數(shù)字化背景下數(shù)據(jù)結構與算法課程教學范式創(chuàng)新研究

摘要：在產(chǎn)業(yè)集群的強勁推動下，高校內部的專業(yè)集群展現(xiàn)出前所未有的活力與凝聚力，各專業(yè)間突破壁壘，加強交流與合作，共同構建跨學科、跨專業(yè)的知識網(wǎng)絡與科研平臺。本研究以數(shù)據(jù)結構與算法課程為例，探索應用型本科院校專業(yè)集群基礎課程在數(shù)字化背景下的教學范式創(chuàng)新。采用線上線下混合教學模式，遵循“教、學、做、用”的育人邏輯，構建課程教學標準與崗位標準、職業(yè)技能證書、技能競賽相銜接的教學體系，實現(xiàn)個性化教學，培養(yǎng)適應信息化時代需求的人才，滿足跨專業(yè)學習需求。

關鍵詞：數(shù)字化；專業(yè)集群；混合式教學；數(shù)據(jù)結構與算法

中圖分類號：G642文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）34-0167-03開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1研究背景

1.1選題依據(jù)

1）教育信息化與創(chuàng)新人才培養(yǎng)：在國際新科技革命、工業(yè)4.0逐步深化，以及信息技術高速發(fā)展的背景下，引發(fā)了近幾年的大數(shù)據(jù)與人工智能浪潮[1]。高校作為人才的供給側，如何進行專業(yè)課程改革，培養(yǎng)滿足智能系統(tǒng)與創(chuàng)新技術所需要的人才是亟待解決的問題。

2）教育數(shù)字化與國家戰(zhàn)略：教育部推動的數(shù)字化教育，旨在通過科技自立自強、人才引領驅動，加快教育數(shù)字化落地，提升國民素質與人才創(chuàng)新能力，為國家競爭力提供人才支撐。傳統(tǒng)單一學科知識已不足以滿足需求，課程改革須納入數(shù)字化背景考量。

3）數(shù)據(jù)結構與算法課程改革的必要性：數(shù)據(jù)結構與算法是綿陽城市學院智能系統(tǒng)與創(chuàng)新技術專業(yè)集群下的一門專業(yè)基礎課程，涉及計算機類、自動化類、電子信息類、機械類、能動類等11個專業(yè)，但是傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)結構與算法課程內容已經(jīng)不能滿足多個專業(yè)的教學需求，課程改革迫在眉睫。

1.2國內外研究現(xiàn)狀

1）國外研究：國外研究多關注實踐導向教學，強調編程實踐與項目實踐，但鮮見針對數(shù)字化背景下智能系統(tǒng)專業(yè)集群中數(shù)據(jù)結構與算法課程改革的研究。雖然有項目合作、實驗室實踐與跨學科教學的案例[2]，但缺乏系統(tǒng)性的專業(yè)集群課程改革研究。

2）國內研究：國內針對專業(yè)集群下課程改革的研究較少，基于數(shù)字化背景下智能系統(tǒng)專業(yè)集群數(shù)據(jù)結構與算法課程改革的研究更是空白。因此，本研究具有重要的意義。

2思路方法

2.1研究思路及內容

通過對數(shù)字化在教育教學發(fā)展中的影響趨勢進行分析，應用比較研究方法對數(shù)字化背景下國內外高等教育課程改革的內容與方式進行研究，總結提煉能為學院研究項目提供借鑒的經(jīng)驗，按照“教”“學”“做”“用”的育人邏輯過程展開，總結數(shù)字化背景下如何以學生為主體，教師主導，實現(xiàn)課程教學標準與崗位標準對接、與職業(yè)技能證書相結合、與技能競賽相銜接的教學設計，給學生針對性推送教學內容與服務。圖1是研究內容的總體框架。

2.2研究方法

本研究采用文獻研究法、歷史分析法、問卷調查法、訪談法與比較研究法，對中德兩國高等職業(yè)教育課程改革進行分析與比較，并在此基礎上，結合文獻研究與訪談法，探索智能系統(tǒng)專業(yè)集群數(shù)據(jù)結構與算法課程改革的思路。

3數(shù)字化背景下數(shù)據(jù)結構與算法課程建設策略

3.1課程現(xiàn)狀分析

1）學生學習動力不足，呈現(xiàn)被動學習狀態(tài)，學習效果不佳。

2）實踐能力培養(yǎng)不足。課程實訓中開設的驗證性實驗較多，而設計性與綜合性實驗較少，缺乏實際應用場景[3]。

3）教學環(huán)節(jié)創(chuàng)新性不足。傳統(tǒng)教學模式傾向于教師單向講授，顯著特點是重結果輕過程，這種教學方式忽視了學生在學習過程中的主體地位及主動探索，缺乏對學生學習動態(tài)與認知發(fā)展的充分關注，導致教學環(huán)節(jié)創(chuàng)新性不足，限制了教學效果的全面提升。

4）教學資源有限。學校教學資源匱乏，具體體現(xiàn)在缺乏先進的教學設備與軟件支持，且教學資料更新滯后，嚴重制約了教學方式的創(chuàng)新與教學內容的時效性，進而影響了教學質量與學生學習效果的提升。

5）理論基礎與應用經(jīng)驗差異大：各專業(yè)人才培養(yǎng)方案差異化設計，學生在前置課程中的學習與計算機編程技能基礎呈現(xiàn)出多樣性，這一多樣性顯著影響了其在數(shù)據(jù)結構與算法課程中的認知掌握程度。部分學生可能具備堅實的理論功底，卻在將理論知識應用于實際問題解決方面缺乏充分的實踐經(jīng)驗；另一部分學生或許擁有豐富的實踐操作經(jīng)歷，但在構建扎實的理論框架方面顯得力不從心。

3.2課程建設對策

基于以上案例分析，數(shù)據(jù)結構與算法課程建設主要應考慮人才培養(yǎng)與課程定位、課程資源的導入以及校企對接三個方面。

3.2.1明確人才培養(yǎng)目標與課程定位（對照綿陽城市學院提出的專業(yè)集群建設方案）

人才培養(yǎng)目標：智能系統(tǒng)與創(chuàng)新技術專業(yè)集群主要培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展，掌握算法、計算機視覺等知識，具備算法分析、人工智能數(shù)據(jù)采集等實踐應用能力，能夠運用數(shù)據(jù)結構與算法解決人工智能領域實際問題的“有理想、多專多能”應用型人才[4]。

課程定位：數(shù)據(jù)結構與算法旨在培養(yǎng)學生的邏輯思維、算法設計與分析能力，以及解決實際問題的能力，定位于為學生未來在人工智能領域的需求提供扎實的理論基礎與實踐應用。

3.2.2課程資源建設（對照綿陽城市學院發(fā)文的“一師一優(yōu)課”建設）

綿陽城市學院2024年1月31日發(fā)布了“一師一優(yōu)課”課程建設工程實施方案（2024年），教師可以個人或團隊方式申報優(yōu)質課程（以下簡稱“優(yōu)課”）建設項目，所有立項項目按項目管理方式進行管理，并實行項目負責人制度。鼓勵課程項目團隊與“一師聯(lián)一企”項目團隊融合，吸納“一師聯(lián)一企”團隊成員（含企業(yè)人員），并將相應成果融入課程建設，反哺課程教學，形成課程資源，如共建課程案例庫、項目庫與合作開發(fā)教材等，以體現(xiàn)學校的應用型辦學定位。項目團隊中亦可邀請學生代表參與課程建設，對優(yōu)課建設效果及時進行反饋。在此基礎上，學院從組織保障到經(jīng)費保障確保課程資源建設的順利進行。

1）研究方法：采用文獻研究法、歷史分析法與比較研究法對比國內外具有代表性的高等院校成功案例，并形成調研報告；借助問卷調查、對比研究與觀察法，針對數(shù)據(jù)結構與算法的教學內容，完成學生與教師意向調研，并形成研究報告；通過實地調研完成同層次兄弟院校智慧教育與科研合作新生態(tài)調研，例如：與西南財經(jīng)大學天府學院合作實現(xiàn)師資共享等計劃，豐富課程與教學資源，同時促進教師專業(yè)成長。在調研過程中選取各院校的典型案例進行深入剖析，提煉成功經(jīng)驗與可借鑒之處。對研究內容進行梳理，進一步完善方法與探索路徑，基于學院實際情況，提出課程改革的基本策略。

2）課程建設內容：數(shù)據(jù)結構與算法與多個領域相關聯(lián)，探索跨學科內容整合。課程內容分為三大模塊，基礎篇與提升篇由校內教師教授，技能篇由校內教師與企業(yè)教師共同完成（計劃課時64個課時，其中32理論學時+32實驗學時，理論學時采用線上教學，該項措施能夠提供多樣化的學習資源與路徑，滿足不同專業(yè)學生的個性化需求）。

基礎篇：理解數(shù)據(jù)結構的基本概念與分類，包括數(shù)組、鏈表、棧、隊列、樹、圖等，熟悉數(shù)據(jù)結構的存儲與操作方式（算法基礎篇，可作為支撐人工智能方向研究的基礎知識，涉及人工智能專業(yè)集群下的12個專業(yè)，16理論學時—線上）。學完基礎篇，學生能夠清晰地解釋各種數(shù)據(jù)結構的邏輯結構與物理結構，以及它們之間的區(qū)別與聯(lián)系。

提升篇（考研、技能證書）：掌握常見的算法設計與分析方法，包括貪心算法、分治算法、動態(tài)規(guī)劃等。結合近五年各大院校發(fā)布的研究生招生簡章與考試大綱，以及全國計算機軟件與技術資格水平考試大綱，梳理考研考證的相關考點，融合到教學內容中，并上傳相關練習題，鞏固所學知識點（理論16個課時—線上）。

技能篇（職業(yè)技能比賽—算法類大賽）：（實驗32個課時—線下）能夠靈活選擇與應用適當?shù)臄?shù)據(jù)結構解決問題，能夠應用遞歸思想解決問題，并理解遞歸與迭代的區(qū)別，能夠應用數(shù)據(jù)結構與算法解決實際問題，提高編碼能力與效率。課中以校企合作單位真實項目案例為載體進行教學，實現(xiàn)理論與實踐的緊密結合，避免傳統(tǒng)教學中理論與實踐脫節(jié)的問題。課后通過引入藍橋杯大賽軟件練習系統(tǒng)，加強練習，組織學生參加具有影響力的算法類大賽，如藍橋杯、全國計算機應用能力數(shù)字素養(yǎng)大賽等，達到以賽促學的目的。

3）教學方法：①加強案例研究，引入工程實例，結合具體的教學案例或實驗（如：引入學生成績管理系統(tǒng)，在講解中可以實踐操作，如何使用線性表來存儲學生的基本信息與成績，以及線性表如何進行插入、刪除、查找等操作，方便對學生信息進行管理），來展示理論的實際應用效果。②強化學生參與：在課程改革過程中，增加學生的參與度，例如通過翻轉課堂（通過學習通線上下發(fā)項目任務清單，學生利用課前時間完成，課中學生通過項目中的角色扮演將抽象的算法學習內容轉化為具體的情境，形成更加完整與深入的理解）等方法，提高學生的主動學習能力與實際操作能力[5]。③關注最新技術：研究中應考慮包括人工智能、大數(shù)據(jù)等最新技術在內的教學方法與工具，例如引入TONGYILingma、OpenAICodex等AI編程軟件，提供智能代碼補全、代碼解釋、單測生成、問題修復等輔助功能，提高學生的學習效率。

3.2.3校企對接（對照綿陽城市學院發(fā)文的“一師聯(lián)一企”）

為進一步推進人才培養(yǎng)模式改革，完善校企聯(lián)合人才培養(yǎng)的新機制，深入推進產(chǎn)教融合、校企合作，充分發(fā)揮實習實訓基地在人才培養(yǎng)中的作用，強化學生的綜合實踐能力，提高實踐教學質量，綿陽城市學院發(fā)布了關于《綿陽城市學院“一師聯(lián)一企”校外實習實訓基地建設工程實施方案》的通知，保障了校企對接的順利進行。

3.2.3.1現(xiàn)有基礎

依托綿陽市互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、營銷等現(xiàn)有條件，為學生提供真實、先進的實習實訓環(huán)境，促進理論與實踐的結合，提高學生的實際操作能力與創(chuàng)新能力。根據(jù)數(shù)據(jù)結構與算法課程實驗需求，有場所500余平方米，其中教室功能區(qū)域能夠通過搭建虛擬實驗室，提供真實或模擬的項目案例，使學生參與項目實踐，鍛煉綜合運用數(shù)據(jù)結構與算法的能力。該協(xié)會會員單位近60家，均為正常運營的互聯(lián)網(wǎng)及軟件開發(fā)類企業(yè)，配備專業(yè)的實訓師資隊伍，包括專職教師與企業(yè)兼職教師，可以進行較大規(guī)模的會議、培訓、聯(lián)合授課、指導實驗等，為數(shù)據(jù)結構與算法課程建設提供全方位的資源支持，包括在線教學資源庫、實踐教學資源、師資培訓與支持以及課程評價與管理等方面。

3.2.3.2建設目標

1）實訓實習機會：該協(xié)會會員單位近60家，均為正常運營的互聯(lián)網(wǎng)及軟件開發(fā)類企業(yè)，通過學院組織的一師聯(lián)一企活動，與企業(yè)共同建設實踐教學基地，為學生提供真實的實踐環(huán)境，同時與企業(yè)簽訂正式的合作協(xié)議，明確雙方在聯(lián)合授課、實習安排等方面的權利與義務。

2）企業(yè)專家參與：為學生講解行業(yè)前沿技術與發(fā)展趨勢，使學生了解企業(yè)實際運營中的問題與挑戰(zhàn)，增強實踐意識。同時可介紹企業(yè)文化、工作環(huán)境等，激發(fā)學生對企業(yè)的興趣與向往。

3）企業(yè)課題導入：主動對接合作企業(yè)，獲取具有實際應用價值的企業(yè)項目與技術難題作為畢業(yè)設計選題來源。通過明確目標與需求、注重實用性與創(chuàng)新性、評估項目難度與可行性以及考慮學生的興趣與意愿等步驟來篩選企業(yè)項目與技術難題，并通過制定詳細的計劃與方案、建立校內和企業(yè)的雙導師制度、加強過程監(jiān)督與管理、注重成果展示與評估以及建立反饋與改進機制等措施來確保課題質量。

3.2.3.3主要舉措

1）構建校企合作平臺。

①建立實習實訓項目庫：根據(jù)數(shù)據(jù)結構與算法課程學生的實習實訓需求，與企業(yè)合作建立實習實訓項目庫，包括軟件開發(fā)、新媒體運營、互聯(lián)網(wǎng)營銷等多個領域的實訓項目，為學生提供豐富的實習實訓機會。

②引入企業(yè)導師：邀請企業(yè)的專業(yè)技術人員擔任數(shù)據(jù)結構與算法課程的實驗實訓導師，使其根據(jù)實際工作經(jīng)驗為學生提供實踐指導，幫助學生將理論知識應用到實際工作中。

③建立實習實訓評價體系：結合學生的實習實訓表現(xiàn)，建立實習實訓評價體系，包括學生的實習表現(xiàn)、實訓成果與企業(yè)導師評價等多個方面，全面評價學生的實習實訓效果。

④加強教師的科研能力：鼓勵教師參與企業(yè)的科研項目，提升教師的科研能力，同時為教師提供了解企業(yè)最新技術與行業(yè)動態(tài)的機會。

2）深化校企合作機制。

①綿陽市互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會負責協(xié)調相關企業(yè)，依據(jù)其用工需求，定期或不定期地在學院開展企業(yè)文化及用工特性宣講活動，組織專題研討會與技能培訓，旨在為師生搭建掌握行業(yè)動態(tài)、精進專業(yè)技能的平臺。

②通過正式簽署合作協(xié)議，強化與企業(yè)的戰(zhàn)略合作伙伴關系，共同致力于實習實訓基地的建設與發(fā)展，拓寬實習實訓渠道，并著力提升實踐教育的質量與效果。

③設立實習實訓專項基金（學院頒布了一師聯(lián)一企文件，給項目提供充足的資金支持）：為確保實習實訓項目的有效實施，特建立實習實訓支持基金，專項用于實訓設施購置、導師酬勞支付等關鍵環(huán)節(jié)，以保障實踐教學活動的順利進行。

④企業(yè)實習生培養(yǎng)計劃須緊密貼合智能系統(tǒng)與創(chuàng)新技術專業(yè)集群的課程標準與專業(yè)需求。在遵循學生自主選擇原則的基礎上，通過雙向選擇流程，企業(yè)可吸納符合要求的畢業(yè)生加入其團隊。

4研究結論與展望

1）研究成果：建立了完善的教學支持體系，包括在線教學資源庫、豐富的學習材料與實踐案例；設立實驗實訓中心，配備先進的軟硬件設施，為學生提供良好的實踐環(huán)境；建立校企合作平臺，邀請企業(yè)專家進校園，開展專題講座與項目指導等。經(jīng)過系統(tǒng)性的分析與實踐，最終提出了基于數(shù)字化背景下數(shù)據(jù)結構與算法課程建設的策略框架，構建了“教、學、做、用”一體化的教學模式。

2）展望未來研究方向為現(xiàn)代社會要求學生具備跨學科的綜合能力，但數(shù)據(jù)結構與算法課程仍聚焦于專業(yè)性知識，缺乏與其他學科的聯(lián)系與整合，限制了學生的視野與思維方式。在接下來的研究過程中，將進一步探索基于人工智能技術的個性化教學模式，開發(fā)更豐富的線上線下混合教學資源。

參考文獻：

[1]王瑩.專業(yè)集群背景下教學模式改革實踐[J].教育教學論壇，2022（36）：94-97.

[2]華振興，陳卓然.獨立學院“專業(yè)（集群）”轉型發(fā)展人才培養(yǎng)改革與探索：以博達學院“計算機專業(yè)集群”為例[J].吉林省教育學院學報，2018，34（6）：146-148.

[3]康麗瀅，李秀云，遲劍.大數(shù)據(jù)專業(yè)集群背景下創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育模式的研究與實踐：以河北民族師范學院為例[J].智庫時代，2019（8）：155-156.

[4]李煜文.德國職業(yè)教育數(shù)字化轉型模式及其啟示[J].寧波職業(yè)技術學院學報，2024，28（5）：9-14.

[5]尤殿龍，竇燕，余揚.混合式教學下學生計算思維能力培養(yǎng)：以燕山大學“數(shù)據(jù)結構與算法”課程改革為例[J].教育教學論壇，2024（22）：141-144.

【通聯(lián)編輯：謝媛媛】

基金項目：四川省教育信息化與大數(shù)據(jù)中心：基于數(shù)字化背景下教學范式創(chuàng)新與實踐探索研究—以數(shù)據(jù)結構與算法課程為例（項目編號：DSJZXKT263）