內(nèi)容安排、教學(xué)方法和考核方式改進(jìn)等方面進(jìn)行了有益的嘗試，在建立課程教學(xué)內(nèi)容與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐關(guān)系矩陣的基礎(chǔ)上，通過(guò)改革課堂教學(xué)方法、規(guī)范考核方式、優(yōu)化考核內(nèi)容，使之能夠?qū)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)效果進(jìn)行科學(xué)的量化評(píng)價(jià)。對(duì)于如何更好的培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力等方面，還需持續(xù)改進(jìn)，有很多環(huán)節(jié)需要我們進(jìn)一步探索與改革。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] 李華新，譚敏生.工程教育認(rèn)證背景下計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)探索與實(shí)踐[J].黑龍江教育（高教研究與評(píng)估），2018.11：93-94

[2] 張憲紅，黃成哲，楊澤雪，齊麗敏.面向工程教育認(rèn)證的畢業(yè)要求實(shí)施機(jī)制研究[J].現(xiàn)代信息科技，2019.3（4）：189-191

[3] 譚春嬌，陳微，趙亮等.工程教育認(rèn)證理念指導(dǎo)下的教學(xué)改革[J].計(jì)算機(jī)教育，2019.2：123-126

[4] 周錫堂.工程教育認(rèn)證理念與高等教育評(píng)估[J].化工高等教育，2015.3：18-21

[5] 白恩健，王直杰，張義紅，胡海洋.基于成果導(dǎo)向的電子信息與電氣工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)模式改革[J].紡織服裝教育，2019.3：210-214

[6] 席景科，王志曉.面向工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的《數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用》課程教學(xué)改革[J].教育教學(xué)論壇，2018.24：116-117