新工科背景下公安院校數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革研究

摘 要：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是公安院校網(wǎng)絡(luò)安全與執(zhí)法專業(yè)的重要核心課程。然而，由于該課程知識點多、內(nèi)容抽象、實踐應(yīng)用性強等特點，傳統(tǒng)的教學(xué)模式難以滿足新工科對人才培養(yǎng)的要求。鑒于此，從理論教學(xué)模式、實踐教學(xué)模式以及考核評價模式三個方面進行改革，全面構(gòu)建了課程教學(xué)改革的整體思路和方案。新的教學(xué)模式以強化學(xué)生的主體地位為目標(biāo)，以“主動引導(dǎo)—主動培養(yǎng)—主動實踐”為路線，有效地提升了學(xué)生的專業(yè)技能和綜合實踐能力。

關(guān)鍵詞：新工科；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；教學(xué)改革

基金項目：河南省科技攻關(guān)項目（編號：232102211031）；河南警察學(xué)院教育教學(xué)改革研究與實踐項目“新工科背景下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革研究”（編號：JY2022024）；河南警察學(xué)院重點培育課程團隊項目“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)團隊”

作者簡介：王世豪（1987— ），男，河南警察學(xué)院副教授，研究方向為計算智能及其應(yīng)用。

面對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的百年變局，國家相繼實施了“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等強國戰(zhàn)略。與此同時，教育部積極推進新工科建設(shè)，旨在加速培養(yǎng)新興領(lǐng)域的工程科技人才。

在新工科建設(shè)的大背景下，公安技術(shù)類專業(yè)課程教學(xué)改革備受矚目。河南警察學(xué)院的網(wǎng)絡(luò)安全與執(zhí)法專業(yè)，作為公安技術(shù)類專業(yè)之一，肩負(fù)著培養(yǎng)河南公安網(wǎng)絡(luò)警察的重任。經(jīng)過多年的發(fā)展，該專業(yè)已為河南各級公安機關(guān)輸送了近千名網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)人才，為維護網(wǎng)絡(luò)安全提供了堅實的人才保障。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)安全與執(zhí)法專業(yè)的核心課程，受其知識點繁多、專業(yè)性強、內(nèi)容抽象和編程復(fù)雜度高等因素的影響，大多數(shù)學(xué)生在基礎(chǔ)知識的掌握和實際應(yīng)用上存在一定的問題，特別是死記硬背和應(yīng)試教育的現(xiàn)象較為普遍。鑒于新工科建設(shè)突出創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)，如何將所學(xué)知識應(yīng)用于解決實際問題，提升學(xué)生的動手和實踐能力，成為該課程教學(xué)改革的重點。

本文以河南警察學(xué)院為例，深入探討了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革中所實施的“以學(xué)生為中心”的教學(xué)模式，注重知識傳授與能力培養(yǎng)的有機結(jié)合，更加側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力，以滿足新工科對網(wǎng)絡(luò)安全類人才的迫切需求。

一、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程現(xiàn)狀分析

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)安全與執(zhí)法專業(yè)大學(xué)本科二年級學(xué)生的必修課，總學(xué)時為64學(xué)時，包含理論教學(xué)32學(xué)時和實踐教學(xué)32學(xué)時。作為一門兼具理論性與實踐性的專業(yè)課程，該課程呈現(xiàn)以下特點：

第一，知識繁雜且抽象，理解、掌握和應(yīng)用的難度較大。本課程的前半部分內(nèi)容著重探討各種基本類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用，如線性表、樹、圖等；后半部分主要討論查找和排序的各種實現(xiàn)方法及其綜合分析比較，如動態(tài)查找、哈希表、內(nèi)部排序等。相對于課程知識的廣度和深度，32學(xué)時的理論教學(xué)時長明顯不足。

第二，當(dāng)前理論教學(xué)存在既有“滿堂灌”的教學(xué)方式，又有流于形式的翻轉(zhuǎn)課堂，這些教學(xué)方式難以有效地激發(fā)學(xué)生探索知識的興趣和獨立思考的動力。前者主要以教師單向的課堂講授為主；而后者受多種因素的影響，存在“翻而不轉(zhuǎn)”的現(xiàn)象，其實質(zhì)上仍然是“先教后學(xué)”的傳統(tǒng)教學(xué)模式。顯然，這些教學(xué)方法仍以信息傳遞為主，缺乏師生之間的有效互動和學(xué)生之間的討論交流，難以調(diào)動學(xué)生的積極性和活躍度，削弱了對學(xué)生獨立思考能力的培養(yǎng)。

第三，實踐教學(xué)方式單一，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。實踐教學(xué)本應(yīng)是對理論教學(xué)的強化和鞏固，但目前的實踐教學(xué)主要是根據(jù)理論教學(xué)的進度來安排相應(yīng)的實訓(xùn)內(nèi)容。這些實訓(xùn)內(nèi)容過于簡單，缺乏深度和層次性，學(xué)生按部就班即可完成。這種單一的實踐教學(xué)方式，很大程度上容易導(dǎo)致學(xué)生思維的僵化，不利于創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)，導(dǎo)致實踐和應(yīng)用能力的欠缺。

第四，考核評價模式單一，缺乏合理性和公平性。目前該課程的考核采用“總評成績=期末成績×70%+平時成績×30%”的計算方式。其中，期末成績比重偏大，且考試多采用傳統(tǒng)的紙質(zhì)試卷形式，理論考查較多，編程實踐考查較少。重期末、輕平時的考核評價方式忽視了過程考核的重要性。以結(jié)果為導(dǎo)向的評價方式難以有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不利于學(xué)生綜合能力的提升。

二、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革探索

針對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的現(xiàn)狀，開展相應(yīng)的教學(xué)改革研究，具體方案如下：

（一）理論教學(xué)模式改革

理論教學(xué)模式改革強調(diào)“以學(xué)生為中心”，充分發(fā)揮教師的引領(lǐng)作用，著力培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。在此過程中，將案例式教學(xué)、任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)、線上線下混合式教學(xué)巧妙地融入理論授課中。

1.案例式教學(xué)。教師通過將局部知識體系以具體案例的形式呈現(xiàn)，按照“導(dǎo)入—講解—分析—驗證”的流程進行理論教學(xué)，從而將原本抽象復(fù)雜的理論知識以簡單易懂的方式呈現(xiàn)給學(xué)生，有助于學(xué)生更好地理解、掌握和應(yīng)用知識。例如，在講解樹形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的知識點時，可以將計算機中文件夾的存儲方式作為案例進行分析，將每個文件夾比作一個結(jié)點，文件夾下的文件（如pdf、doc、txt等）則視為葉子結(jié)點。教師通過案例式教學(xué)，將枯燥且抽象難懂的理論知識實例化、淺顯化，更易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生進行獨立思考。

2.任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)。教師在教學(xué)過程中圍繞教學(xué)目標(biāo)，將知識點巧妙嵌入具體任務(wù)中，學(xué)生在教師的幫助和引導(dǎo)下，通過自主探索和團隊協(xié)作完成既定任務(wù)。比如，在教授單鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時，教師可以以構(gòu)建教學(xué)班級信息管理系統(tǒng)為任務(wù)，將其細(xì)化為學(xué)生信息的新增、修改、刪除和查詢四個既獨立又相互關(guān)聯(lián)的模塊，接著將學(xué)生分為四組，每組負(fù)責(zé)完成一個模塊。組內(nèi)成員之間和不同組之間通過相互交流、共同探索來實現(xiàn)任務(wù)的順利完成。

3.線上線下混合式理論教學(xué)。為了彌補32學(xué)時的理論課時不足，基于超星學(xué)習(xí)通和雨課堂兩個網(wǎng)絡(luò)平臺，采用線上線下混合式教學(xué)法對課程的理論教學(xué)環(huán)節(jié)進行了優(yōu)化。優(yōu)化后的教學(xué)設(shè)計將知識傳授環(huán)節(jié)移至課外，而將知識內(nèi)化置于課中。理論課上師生面對面的交流協(xié)作，使學(xué)生能夠更好地吸收、消化和鞏固所學(xué)知識，從而提高課堂教學(xué)效果。這種教學(xué)模式不僅解決了理論課時不足的問題，還培養(yǎng)了學(xué)生的課外自主學(xué)習(xí)能力。同時，采用“先解決問題后觀看微視頻”的翻轉(zhuǎn)課堂模式，實現(xiàn)了“先學(xué)后教”“以學(xué)定教”的教學(xué)理念，更好地發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，并激發(fā)了學(xué)生的求知欲和探索欲。

（二）實踐教學(xué)模式改革

實踐教學(xué)模式改革更加注重實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。因此，課題組構(gòu)建了“科研項目+學(xué)科競賽雙驅(qū)動、線上線下混合式實踐教學(xué)”的新模式。

1.科研項目+學(xué)科競賽雙驅(qū)動實踐教學(xué)。該教學(xué)法以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為宗旨，鼓勵并支持學(xué)生參與教師的科研項目和與課程相關(guān)的學(xué)科競賽。同時，將科研項目和學(xué)科競賽中涉及的課程相關(guān)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為可操作的實踐任務(wù)，進而提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和實踐創(chuàng)新能力。參與的科研項目包括河南省科技攻關(guān)項目、河南省高等學(xué)校重點科研項目等；學(xué)科競賽則包括“藍(lán)橋杯”程序設(shè)計大賽、“強國杯”大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用競賽等。

2.線上線下相結(jié)合的混合式實踐教學(xué)。將實踐教學(xué)分為模塊化實驗和項目實戰(zhàn)兩部分。在線下，學(xué)生通過上機操作完成與章節(jié)知識點相關(guān)的模塊化實驗，鞏固和強化理論知識。同時，將科研項目和學(xué)科競賽中與課程緊密相關(guān)的內(nèi)容整合成實際案例，并上傳至在線實踐平臺（如EduCoder），學(xué)生可以通過在線實踐平臺進行編程實踐的訓(xùn)練，從而提高解決實際應(yīng)用問題的能力。

（三）考核評價模式改革

考核評價模式的改革旨在構(gòu)建一個“多元化、過程化”的評價體系，以此打破原有的靜態(tài)考核模式，實現(xiàn)從“重結(jié)果”“重分?jǐn)?shù)”向“重過程”“重能力”的轉(zhuǎn)變，從而客觀、全面、真實地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，進而充分調(diào)動學(xué)生的積極性，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)主動性。從“多元化”的評價角度出發(fā)，對學(xué)生在課前、課中和課后學(xué)習(xí)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行全方位的考核評價；從“過程化”評價角度出發(fā)，多維度、客觀地全面評價學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的出勤率、參與度、積極度，以及實驗完成度和正確率，還有項目完成的完整性和創(chuàng)新性。

理論教學(xué)改革為實踐教學(xué)改革提供了支撐，而實踐教學(xué)改革則通過反饋實現(xiàn)對理論教學(xué)改革的反哺；同時，考核評價改革對理論和實踐教學(xué)改革的成效進行實時綜合評估，并為其提供有價值的反饋，進而促進理論與實踐的持續(xù)改革。這三者之間相輔相成，相互協(xié)同，形成了一個有機的閉環(huán)。

三、教學(xué)改革取得的成效

自教學(xué)改革實施以來，課題組指導(dǎo)的學(xué)生在2022年“強國杯”大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用競賽中獲得全國一等獎、二等獎；在2023年第六屆全國大學(xué)生大數(shù)據(jù)技能競賽中獲得全國二等獎；在2023年河南省“天翼杯”電信和互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)人工智能訓(xùn)練師（大數(shù)據(jù)分析）職業(yè)技能競賽中獲得一等獎、二等獎；在第十三、十四屆“藍(lán)橋杯”程序設(shè)計大賽中獲得河南賽區(qū)一等獎、二等獎。此外，課題組成員多次獲得“優(yōu)秀指導(dǎo)教師”等榮譽。

在新工科背景下，傳統(tǒng)以講授式為主的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)模式在激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、培養(yǎng)實踐和創(chuàng)新能力方面顯現(xiàn)出不足?；诖?，筆者對課程的理論教學(xué)模式、實踐教學(xué)模式以及考核評價模式進行了全面的改革。改革成效表明，新的教學(xué)模式能夠有效調(diào)動了學(xué)生的積極性，促進了他們的自主學(xué)習(xí)，使其專業(yè)技能和綜合應(yīng)用能力都得到了顯著提升。此外，本文的研究成果也能為面向程序設(shè)計、數(shù)據(jù)恢復(fù)等課程的教學(xué)改革提供一定的參考。

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責(zé)編：應(yīng) 圖