以學(xué)生為中心的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)改革

夏仁強

摘要 文章調(diào)研了“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的教學(xué)現(xiàn)狀后提出了目前教學(xué)過程中普遍存在的一些問題，并對問題的原因進行了剖析。通過對以“學(xué)生為中心”教學(xué)理念的探討，進行了教學(xué)模式創(chuàng)新、評價模式創(chuàng)新的實踐。在實踐中通過融入課程思政激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動力，有效提高了教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；教學(xué)改革；學(xué)生為中心；教學(xué)模式

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.6.033

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”是計算機相關(guān)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程之一[1]，課程理論性和實踐性較強，當前，我國地方性高校多以教師講授為主實施課程教學(xué)，課程知識內(nèi)化效率低，學(xué)生能聽懂教師講授的內(nèi)容，一旦將“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”知識運用于編程實踐就表現(xiàn)出能力不足，高階能力培養(yǎng)明顯不足。此外，學(xué)科時代性、前沿性知識和行業(yè)性的應(yīng)用在課堂中融入少，學(xué)生難以獲得專業(yè)成就感，傳統(tǒng)教學(xué)常采用卷面考試來考核學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和教師的教學(xué)質(zhì)量，這種一考定終身的考核方式導(dǎo)致學(xué)生的過程性學(xué)習(xí)效果得不到及時反饋，教師很難獲取更多學(xué)情信息，探究式、個性化教學(xué)難以精準實施，也不方便教師調(diào)整教學(xué)深度和廣度。

傳統(tǒng)的教育觀念落后，難以適應(yīng)社會發(fā)展的要求，如何有效達成學(xué)生知識目標、能力目標和素質(zhì)目標，成了教師教學(xué)研究的重點。

高校對課程提出了打造“金課”，杜絕“水課”的要求，提出了高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度的金課標準[2]。改革迫在眉睫，各大高校紛紛實施教育改革，一系列先進的教育理念被引入課堂，其中落實“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進”的工程教育認證理念得到廣大高校教師的推崇[3]，為了打破沉默課堂，構(gòu)建互動課堂，教師提出了各種創(chuàng)新教學(xué)方法，如情景教學(xué)法、任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法、合作學(xué)習(xí)教學(xué)法、問題教學(xué)法、討論式教學(xué)法等。很多高校將學(xué)生中心的教育理念應(yīng)用到“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程改革中，采取翻轉(zhuǎn)課堂實現(xiàn)線上線下混合式教學(xué)，構(gòu)建了以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，課堂效率得到顯著提高。但在實施過程中也存在諸多問題。

1改革過程中存在的問題

1.1課余學(xué)習(xí)時間分配不足的問題

學(xué)生每天的課程多，任務(wù)重，課余時間太少。學(xué)生常常要在一天中完成幾門課程的課前任務(wù)和課后作業(yè)。因時間有限，學(xué)生課前學(xué)習(xí)任務(wù)完成質(zhì)量不高，偏科的學(xué)生會只做自己偏愛的課程的任務(wù)，其余課程的任務(wù)少做或者不做，為了獲得形成性考核課前學(xué)習(xí)的分數(shù)，學(xué)生可能會做沒有質(zhì)量的“刷課”，課前學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)形同虛設(shè)，嚴重影響到課中探究式學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)效果大大降低，教學(xué)進度受到影響。久而久之，教師為了不影響授課計劃，又回到以教師為主的講授模式。

1.2同伴學(xué)習(xí)動力不足的問題

在小組學(xué)習(xí)活動中，有問題的學(xué)生急需得到老師和同學(xué)的幫助，由于諸多原因，教師無力實現(xiàn)時時處處指導(dǎo)到每一位學(xué)生，還需要發(fā)揮同伴的力量，同伴學(xué)習(xí)方式對學(xué)習(xí)效果起到極大的促進作用，但是由于每位學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)都很重，學(xué)習(xí)壓力大，在一起討論學(xué)習(xí)的時間有限，互幫互學(xué)的學(xué)習(xí)動力不足，僅憑一時的熱情并不能保證這種學(xué)習(xí)方式的可持續(xù)性。

1.3智慧教學(xué)平臺實踐教學(xué)局限性的問題

學(xué)習(xí)通智慧教學(xué)平臺因其互動教學(xué)效果好，有利于以學(xué)生為中心的教學(xué)，受到很多教師的推崇，在該平臺下可以設(shè)置分組任務(wù)、主題討論、搶答、選人等多種教學(xué)活動，極大調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時，該平臺用圖文并茂的方式展示和分析學(xué)習(xí)成效，給教師帶來了極大的方便，減少了工作量。很多課程已取得不錯的教學(xué)效果，但“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”不僅是一門理論性較強的課程，對編程實踐能力要求也很高，學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺在沒有解決程序設(shè)計需要的編譯環(huán)境前，難以實施編程訓(xùn)練，學(xué)生往往理解理論知識但不能解決實際問題，對編程能力的提升有限。

1.4考核評價公平性、合理性問題

考核分為過程性考核和期末考核，在以學(xué)生為中心的教學(xué)過程中，教師常常會采用分組討論、主題討論、互評任務(wù)等教學(xué)活動，在此過程中通過生講師評和生生互評讓學(xué)生頭腦動起來，積極主動參與到教學(xué)活動中。但學(xué)生在生生互評中，部分學(xué)生會考慮人情分，給原本完成質(zhì)量不好的學(xué)生打高分，也有個別學(xué)生會對完成質(zhì)量好的同學(xué)惡意打低分，還有學(xué)生是因為個人能力和認知水平有限無法理解其他同學(xué)本來正確的、有創(chuàng)新的觀點而給出低分評價，這種評價會打擊部分善于思考的學(xué)生的積極性，這些不科學(xué)的評價帶來的負面影響很大。

傳統(tǒng)的期末考核常常是出A、B卷隨機抽一卷考核，考核維度單一，題量有限，試題在教學(xué)大綱中的覆蓋面較小，并不能真正考核到學(xué)生掌握本課程的情況。

在實踐中，也有越來越多的高校采用隨機組卷進行期末考試，一人一卷，試題覆蓋教學(xué)大綱所有知識點，但隨機組卷可能導(dǎo)致不同的學(xué)生抽到的題目對應(yīng)不同的教學(xué)目標，不便于分析目標達成度。

1.5課程思政不足問題

我校提出所有課程都要以立德樹人為導(dǎo)向，全面推進課程思政教育教學(xué)改革。但在教學(xué)實施過程中存在思政元素挖掘不充分，課程與思政兩張皮、硬融入的現(xiàn)象，未做到潤物細無聲，課程思政多以教師講授為主，缺乏互動等問題。

2課程改革具體實施

本課程堅持以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，采用BOPPPS（Bridge-in，Objective，Pre-assessment，Participatory Learning，Post-assessment，Summary）[4]教學(xué)模式開展教學(xué)實踐，如圖1所示。

課程借助超星學(xué)習(xí)通平臺，課前，教師發(fā)布任務(wù)、推送資源、設(shè)定目標、依標導(dǎo)學(xué)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)，列出遇到的問題清單，參與課前討論，教師進行前測，了解學(xué)生課前學(xué)習(xí)情況，調(diào)整課程目標。課中教師通過任務(wù)驅(qū)動、小組研討、生生互動、師生互動，組織學(xué)生完成參與式學(xué)習(xí)，學(xué)生在課堂上參與討論和互動，分享好的做法，接著教師進行后測，生講師評，總結(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容。課后教師進行反思和布置課后作業(yè)，學(xué)生參與課后討論，完成作業(yè)。

在超星學(xué)習(xí)通豐富多樣的教學(xué)活動中，教學(xué)活動形式并不是越多越好，選人和搶答活動針對個別學(xué)生，雖然可以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和專注力、促進思考，但得到的是個別反饋，無法及時反饋全體同學(xué)掌握的情況，隨堂練習(xí)可彌補這方面的不足，教師應(yīng)注重教學(xué)方法的融合，將多種教學(xué)活動相結(jié)合發(fā)揮教學(xué)的效果，讓每個學(xué)生在學(xué)習(xí)、交流、反思中不斷提升自己。此外，將Online Juge系統(tǒng)引入教學(xué)，讓學(xué)生不受空間和時間限制，實現(xiàn)時時、處處學(xué)習(xí)，強化編程訓(xùn)練，強化理論與實踐能力的培養(yǎng)。

2.1同伴互助積分創(chuàng)新

學(xué)生課程任務(wù)繁重，僅靠課表安排的教學(xué)時間遠遠解決不完學(xué)生的問題，學(xué)生需要花費大量課外時間訓(xùn)練編程，高效解決學(xué)生遇到的學(xué)習(xí)問題成了關(guān)鍵。分組學(xué)習(xí)、同伴學(xué)習(xí)是解決學(xué)習(xí)問題的有效途徑。在課前階段，采取分組學(xué)習(xí)討論、學(xué)生共同觀看MOOC、共同完成課前任務(wù)，一邊做任務(wù)一邊討論，記錄下有疑惑的內(nèi)容，提出有深度的問題，同伴相互鼓勵，在互助中學(xué)習(xí)，實現(xiàn)共同進步；小組成員經(jīng)過充分討論，凝聚組員的智慧，得出統(tǒng)一的觀點，將收獲與未解的問題進行總結(jié)歸納，以備課中交流；課中，將各小組的人員重新分配到其他小組，如圖2所示，各小組成員將課下討論的問題帶入課中進行交流。這樣可以獲得更多的觀點，取長補短。課后將理論知識運用于實踐，強化編程訓(xùn)練，在訓(xùn)練過程中，學(xué)生們會遇到各種各樣的問題，有語法上的問題，有算法上的問題，有理論知識掌握不牢導(dǎo)致分析問題不夠深入的問題，憑教師一人之力難以一一解決學(xué)生遇到的問題，通過積分激勵措施發(fā)揮同伴學(xué)習(xí)的作用，讓全體學(xué)生加入互幫互學(xué)活動中，每次幫助均計入積分，并將其作為平時成績的一部分，見表1。此外，通過第二課堂創(chuàng)新學(xué)分機制，招募多名高年級優(yōu)秀學(xué)生組成學(xué)長助教團隊，除日常的輔導(dǎo)外，每周安排一日作為程序設(shè)計日，助教團隊實行一對一小組輔導(dǎo)，每周學(xué)長助教團須向教師匯報輔導(dǎo)過程中發(fā)現(xiàn)的問題和取得的效果。

2.2實驗教學(xué)創(chuàng)新

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”實踐性強，需要大量編程訓(xùn)練檢驗學(xué)生所學(xué)知識是否牢固，是否能運用所學(xué)知識解決復(fù)雜工程問題，理論聯(lián)系實踐是學(xué)好“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的關(guān)鍵，有些教學(xué)平臺缺乏必要的編譯環(huán)境無法滿足程序?qū)嵺`操作，無法完成“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”編程訓(xùn)練，Online Juge在線評測平臺可以實現(xiàn)時時編程、處處編程，對于創(chuàng)新“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”實驗方式有較好的效果。Online Juge的快速自動評判功能減輕了教師的負擔(dān)，同時也為學(xué)生自測帶來了方便，可以節(jié)省大量時間來增加編程訓(xùn)練量，大幅提高學(xué)生的編程實踐能力。程序設(shè)計類實驗教學(xué)輔助平臺（Programming Teaching Assistant，簡稱PTA）是由浙江大學(xué)牽頭建設(shè)的在線程序評測系統(tǒng)[5]，使用此平臺的高校多、教師多、程序設(shè)計類題目多，900多所高校的教師加入了題庫的建設(shè)和使用，教師們還在源源不斷地擴充新的題目?！皵?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”實驗采用PTA作為實踐平臺，實施“做中學(xué)”，提升學(xué)生編程能力，上機實驗題分為基礎(chǔ)編程題、綜合編程題、進階編程題，題目由易到難，根據(jù)不同層次的學(xué)生實行分層訓(xùn)練，因材施教?；A(chǔ)編程題是各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在順序存儲或鏈式存儲下的基本運算類題目，完成基礎(chǔ)題是最基本的要求，要求人人通過，教師會隨機抽查考核。綜合編程題是綜合利用基本運算求解現(xiàn)實復(fù)雜問題的題目，教師利用綜合題考查學(xué)生應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識解決工程問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造、創(chuàng)新的意識和能力，這部分的考核是實驗的重點。進階題則是適當增加了難度，需要學(xué)生跳一跳才能夠得著的題目，強調(diào)挑戰(zhàn)度，學(xué)習(xí)能力強的同學(xué)通過進階題目的強化訓(xùn)練進一步提升自己的編程能力，為后續(xù)參加各級程序設(shè)計大賽打下堅實的基礎(chǔ)。此外，針對每個編程題目集，在課后指定的時間里，在師傅帶徒弟模式下，完成小組內(nèi)解題方法的PK和分享，迅速提升本小組成員的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編程能力。

2.3評價模式創(chuàng)新

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程評價分為過程性評價和期末評價。過程性考核主要包含實驗、課堂研討、課堂表現(xiàn)和作業(yè)，其中實驗占15%，課堂研討占10%，課堂表現(xiàn)占10%，作業(yè)占15%，期末考核占50%，如圖3所示。

實驗考核主要利用PTA實驗輔助教學(xué)平臺完成，基礎(chǔ)題和綜合題是必做題，進階題是加分題，基礎(chǔ)題需獨立完成，綜合題和進階題可以小組討論完成，教師隨機抽查要求學(xué)生答辯。

課堂表現(xiàn)考核由考勤、課堂搶答、隨機提問和參與投票等構(gòu)成，根據(jù)超星學(xué)習(xí)通平臺學(xué)生參加學(xué)習(xí)活動的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)判定分數(shù)。

作業(yè)是過程性考核中非常重要的部分，包括課前任務(wù)中觀看MOOC視頻、在線小測、課后作業(yè)、前測、后測、月考和模擬考試。

生生互評、師生互評是常見的教學(xué)活動之一，為了降低評價過程中感情分、隨意分、惡意評價分的問題，啟動觸發(fā)仲裁機制+教師隨機選人回答評價理由的評價改革模式。評價分為個人評價、組內(nèi)評價、組間評價和教師評價，個人評價占比10%，組內(nèi)評價占比20%，組間評價占比20%，教師評價占比50%。教師制訂評價標準，學(xué)生按標準打分，如果組內(nèi)打分和組間打分高于95或者低于60就自動觸發(fā)仲裁，由教師評判，若教師評分與學(xué)生評分之差超過閾值，將啟動懲罰機制，避免學(xué)生惡意打分，評價的學(xué)生和被評價的學(xué)生均可申訴，理由充分，教師可以調(diào)整分數(shù)。

為了提高挑戰(zhàn)度，在考試中，實行教考分離，考試內(nèi)容覆蓋大綱要求，一人一卷，隨機組卷，為保證公平性，每人抽到的題目難度相同、知識點相同、教學(xué)目標相同，具體做法是對于每種類型的每個題目都分別設(shè)計一個題目池，題目池的題數(shù)越多越好，每個題目池只抽1道題目，每個題目池考查的知識點和難度一樣。在組卷前，先按教學(xué)大綱的能力目標要求設(shè)計試卷命題雙向細目表，根據(jù)雙向細目表規(guī)定的題目能力指標、內(nèi)容、題型、數(shù)量的要求從預(yù)定的題目池抽題。

期末考核試卷滿分100分，如果期末考試成績低于50分，總評成績=期末考試成績，否則總評成績=過程性成績*0.5+期末考試成績*0.5。

2.4課程思政，回歸初心

教師不僅傳授知識，還要立德樹人。課程思政不能流于形式，不能將課程思政當成一種負擔(dān)，實施“被動課程思政”，思政應(yīng)是潤物于無聲。“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程本身實踐要求高，學(xué)生要在實踐中不斷提升自己的能力，就要進行大量編程訓(xùn)練，在實踐過程中進行思政，當學(xué)生在PTA平臺下編寫數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)程序時，嚴格的評判標準可幫助學(xué)生養(yǎng)成一絲不茍的科學(xué)態(tài)度。對于遇到的編程問題往往要經(jīng)過多次反復(fù)測試、調(diào)試、不斷尋找錯誤原因，直到最終獲得通過，培養(yǎng)學(xué)生不屈不撓、永不服輸?shù)木?。在課程的各項考核中，不論是作業(yè)、周考、模擬考試還是期末考試，杜絕復(fù)制粘貼代碼和抄襲別人成果的現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生誠信的優(yōu)良品德。對于一題多解的編程問題，要求學(xué)生用盡可能高效的算法求解問題，經(jīng)過小組討論，學(xué)生能提出多種方案，選擇最優(yōu)方案，培養(yǎng)其溝通能力、團隊互助能力和精益求精的工匠精神。

在理論課上，教師深刻挖掘課程思政元素，圍繞當前時事、生活實例、中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化、馬克思主義哲學(xué)、習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想以及家國情懷等與課程巧妙自然地結(jié)合，設(shè)計生動豐富的情境，實現(xiàn)課程思政，從而培養(yǎng)學(xué)生的文化自信、哲學(xué)思維、科學(xué)能力、職業(yè)素養(yǎng)和工匠精神。在講利用棧實現(xiàn)十進制轉(zhuǎn)換為二進制問題時，聯(lián)系中國文化的易經(jīng)陰陽思想，增強文化自信。在講最小生成樹的應(yīng)用——村村通公路時，可聯(lián)系國家精準扶貧政策，要想富，先修路，農(nóng)村修路是精準扶貧幫扶內(nèi)容之一，在脫貧攻堅的勝利中彰顯中國力量、中國精神、中國效率。

3結(jié)束語

課程改革是教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變，是學(xué)習(xí)方式和教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變，是由教師為中心向?qū)W生為中心的轉(zhuǎn)變，是由傳統(tǒng)的被動學(xué)習(xí)、依賴學(xué)習(xí)方式向現(xiàn)代的自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變過程。課程改革只有起點，沒有終點，課程教學(xué)需要持續(xù)改進。

基金項目：2020年貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院校級質(zhì)量提升工程“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”一流課程一般項目（JK202013）；2021年貴州省教學(xué)內(nèi)容與課程體系改革項目“基于學(xué)生中心的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)改革實踐與研究”（2021299）。

參考文獻

[1]苗雯娟，劉志賢.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)方法的探討與研究[J].集寧師范學(xué)院學(xué)報， 2016， 38（5）：102-106.

[2]鄧思思.如何打造“科研思路與方法”線上線下混合式“金課”[J].科教導(dǎo)刊，2020，（17）：76-77.

[3]姚金環(huán).工程教育認證背景下化工專業(yè)學(xué)生工程設(shè)計能力培養(yǎng)改革探索[J].教育教學(xué)論壇，2020（24）：226-227.

[4]王愛淳.BOPPPS教學(xué)模式下的課堂教學(xué)設(shè)計[J].教育觀察，2021， 10（43）：65-67.