學(xué)科競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)改革研究

張晴　高廣銀

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；學(xué)科競(jìng)賽；產(chǎn)教融合；PTA

中文分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2024）03-0174-03

0 引言

編程是計(jì)算機(jī)科學(xué)中最基礎(chǔ)、最重要的一部分，是創(chuàng)造力和創(chuàng)新能力的體現(xiàn)[1]。學(xué)科競(jìng)賽是推動(dòng)高校編程教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、分析問(wèn)題及解決問(wèn)題的實(shí)踐能力的重要平臺(tái)，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和主動(dòng)探索[2-3]。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)類專業(yè)理論性和實(shí)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(duì)培養(yǎng)學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力、邏輯思維能力及解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力起著極為重要的作用。南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院是一所培養(yǎng)應(yīng)用型人才的高校，其計(jì)算機(jī)教學(xué)鼓勵(lì)學(xué)生積極參加藍(lán)橋杯大賽、中國(guó)高校計(jì)算機(jī)大賽等權(quán)威賽事，培養(yǎng)了一批優(yōu)秀人才[4]。為了進(jìn)一步提升教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力，將學(xué)科競(jìng)賽拔到新的高度，對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)進(jìn)行改革。

1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)存在的問(wèn)題分析

1.1 課程目標(biāo)不清晰

在學(xué)期末進(jìn)行學(xué)情調(diào)查時(shí)，學(xué)生普遍反饋數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容抽象、學(xué)習(xí)有難度，究其原因是：一方面，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中概念多，形式化符號(hào)多，偽代碼多，這些抽象的概念和符號(hào)天然地成為南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院學(xué)生學(xué)習(xí)的障礙，學(xué)生在某一知識(shí)點(diǎn)上產(chǎn)生畏懼心理[5]，就會(huì)停滯不前，或者想著繞開(kāi)，甚至一些只需要了解的知識(shí)點(diǎn)，因?yàn)樗膽?yīng)用比較難，也會(huì)讓學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒；另一方面，課程教學(xué)內(nèi)容組織不夠合理，學(xué)生反映感覺(jué)學(xué)習(xí)內(nèi)容都是重點(diǎn)，三大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)兩大算法都是重點(diǎn)，大而全的教學(xué)內(nèi)容和要求讓學(xué)生力不從心，學(xué)生缺少更清晰的課程目標(biāo)作為指引。

1.2 課程知識(shí)銜接不夠

本課程的前驅(qū)課程主要是編程語(yǔ)言課程、離散數(shù)學(xué)等，大學(xué)一年級(jí)期間學(xué)習(xí)完編程語(yǔ)言課后，不少同學(xué)只停留在語(yǔ)言語(yǔ)法知識(shí)的了解，知識(shí)的運(yùn)用還不熟，編程思維能力仍然欠缺[6]。學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)需要先學(xué)習(xí)編程語(yǔ)言課程，具備相應(yīng)的編程能力，但計(jì)算機(jī)思維能力的培養(yǎng)需要大量的實(shí)踐積累，因而有必要結(jié)合編程語(yǔ)言課中數(shù)組、結(jié)構(gòu)體以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中部分查找、排序、順序棧等知識(shí)點(diǎn)強(qiáng)化編程訓(xùn)練，夯實(shí)編程基本功，只有通過(guò)足夠的練習(xí)，量變引起質(zhì)變，才能使得學(xué)生達(dá)到要求的能力，那么，在訓(xùn)練過(guò)程中可以引入部分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念，實(shí)現(xiàn)課程知識(shí)的無(wú)縫銜接。

1.3 課程考核體系不健全

傳統(tǒng)的課程考核方式以期末筆試為主，平時(shí)實(shí)驗(yàn)為輔，這樣的考核方式工作量小，也能一定程度反映學(xué)習(xí)情況，但是在提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣方面很難有效果，同時(shí)也不夠全面。例如有些學(xué)生動(dòng)手能力強(qiáng)，對(duì)抽象的理論知識(shí)、算法原理以及解題不擅長(zhǎng)，但是對(duì)于應(yīng)用算法或者編程語(yǔ)言工具包解決實(shí)際問(wèn)題感興趣；一些同學(xué)編程能力稍弱，但是有較好的數(shù)理基礎(chǔ)，對(duì)于算法設(shè)計(jì)和分析更感興趣；還有些同學(xué)喜歡跟著團(tuán)隊(duì)做項(xiàng)目，完成實(shí)際項(xiàng)目可以帶來(lái)成就感。那么，該課程需要探索更全面的考核評(píng)價(jià)方式，在考核學(xué)生課程學(xué)習(xí)的同時(shí)，更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)改革與成效

2.1 建立產(chǎn)教融合型師資團(tuán)隊(duì)，創(chuàng)新教學(xué)形式

南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院于2016年申報(bào)了由教育部學(xué)校規(guī)劃建設(shè)發(fā)展中心聯(lián)合曙光信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司實(shí)施的數(shù)據(jù)中國(guó)“百校工程”項(xiàng)目并獲批，探索產(chǎn)教融合辦學(xué)模式。根據(jù)我校應(yīng)用型人才培養(yǎng)定位，企業(yè)方派駐8名工程師駐校，校企雙方共同制定人才培養(yǎng)方案，共同制定課程教學(xué)大綱、共同開(kāi)發(fā)應(yīng)用型課程、共同進(jìn)行課程授課、共同指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì)、共同進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控等，實(shí)施深度產(chǎn)教融合、共育高水平應(yīng)用型人才。該平臺(tái)有力地支撐了南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院專業(yè)建設(shè)與課程建設(shè)，2019—2020年獲批2個(gè)江蘇省一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)（計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、軟件工程專業(yè)），獲批1門國(guó)家級(jí)一流本科課程（Java程序設(shè)計(jì)）。

該經(jīng)驗(yàn)有效地啟發(fā)了其他課程建設(shè)，2019年申報(bào)了校級(jí)教改課題“應(yīng)用型本科高校數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革研究”，開(kāi)展數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革研究。首先學(xué)習(xí)一流課程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，成立了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程產(chǎn)教融合型教學(xué)小組（以下簡(jiǎn)稱教學(xué)小組），由3名學(xué)校教師及1名企業(yè)工程師組成，如表1所示。教學(xué)小組實(shí)行集體備課，統(tǒng)一教學(xué)思想，形成趨于一致的風(fēng)格，定期開(kāi)展說(shuō)課、聽(tīng)課、評(píng)課等教學(xué)研討活動(dòng)，提高教學(xué)水平；教學(xué)小組創(chuàng)新教學(xué)形式，實(shí)行平行班級(jí)按章節(jié)及知識(shí)點(diǎn)授課，充分發(fā)揮教師個(gè)人特長(zhǎng)，以及對(duì)某些知識(shí)點(diǎn)深入研究的優(yōu)勢(shì)。學(xué)生們反饋，一門課程有多位老師上課，新面孔有新鮮感，注意力特別集中，課程學(xué)完了仍然有后勁；雙師授課，加強(qiáng)了對(duì)多門課程關(guān)系的了解，加深了對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，加大了對(duì)編程的訓(xùn)練。

2.2 以學(xué)科競(jìng)賽為綱，重構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容

計(jì)算機(jī)學(xué)科競(jìng)賽的課程群主要包括“程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言”“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”及“算法分析與設(shè)計(jì)”等課程，教學(xué)小組結(jié)合多年授課經(jīng)驗(yàn)、指導(dǎo)學(xué)科競(jìng)賽經(jīng)驗(yàn)、雙創(chuàng)及考研輔導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)，以學(xué)科競(jìng)賽為綱，梳理出相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為學(xué)科競(jìng)賽承上啟下的紐帶作用，制定課程目標(biāo)，重構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容，讓課程教學(xué)時(shí)間節(jié)點(diǎn)更合適，內(nèi)容銜接更得當(dāng)。

課程內(nèi)容重構(gòu)為三部分[7]，如表2所示。第一，前置篇。前置篇承上，拓展程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言課內(nèi)容，引入學(xué)科競(jìng)賽題目，使得學(xué)生初步了解學(xué)科競(jìng)賽，樹(shù)立學(xué)習(xí)目標(biāo)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。例如通過(guò)介紹斐波拉契數(shù)列的不同解法，讓學(xué)生切實(shí)感受算法的效率，了解時(shí)間復(fù)雜度等概念；通過(guò)介紹基數(shù)排序、計(jì)數(shù)排序等，讓學(xué)生深刻了解處理不同數(shù)據(jù)選擇不同方法的重要性；通過(guò)數(shù)組實(shí)現(xiàn)棧、隊(duì)列，并應(yīng)用于解決進(jìn)制轉(zhuǎn)換、表達(dá)式轉(zhuǎn)換與計(jì)算、迷宮游戲等問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生積極探索數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的世界[8]。第二，主體篇。主體篇全面地介紹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的邏輯結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)等概念，理論與實(shí)踐相結(jié)合的形式讓學(xué)習(xí)具有系統(tǒng)性、完整性。第三，創(chuàng)新篇。創(chuàng)新篇啟下，著重介紹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，尤其是應(yīng)用于解決復(fù)雜問(wèn)題，通過(guò)融入算法設(shè)計(jì)與分析的內(nèi)容及部分創(chuàng)新項(xiàng)目的內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)形式、考核評(píng)價(jià)方式，提高學(xué)生獨(dú)立思考、系統(tǒng)思維能力及編程解決實(shí)際問(wèn)題的能力，為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)開(kāi)拓新的視野。

2.3 搭建學(xué)科競(jìng)賽平臺(tái)，任務(wù)清單式教學(xué)

搭建學(xué)科競(jìng)賽平臺(tái)，有力支撐數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)。學(xué)校以一流專業(yè)及一流課程建設(shè)為契機(jī)，購(gòu)買了PTA平臺(tái)（程序設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)平臺(tái)），該平臺(tái)是權(quán)威賽事中國(guó)高校計(jì)算機(jī)大賽的官方指定平臺(tái)，不僅擁有學(xué)科競(jìng)賽真題、模擬題庫(kù)，還有開(kāi)放的浙江大學(xué)課程資源，以及可以自建課程，具有學(xué)生管理、題庫(kù)管理、在線考試及評(píng)測(cè)、反作弊檢測(cè)、排行榜、成績(jī)分析等功能。學(xué)生通過(guò)賬號(hào)登錄即可使用PTA平臺(tái)，保留所有的學(xué)習(xí)軌跡，在線評(píng)測(cè)結(jié)果讓學(xué)生及時(shí)地了解其完成情況，針對(duì)未通過(guò)的測(cè)試實(shí)例進(jìn)一步調(diào)試、糾錯(cuò)，學(xué)習(xí)成果能夠看得到，對(duì)編程的學(xué)習(xí)起到良好的激勵(lì)效果。

發(fā)布任務(wù)清單，勾勒學(xué)習(xí)藍(lán)圖，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)。結(jié)合本課程內(nèi)容及學(xué)科競(jìng)賽題目難度，按基礎(chǔ)、提高、綜合三個(gè)層次設(shè)計(jì)題庫(kù)，發(fā)布任務(wù)清單，給學(xué)生一個(gè)清晰的目標(biāo)，常規(guī)任務(wù)設(shè)置為定時(shí)開(kāi)放，要求按規(guī)定時(shí)間完成，這既增強(qiáng)學(xué)生的效率意識(shí)，也培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，同時(shí)也減輕了教師批改題目的工作量，讓教師能夠投入更多的時(shí)間鉆研和設(shè)計(jì)好的案例。反作弊功能確保學(xué)生成績(jī)的真實(shí)性，促進(jìn)形成良好誠(chéng)信氛圍。此外，不定期發(fā)布一些“懸賞”任務(wù)[9]，激發(fā)學(xué)生求知欲望，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)踐的積極性，鼓勵(lì)學(xué)生勇于開(kāi)拓進(jìn)取，培養(yǎng)自學(xué)能力、競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。

2.4 建立多元評(píng)價(jià)機(jī)制，考核過(guò)程化

構(gòu)建以學(xué)生為中心的多元評(píng)價(jià)體系，課程考核實(shí)施過(guò)程化[10]。一、學(xué)科競(jìng)賽成績(jī)可以置換課程成績(jī)。編程興趣是逐步建立的，編程能力是通過(guò)實(shí)踐提高的，因而允許學(xué)生大學(xué)階段通過(guò)專業(yè)內(nèi)權(quán)威賽事獲獎(jiǎng)成績(jī)置換相關(guān)課程成績(jī)。二、課程考核分為理論、實(shí)驗(yàn)、任務(wù)、報(bào)告等多個(gè)方面，各個(gè)方面設(shè)置不同權(quán)重，采用不同形式，定量與定性相結(jié)合，全面地評(píng)價(jià)學(xué)生課程成績(jī)。理論考試、任務(wù)清單等通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)評(píng)測(cè)出分?jǐn)?shù)，考查學(xué)生知識(shí)掌握和運(yùn)用能力，實(shí)驗(yàn)考查學(xué)生分析和動(dòng)手能力，報(bào)告考查學(xué)生自主探究及溝通協(xié)作表達(dá)能力。同時(shí)，通過(guò)問(wèn)卷形式了解學(xué)生對(duì)課程目標(biāo)達(dá)成情況，對(duì)PTA平臺(tái)的使用情況，對(duì)課程的滿意度，對(duì)教師的建議等，教學(xué)小組分析收集的信息，評(píng)價(jià)課程教學(xué)效果，研討課程持續(xù)改進(jìn)。

2.5 學(xué)科競(jìng)賽普及化，促進(jìn)教學(xué)高質(zhì)量

近些年來(lái)，學(xué)科競(jìng)賽與課程教學(xué)改革相輔相成，一方面學(xué)科競(jìng)賽提出了課程改革需求，推動(dòng)了相關(guān)課程教學(xué)改革，另一方面，課程教學(xué)改革也促進(jìn)了學(xué)科競(jìng)賽發(fā)展，教師和學(xué)生成果不斷涌現(xiàn)。例如張老師參加青年教師講課競(jìng)賽，參賽課程為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，獲得市級(jí)一等獎(jiǎng)；“最短路徑問(wèn)題——Dijkstra算法”獲得江蘇省高校微課教學(xué)比賽三等獎(jiǎng)。王老師指導(dǎo)學(xué)生在藍(lán)橋杯、中國(guó)高校計(jì)算機(jī)大賽中表現(xiàn)優(yōu)異，穩(wěn)定地獲得國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)，獲獎(jiǎng)人數(shù)和獲獎(jiǎng)層次逐年提高。其他老師結(jié)合課程內(nèi)容輔導(dǎo)完成學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、參加考研復(fù)試，多名學(xué)生由于突出的編程實(shí)力順利達(dá)成目標(biāo)。

3 結(jié)束語(yǔ)

學(xué)科競(jìng)賽是編程語(yǔ)言課程群教學(xué)的延伸和拓展，能夠培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)分析和解決復(fù)雜問(wèn)題的能力、實(shí)踐創(chuàng)新能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。在一流專業(yè)、一流課程建設(shè)的背景下，圍繞學(xué)科競(jìng)賽主線，對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)，建立產(chǎn)教融合型師資團(tuán)隊(duì)，按章節(jié)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行授課，依托學(xué)科競(jìng)賽在線評(píng)測(cè)PTA平臺(tái)實(shí)施教學(xué)及管理，建立多元評(píng)價(jià)機(jī)制，實(shí)施過(guò)程化考核并形成規(guī)范的學(xué)習(xí)檔案，探索并實(shí)踐了一個(gè)理論夠用、平臺(tái)通用、實(shí)踐案例有用、評(píng)價(jià)機(jī)制好用的培養(yǎng)應(yīng)用型人才的教學(xué)模式。

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