學(xué)科競賽驅(qū)動的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐教學(xué)研究

摘要：學(xué)科競賽是實踐教學(xué)的延伸和拓展，對于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力起著重要的作用。分析數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐教學(xué)中存在的問題，以學(xué)科競賽為導(dǎo)向，重構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容，利用學(xué)科競賽平臺，構(gòu)建任務(wù)驅(qū)動式實踐教學(xué)模式，建立多元化動態(tài)實踐教學(xué)評價機(jī)制，有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與參與度，提高學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。校企聯(lián)合指導(dǎo)學(xué)生參加學(xué)科競賽，充分發(fā)揮校企合作優(yōu)勢，提高學(xué)科競賽成效，提升教師實踐教學(xué)能力，促進(jìn)課程教學(xué)的高質(zhì)量發(fā)展。學(xué)科競賽驅(qū)動的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐教學(xué)研究成果，為其它課程實踐教學(xué)提供了一定的借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：學(xué)科競賽；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；實踐教學(xué)；校企合作

1?概述

實踐教學(xué)是鞏固和加深理論知識的有效途徑，是培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)方法和提高動手能力的重要環(huán)節(jié)，也是用人單位評價學(xué)校培養(yǎng)人才效果的關(guān)鍵性指標(biāo)[1]。學(xué)科競賽是推動高校教學(xué)與實踐相結(jié)合，培養(yǎng)大學(xué)生綜合素質(zhì)、創(chuàng)新精神和應(yīng)用能力的重要方式，更能培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作精神、實踐能力和工程能力，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和主動探索[2]。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計算機(jī)類專業(yè)一門理論性和實踐性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)核心課程，在課程體系中起著承上啟下的作用，該課程對培養(yǎng)學(xué)生程序設(shè)計能力、邏輯思維能力及解決復(fù)雜工程問題的能力起著極為重要的作用。吉首大學(xué)張家界學(xué)院作為我國西部的一所本科院校，學(xué)生主觀能動性意識不強(qiáng)，實踐動手能力相對較差，通過各高校普遍認(rèn)可的軟件類學(xué)科競賽如ACM/ICPC競賽、藍(lán)橋杯大賽、湖南省大學(xué)生程序設(shè)計大賽、中國大學(xué)生計算機(jī)設(shè)計大賽等，能夠充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生程序設(shè)計能力、邏輯思維能力、創(chuàng)新能力、溝通能力、團(tuán)隊協(xié)作能力及終身學(xué)習(xí)的能力，提升學(xué)生的綜合能力和綜合技能。

2?數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐教學(xué)存在的問題

2.1?課程教學(xué)重理論，輕實踐

實踐教學(xué)是加深理論知識理解的有效方法，在傳統(tǒng)的課程教學(xué)中，教師重視理論知識的傳授，忽視實踐教學(xué)的重要性，實踐教學(xué)內(nèi)容比較基礎(chǔ)簡單，大部分實驗為驗證性實驗，缺少設(shè)計性實驗和綜合性實驗，部分高校甚至取消數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計環(huán)節(jié)，縮短數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的實踐課時。課程實踐中學(xué)生也只是根據(jù)教師布置的實踐作業(yè)，按照實踐格式要求提交實踐報告即可得到不錯的實踐成績，該方式使得學(xué)生對該門課程的學(xué)習(xí)缺乏主觀能動性以及創(chuàng)新性，無法培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決復(fù)雜工程問題的能力。

2.2?前驅(qū)課程基礎(chǔ)薄弱，未達(dá)到培養(yǎng)計算思維的目的

本課程的前驅(qū)課程主要有高級語言程序設(shè)計與離散數(shù)學(xué)等，前驅(qū)課程開設(shè)在大一第一學(xué)期，學(xué)生沒有從中學(xué)的灌輸式學(xué)習(xí)模式轉(zhuǎn)變?yōu)榇髮W(xué)的自主式學(xué)習(xí)模式，第一學(xué)期教學(xué)周僅有14周，學(xué)生實踐課時不足，而高級語言程序設(shè)計知識的獲取，計算機(jī)思維能力的培養(yǎng)需要經(jīng)過大量課程實驗和實踐。因此，本課程的前驅(qū)課程教學(xué)效果并不理想，學(xué)生不能夠利用所學(xué)知識編寫程序解決簡單實際問題，未達(dá)到培養(yǎng)計算思維的目的。

2.3?實踐教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新性不足，教學(xué)模式單一

課程實踐教學(xué)“以教師為中心，以實驗教材為主線“，實踐教學(xué)中教師根據(jù)實驗教材布置實驗內(nèi)容并給出參考代碼，學(xué)生錄入程序代碼調(diào)試運行通過，按照實驗報告格式撰寫并提交實驗報告即可完成實驗。盡管實驗教材中包含了部分設(shè)計性實驗及綜合性實驗內(nèi)容，但實驗內(nèi)容創(chuàng)新性不足，實踐教學(xué)未能以學(xué)生為中心，學(xué)生難以在實踐過程中找到“成就感”，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，本課程實踐教學(xué)不能提升學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力，實踐教學(xué)效果并不理想。

2.4?實踐教學(xué)課程評價不能及時反饋教學(xué)

為提高學(xué)生程序編寫的能力，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，本課程實踐教學(xué)由教師布置實踐內(nèi)容，學(xué)生統(tǒng)一在機(jī)房上機(jī)實踐，教師在側(cè)隨時輔導(dǎo)完成實踐項目，學(xué)生參照實踐報告格式提交實踐報告，教師根據(jù)實踐報告評定學(xué)生的實踐成績。該評價方式在某種程度上能夠反應(yīng)學(xué)生的實踐情況，但評價重視終結(jié)性評價，忽視形成性評價，教師不能根據(jù)評價數(shù)據(jù)及時反饋教學(xué)，課程評價不能對課程教學(xué)持續(xù)改進(jìn)起到導(dǎo)向作用。

3?基于學(xué)科競賽的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程實踐教學(xué)研究

3.1?以學(xué)科競賽為紐帶，重構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容

程序設(shè)計類學(xué)科競賽涉及的課程主要包括高級語言程序設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法設(shè)計與分析等課程，剖析課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，分析知識的關(guān)聯(lián)性和層次性，避免部分內(nèi)容在多門課程中重復(fù)講授，注意課程內(nèi)容的銜接和難度的遞進(jìn)關(guān)系[3]。

高級語言程序設(shè)計要求學(xué)生掌握程序設(shè)計語言基本語法、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計思想與方法，養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣，培養(yǎng)計算機(jī)思維，提高程序編寫能力，在該課程教學(xué)中若單純講授語法知識，容易使得課堂枯燥乏味，難以激發(fā)學(xué)生對程序設(shè)計的興趣，導(dǎo)致課程教學(xué)效果并不理想?？蓪?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的離散結(jié)構(gòu)知識如排序、查找等知識穿插在高級語言程序設(shè)計課程中講授，適當(dāng)引入簡單學(xué)科競賽題目，延伸和擴(kuò)展高級語言程序設(shè)計的教學(xué)內(nèi)容，使得學(xué)生初步了解學(xué)科競賽，樹立學(xué)習(xí)目標(biāo)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程要求學(xué)生掌握四大類結(jié)構(gòu)（離散結(jié)構(gòu)、線性結(jié)構(gòu)、樹型結(jié)構(gòu)、圖狀結(jié)構(gòu)）的邏輯結(jié)構(gòu)、物理存儲表示、基本運算算法、算法的時空效率分析，編寫程序?qū)崿F(xiàn)算法，提高學(xué)生程序編寫及解決實際問題的能力，可在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)過程中，融入算法設(shè)計與分析的內(nèi)容，如在講授最小生成樹中闡述貪心算法，在最短路徑講授中介紹動態(tài)規(guī)劃算法，結(jié)合學(xué)科競賽的中等難度題目，夯實數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識。算法設(shè)計與分析課程要求學(xué)生掌握程序設(shè)計常用算法，如分治算法、貪心算法、動態(tài)規(guī)劃算法、回溯算法、分支限界算法等，在算法設(shè)計與分析課程教學(xué)中，深度融合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及高級語言程序設(shè)計內(nèi)容，輔以學(xué)科競賽各種難度的題目，鞏固程序設(shè)計類課程知識，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識解決復(fù)雜工程問題的能力，提高學(xué)生的綜合技能。

3.2?以學(xué)科競賽平臺為依托，構(gòu)建任務(wù)驅(qū)動式實踐教學(xué)模式

國內(nèi)已有許多比較優(yōu)秀的開方式的學(xué)科競賽平臺，如洛谷平臺，力扣平臺，杭電OJ等，這些平臺收錄了豐富的實踐教學(xué)資源，學(xué)生登錄即可進(jìn)行練習(xí)和訓(xùn)練，對提高學(xué)生的技能起著重要作用，此類平臺學(xué)生編寫的程序需要在規(guī)定的時間內(nèi)通過所有的測試數(shù)據(jù)才能得到正確的判定，對于程序設(shè)計能力欠缺的學(xué)生不太適用，容易使學(xué)生失去學(xué)習(xí)信心，不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

為了更好地開展數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程實踐教學(xué)，課程組成員搭建了吉首大學(xué)張家界學(xué)院在線評測系統(tǒng)（Online?Judge，OJ），根據(jù)教學(xué)內(nèi)容按基礎(chǔ)、設(shè)計、綜合三個層次設(shè)計實踐教學(xué)內(nèi)容，系統(tǒng)功能包括題庫的維護(hù)、學(xué)生管理、高級語言程序設(shè)計實驗、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗、算法設(shè)計與分析實驗、湖南省大學(xué)生程序設(shè)計歷屆試題、藍(lán)橋杯試題、成績分析、反作弊檢測、排行榜、論壇等，該系統(tǒng)既能用于日常程序設(shè)計類課程實踐教學(xué)，也可以用于開展程序類學(xué)科競賽。

任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)法（Task?Based?Learing，TBL）是一種以構(gòu)建主義學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)的教學(xué)方法，它將傳授知識為主轉(zhuǎn)變?yōu)橥瓿扇蝿?wù)為主，通過完成任務(wù)來學(xué)習(xí)知識、獲得技能、形成能力、內(nèi)化倫理[4]。依據(jù)課程組構(gòu)建的在線評測系統(tǒng)，教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)進(jìn)度在平臺上按三級層次篩選并布置合適的實驗任務(wù)，學(xué)生以任務(wù)為中心進(jìn)行自主探索，獨立分析算法，考慮算法的時空效率，編寫提交解決任務(wù)的程序代碼，系統(tǒng)根據(jù)提供的測試數(shù)據(jù)通過的組數(shù)評定學(xué)生實踐成績。學(xué)生可以查看評定結(jié)果，下載查看評測數(shù)據(jù)，根據(jù)評測數(shù)據(jù)檢查程序欠考慮的邊界問題、特殊值問題以及效率問題，學(xué)生在平臺上反復(fù)提交代碼，直至結(jié)果正確，在學(xué)生完成任務(wù)的過程中，教師可以適當(dāng)進(jìn)行專業(yè)指導(dǎo)和監(jiān)督，以培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。依據(jù)學(xué)科競賽平臺，構(gòu)建任務(wù)驅(qū)動式實踐教學(xué)模式，減少了教師批改實驗作業(yè)的工作量，減輕了教師的工作負(fù)擔(dān)，通過平臺的防作弊功能，極大地降低學(xué)生投機(jī)取巧的行為。以學(xué)科競賽平臺為依托，構(gòu)建任務(wù)驅(qū)動式實踐教學(xué)模式，體現(xiàn)以學(xué)生為中心的教育理念，學(xué)生通過解決具體實際問題不斷地獲得成就感，極大的激發(fā)學(xué)生求知欲，充分調(diào)動學(xué)生參與實踐的積極性，提高學(xué)生程序設(shè)計能力，計算思維能力，創(chuàng)新能力，培養(yǎng)獨立探索、勇于開拓進(jìn)取的自學(xué)能力，提高課程實踐教學(xué)效果。

3.3?建立多元動態(tài)實踐教學(xué)評價機(jī)制

教學(xué)評價是課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，對于人才培養(yǎng)具有重要的指導(dǎo)意義。實踐教學(xué)評價要以學(xué)生為中心，評價學(xué)生的綜合技能為基本準(zhǔn)則，評價主體多元化，全方位立體評價學(xué)生的綜合能力，同時，注重形成性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合方式，保障課程評價能夠及時反饋教學(xué)，對課程實踐教學(xué)持續(xù)改進(jìn)起到導(dǎo)向作用。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐教學(xué)評價主體從學(xué)生、課程和教師三方面進(jìn)行全方位立體評價，評價分為定量評價和定性評價。定量評價依據(jù)團(tuán)隊構(gòu)建的在線評測系統(tǒng)進(jìn)行，評測系統(tǒng)根據(jù)教師提供的測試數(shù)據(jù)通過的組數(shù)給出合理的成績，自動評分能夠極大的減少教師檢查程序的工作量，使得教師有更多的時間參與其他教學(xué)活動，學(xué)生通過評測系統(tǒng)不斷地解決實際問題，能夠提高學(xué)生的求知欲，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及學(xué)習(xí)動力。

定性評價采用課程教學(xué)滿意度調(diào)查的方式進(jìn)行，課程結(jié)束后，根據(jù)實踐教學(xué)過程與教學(xué)目標(biāo)設(shè)計問題，如課程實踐教學(xué)效果是否滿意，在學(xué)科競賽平臺是否經(jīng)常刷題，任務(wù)驅(qū)動式的實踐教學(xué)模式是否激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣等，教師將調(diào)查問卷通過QQ或者超星泛雅平臺發(fā)布給學(xué)生，要求每個學(xué)生對實踐教學(xué)情況進(jìn)行評價，平臺直接統(tǒng)計評價結(jié)果，教師依據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)獲取學(xué)生的學(xué)習(xí)目的與學(xué)習(xí)需求，及時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法與教學(xué)手段。滿意度調(diào)查體現(xiàn)以學(xué)生為中心的理念，從定性的角度考察學(xué)生的對本課程知識的掌握情況。

3.4?以學(xué)科競賽為載體，建設(shè)高素質(zhì)實踐教學(xué)團(tuán)隊

學(xué)科競賽作為課程實踐教學(xué)的拓展與延伸，是提升教師科研與教學(xué)水平的重要途徑之一。學(xué)科競賽主要目的是提升學(xué)生的知識綜合應(yīng)用能力與創(chuàng)新實踐能力[5]，競賽題目大部分來源于實際的應(yīng)用場景應(yīng)用題目，知識涉及多學(xué)科、多專業(yè)的交叉融合。教師指導(dǎo)學(xué)生參加學(xué)科競賽，必須具備創(chuàng)新意識，擁有豐富全面的專業(yè)理論知識，較高的科研水平，較強(qiáng)的動手實踐應(yīng)用能力，能夠在競賽中給予學(xué)生提供專業(yè)實踐指導(dǎo)，因此，教師需要通過各種形式與渠道不斷提高自身的科研能力及創(chuàng)新能力，提升自身的綜合素質(zhì)。同時，學(xué)科競賽能夠引發(fā)教師對于教學(xué)上的反思，促進(jìn)教學(xué)方法與教學(xué)手段的不斷改革，為了取得競賽成效，教師幫助學(xué)生分析解決遇到的難題，總結(jié)競賽經(jīng)驗，在師生互動的過程中整合實踐教學(xué)內(nèi)容，調(diào)整課程教學(xué)計劃，優(yōu)化教學(xué)方法和手段，加深教師理論知識和實踐的融合深度，不斷提高教師實踐教學(xué)能力。在學(xué)生同臺競賽過程中，教師通過與其他院校師生溝通交流，能夠明確課程教學(xué)中的不足，獲取其他院校的先進(jìn)經(jīng)驗用于自己課程教學(xué)，學(xué)生的參賽成果也能夠融入到本課程的教學(xué)當(dāng)中。以學(xué)科競賽為載體，真正達(dá)到以賽促教的目的，能夠提高教師的教學(xué)水平與育人能力，建設(shè)高素質(zhì)的實踐教師隊伍。3.5?校企共同指導(dǎo)學(xué)科競賽，促進(jìn)課程教學(xué)的高質(zhì)量發(fā)展

校企合作是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要途徑之一[6]。在校企合作辦學(xué)模式中，高校教師有著非常扎實的理論基礎(chǔ)和較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力，但實踐經(jīng)驗和實踐能力缺乏，而企業(yè)教師有著非常豐富的前沿技術(shù)經(jīng)驗，剛好彌補(bǔ)了高校教師實踐能力不足的短板。我院計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)與達(dá)內(nèi)集團(tuán)在2018年開啟專業(yè)共建，軟件工程專業(yè)與青軟創(chuàng)新科技集團(tuán)于2019年簽約開啟專業(yè)共建，通過校企合作優(yōu)勢互補(bǔ)，校企聯(lián)合指導(dǎo)學(xué)生參加各類學(xué)科競賽，讓學(xué)生既能夠鞏固專業(yè)理論知識，又能夠觸摸到行業(yè)的前沿技術(shù)，更容易獲得較好的成效，例如在2022年湖南省大學(xué)生程序設(shè)計大賽應(yīng)用類競賽中，校企聯(lián)合指導(dǎo)的《夢回湘西》作品榮獲三等獎，實現(xiàn)了在該賽事應(yīng)用類競賽中零的突破。校企合作指導(dǎo)學(xué)生參加學(xué)科競賽，能夠充分調(diào)動學(xué)生和教師的參賽積極性，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新意識，在教師和參賽學(xué)生通力合作完成參賽作品過程中，師生之間交流的深度和廣度遠(yuǎn)高于課堂教學(xué)，不斷培養(yǎng)學(xué)生的溝通能力，團(tuán)隊協(xié)作能力、項目管理能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。同時，校企教師共同指導(dǎo)學(xué)生參加學(xué)科競賽，通過不斷交流探討，獲取企業(yè)前沿信息反饋課程教學(xué)，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)計劃，實現(xiàn)課程教學(xué)改革不斷深化，促進(jìn)課程教學(xué)的高質(zhì)量發(fā)展。

結(jié)語

實踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實踐動手能力的重要途徑，學(xué)科競賽是實踐教學(xué)的延伸和拓展，通過學(xué)科競賽能夠培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識解決實際復(fù)雜功能問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力、團(tuán)隊協(xié)作能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。以學(xué)科競賽為契機(jī)，學(xué)科競賽平臺為依托，重構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建任務(wù)驅(qū)動式的實踐教學(xué)模式，建立多元化實踐教學(xué)評價機(jī)制，建設(shè)一支高素質(zhì)實踐教學(xué)團(tuán)隊，促進(jìn)課程教學(xué)的高質(zhì)量發(fā)展。學(xué)科競賽導(dǎo)向的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐教學(xué)研究成果，為其它課程的實踐教學(xué)提供了參考，具有一定的推廣價值。

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基金項目：本文系2022年湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項目（編號：HNJG-2022-1412）；2022年教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目（項目編號：220902802281259）

作者簡介：孟利華（1979—??），女，漢族，湖南新邵人，本科，講師，研究方向：計算機(jī)應(yīng)用。