基于OBE 新工科理念的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)改革研究

廖娟，阮運(yùn)飛

摘要：OBE（Outcome Based Education）即“以產(chǎn)出為導(dǎo)向的教學(xué)”，是一種以學(xué)生學(xué)習(xí)效果為導(dǎo)向的新工科教學(xué)理念。《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程作為計算機(jī)類專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，如何基于OBE 新工科的教學(xué)理念，建立全新的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程體系是該研究的重點。該文從OBE 理念的根本出發(fā)，以培養(yǎng)真正的應(yīng)用型人才為目的，詳細(xì)闡述了課程內(nèi)容的組合方式、考核內(nèi)容、考核方式以及上課手段等。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程；OBE（Outcome Based Education）；新工科；應(yīng)用型人才

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）32-0140-03

1 引言

OBE （Outcome Based Education）是一種新星升起的教學(xué)理念，在美國、加拿大、英國等許多發(fā)達(dá)國家中已成為主流的教育理念，即以培養(yǎng)學(xué)生能力為導(dǎo)向、采用逆向思維的方式進(jìn)行課程教育體系的建設(shè)理念。該教學(xué)理念近年在國內(nèi)也得到了迅速發(fā)展，已被中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會認(rèn)證[1]。在工程教育質(zhì)量的驗證上，OBE理念具有較好的指導(dǎo)意義。因此，國內(nèi)外許多學(xué)者在基于OBE理念的研究基礎(chǔ)上，提出了一些先進(jìn)的教學(xué)改革方法[2-5]，其成果對于提升學(xué)生們的應(yīng)用能力具有非常好的引導(dǎo)作用。

與傳統(tǒng)的教學(xué)理念不同，OBE注重的是學(xué)生學(xué)完這些課程后，學(xué)生們能夠做什么，能夠取得什么樣的效果，而不是注重過程，它們注重的是結(jié)果?；诖?，學(xué)校在制訂培養(yǎng)計劃等的時候，首要是考慮這門課程學(xué)生學(xué)完之后要達(dá)到什么樣目的，然后教師根據(jù)培養(yǎng)目的設(shè)計出合適的教學(xué)內(nèi)容，采用恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法以完成OBE教學(xué)理念下設(shè)定的教學(xué)目標(biāo)。這與傳統(tǒng)教學(xué)方法不同，傳統(tǒng)的教學(xué)方法是以教學(xué)為主，而OBE 理念教學(xué)是以學(xué)生能夠達(dá)到什么樣的結(jié)果為目的，通過對課程體系的分析，學(xué)生學(xué)完該門課程能夠應(yīng)該具備什么樣的素養(yǎng)和能力，進(jìn)而對課程內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整、確定清晰的教學(xué)目標(biāo)，將實踐與理論相結(jié)合；在教學(xué)過程中，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況不斷調(diào)節(jié)教學(xué)方式和內(nèi)容，最終達(dá)到OBE教學(xué)的理念。

隨著計算機(jī)專業(yè)的蓬勃發(fā)展，國內(nèi)外高校對《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的人才培養(yǎng)方案進(jìn)行了深入的探索：文獻(xiàn)[6-10]從分析數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對課程組織、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面提出相應(yīng)的改革措施，為了提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)應(yīng)用型人才，把《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》與《C語言》課程教學(xué)相結(jié)合，這些方法雖然在教學(xué)效果上有了一定的成效，但其本質(zhì)還是和傳統(tǒng)的教學(xué)目的一樣：以教為目的，并沒有去探討學(xué)生學(xué)的結(jié)果；文獻(xiàn)[11-13]從《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程對學(xué)生實踐能力進(jìn)行改革。《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程包含理論課程與實驗課程，實驗課程的目的在于通過使用C語言，對《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》理論課程中的算法進(jìn)行模擬實現(xiàn)，使學(xué)生獲得數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面的基本知識、基本理論和基本技能，為后續(xù)課程的深入學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。通過上機(jī)實驗輔助理解課堂知識，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探索研究性學(xué)習(xí)的能力。這些研究從理論上來看，有一定的實用價值，但是研究者們并沒有展示他們的研究成果。因此，在新工科迅速發(fā)展的背景下，《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》作為計算機(jī)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，把其融入OBE教學(xué)的理念當(dāng)中去勢在必行。

2 課程改革內(nèi)容

隨著新工科發(fā)展的推進(jìn)，本研究基于OBE理念的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)改革，從教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容與方式、理論教學(xué)與實踐教學(xué)串聯(lián)、實踐考核機(jī)制等4個方面進(jìn)行了探討（如圖1所示），以提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力為目的，重點培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、工匠精神以及工程的實踐能力。

2.1 教學(xué)大綱

基于OBE理念的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”教學(xué)大綱設(shè)計，首先應(yīng)滿足專業(yè)培養(yǎng)計劃，其次應(yīng)根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果來設(shè)計，最后應(yīng)滿足學(xué)生畢業(yè)要求的各項指標(biāo)。因此，我們從知識要求、能力要求、素質(zhì)要求等方面進(jìn)行創(chuàng)新。

（1）知識要求。要求學(xué)生掌握該學(xué)科的基本概念，理解學(xué)科的知識結(jié)構(gòu)和典型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型。如使學(xué)生掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的常用術(shù)語、基本概念，典型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型：線性表、棧、隊列、樹、圖、查找和排序等，如圖2所示。學(xué)會把這些基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用到相應(yīng)的算法當(dāng)中，并設(shè)計出相關(guān)的解決方案用于解決生活當(dāng)中實際的問題；理解遞歸、貪心、分治等程序設(shè)計方法。

（2）能力要求?？傮w上學(xué)生應(yīng)具備運(yùn)用辯證唯物主義的觀點分析和解決問題的能力，能夠運(yùn)用所學(xué)的綜合知識進(jìn)行方法、技術(shù)的創(chuàng)新，從而運(yùn)用到實際生活當(dāng)中進(jìn)行實際問題的解決。為了達(dá)到OBE理念綜合訓(xùn)練的目的，還應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)的能力，達(dá)到能夠把這些基礎(chǔ)課程的知識靈活運(yùn)用到現(xiàn)代信息技術(shù)中，從而自主地獲取相關(guān)新技術(shù)、新知識，持續(xù)提高自身解決問題的能力。

（3）素質(zhì)要求。作為理工科的學(xué)生，不僅應(yīng)具備理工科的工程素養(yǎng)，還應(yīng)具有人文社會科學(xué)素養(yǎng)、健康的心理素質(zhì)以及良好的職業(yè)道德，擁有正確的人生觀、價值觀和世界觀。真正做到把該門學(xué)科學(xué)完，不僅能夠得到很好的應(yīng)用。同時，從素質(zhì)方面，能夠達(dá)到OBE理念設(shè)計的目標(biāo)。

2.2 教學(xué)內(nèi)容與方式

基于OBE教學(xué)理念，為了更好地達(dá)到教學(xué)效果，傳統(tǒng)的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程在理論課程教學(xué)學(xué)時上所占的比例較高，為了更好地培養(yǎng)學(xué)生動手實踐能力，我們壓縮了一部分理論教學(xué)課時，為了讓學(xué)生能夠更好地適應(yīng)這一改變，我們以C語言作為切入點，重點講解命名空間、抽象數(shù)據(jù)類型等新概念。同時，避免在相對較枯燥的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)底層代碼上的實現(xiàn)花費(fèi)課時，把代碼實現(xiàn)移到實踐課程上講解，大大壓縮了理論課時，例如對數(shù)據(jù)元素存儲中的增刪改查等操作。

在教學(xué)方式上，不再在多媒體教室進(jìn)行教學(xué)，而是采用在機(jī)房進(jìn)行的方式。在教師主機(jī)上會運(yùn)用事先設(shè)計好的一些動畫，如.swf等動畫文件進(jìn)行一些發(fā)展算法的講解，使學(xué)生能夠更好地理解、教學(xué)界面更加友好，而不是千律一篇的PPT演示，學(xué)生能夠更好地接受新知識。同時，課中使用釘釘進(jìn)行直播錄制，課后及時向?qū)W生公布回放視頻、動畫等資料，方便學(xué)生在課后能夠獨(dú)立進(jìn)行知識的查漏補(bǔ)缺與鞏固。

2.3 理論教學(xué)與實踐教學(xué)串聯(lián)

靈活調(diào)整理論課和實驗課的時間安排，與傳統(tǒng)的理論與實驗課時間安排在不同時間段不同，該課程改革采用課堂的前40分鐘左右講解理論知識，剩下的時間實驗教學(xué)，目的是當(dāng)堂課盡量讓學(xué)生當(dāng)堂消化，采用學(xué)用結(jié)合的方式，一方面解決了學(xué)生枯燥的聽課訓(xùn)練，另一方面也解決了學(xué)生只會理論，而動手操作能力弱的問題。實驗結(jié)合理論串聯(lián)教學(xué)的方式，筆者也提供了一些現(xiàn)實生活中的問題，通過問題驅(qū)動的方式進(jìn)一步提高學(xué)生的興趣。例如，在講解隊列的時候，我們就編排了一組演唱會的購票模式，怎樣可以又快又不失排隊的特點，讓購票人快速買到票，而且通過動手實踐的方式進(jìn)行場景的真正模擬。

2.4 實踐考核機(jī)制

根據(jù)2.3小節(jié)所述，理論與實驗課采用串講的模式進(jìn)行，則在實驗課考核機(jī)制的制定中，不再居于傳統(tǒng)的考核方式：在課堂內(nèi)進(jìn)行打分制。把實驗課的考核延伸至課堂外，即每堂課后不再強(qiáng)求學(xué)生必須在課堂內(nèi)完成，可以課后進(jìn)行討論，甚至幾個學(xué)生形成一個團(tuán)隊，每個模塊所做的事情通過雨課堂等進(jìn)行檢測，要求學(xué)生在一定時間內(nèi)遞交代碼并進(jìn)行預(yù)報告。老師則根據(jù)提交的代碼和實驗報告等對學(xué)生進(jìn)行評測，為了避免一部分學(xué)生渾水摸魚，下一次課題的時候隨機(jī)抽取幾個可疑學(xué)生的作業(yè)，要求他們講解整個實驗的流程及部分知識，這樣不僅能夠督促學(xué)生認(rèn)真完成所學(xué)的內(nèi)容，還拓寬了他們的課外知識。

3 結(jié)束語

OBE教學(xué)理念以人為本，結(jié)果為導(dǎo)向，突出學(xué)生的動手實踐能力，構(gòu)造了工程應(yīng)用的所有過程，結(jié)合《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》理論與實踐教學(xué)過程中存在的問題，從課程的教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容與方式、理論教學(xué)與實踐教學(xué)串聯(lián)、實踐考核機(jī)制等方面進(jìn)行了探索與實踐。應(yīng)用表明，該課程體系的改革極大地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，把課堂延伸到課外，及時靈活地應(yīng)用，不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，教師們感覺到學(xué)生的興趣，也有了把課堂設(shè)計得更加生動的動力，這種循環(huán)驅(qū)動的效果，對于在新工科背景下培養(yǎng)計算機(jī)方面的創(chuàng)新人才有著重要的意義。

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【通聯(lián)編輯：梁書】