基于OBE工程教育模式的應用型本科“數據結構與算法”課程教學改革探索

20世紀末，美國教育學家WilliamSpady提出了一種名為“成果導向教育\"（Outcome-BasedEducation，簡稱OBE）的創(chuàng)新教育模式，隨后迅速在北美興起，其先進的教育理念在全世界范圍內的高等教育領域產生了廣泛的影響。與傳統(tǒng)的“以知識為主導\"的教學理念不同，OBE理念創(chuàng)造性地提出了“以學生為中心”的主動型教學模式，通過學生在接受專業(yè)課程知識教育后所取得的成果來評價課程教學的有效性。

在應用型本科網絡工程專業(yè)的課程體系中，“數據結構與算法\"既是一門專業(yè)基礎必修課，也是一門重要的專業(yè)核心課程。該課程不僅教授數據結構相關的計算機理論關鍵知識，更是培養(yǎng)學生動手實踐能力和創(chuàng)新性思維的重要環(huán)節(jié)。為了適應行業(yè)發(fā)展和市場需求，提高計算機應用型人才培養(yǎng)質量，基于OBE理念對“數據結構與算法\"課程進行教學改革尤為重要。本研究旨在通過優(yōu)化課程體系、豐富教學方法、強化實踐環(huán)節(jié)等舉措，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)其自主學習和解決實際問題的能力。

一、應用型本科計算機相關專業(yè)“數據結構與算法”課程現狀分析

（一）課程結構與內容單一

目前，許多開設應用型本科網絡工程專業(yè)的高等院校，在“數據結構與算法\"這門課程的授課內容規(guī)劃上，主要涵蓋基本數據結構（如線性表、棧、隊列、樹、圖等）和常用算法（如排序算法、查找算法、圖算法等）的介紹與實現。然而，課程內容往往過于偏重理論，缺乏與實際應用的緊密結合，未涵蓋數據結構技術的發(fā)展趨勢和最新應用場景，也未充分融入OBE工程教育理念。因此，教學內容難以有效激發(fā)學生的學習興趣，難以提高學生的實踐創(chuàng)新能力。

（二）教學方法與手段落后

“數據結構與算法\"這門課程在許多院校的教學實施過程中，仍采用最傳統(tǒng)的方式，即教師課堂講授，學生臺下聽講，課后完成作業(yè)的模式。這種教學方式缺乏互動，難以激發(fā)學生的學習興趣和積極性，學生很容易在 15～ 20分鐘的精神集中期過后失去注意力，導致教學效果不佳。同時，課程的教學手段相對單一，缺乏多樣化的教學資源和實踐平臺，無法滿足學生自主學習和實踐的需求。此外，本專業(yè)的教學體系尚不夠完善，與數據結構知識相關的課程之間聯系不夠緊密，學生的個人與團隊合作意識、運用知識動手解決實際問題的能力以及創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力得不到有效培養(yǎng)。

（三）教學評價體系片面

“數據結構與算法\"課程的教學評價體系通常由理論和實踐兩個重要部分組成。其中，理論教學評價的目標是考核學生掌握數據結構的基本理論知識以及理解數據結構的重難點程度；實踐教學評價的目標則是考核學生掌握數據結構的主要技術，能夠熟練運用編程工具，并針對實際應用問題選擇合適的數據結構及設計有效算法解決問題的能力。然而，很多高校對這門課的評價主要以理論課的考試成績?yōu)橹鳎瑳]有單獨考核實驗教學，或者只是將其作為數據結構課程考核的一個組成部分，且所占比例相對較低。這種評價體系忽視了對學生學習過程和能力的全面評價，無法有效考查學生的團隊協作、創(chuàng)新思維等綜合素質，不利于培養(yǎng)學生的綜合素質和解決實際問題的能力。

二、OBE工程教育模式下的“數據結構與算法”課程教學改革

本文以桂林電子科技大學北海校區(qū)網絡工程專業(yè)的“數據結構與算法\"課程作為研究對象，結合最新的技術發(fā)展趨勢，對課程目標和內容進行了調整和優(yōu)化，以確保學生掌握最前沿的數據結構與算法知識。

（一）課程目標與內容改革

1.明確課程目標

在OBE工程教育模式下，課程目標應明確、具體、可衡量，并聚焦于學生能力培養(yǎng)。針對本課程，設定以下課程目標：

（1）課程教學目標1—了解

了解數據結構的意義與發(fā)展過程；

了解一元多項式的表示；

了解循環(huán)鏈表和雙向循環(huán)鏈表；

了解平衡二叉樹的建立和查找；

了解字典、跳躍鏈表的概念。

（2）課程教學目標2—知識理解及掌握

理解數據結構的基本概念、算法含義、特征和性能標準；

理解二分查找算法、一元多項式的表示、棧的特點及運用、隊列的特點及運用；

理解樹的基本術語、二叉樹的遍歷方式及算法應用、哈夫曼樹的概念;

理解樹、森林的存儲結構、二分查找判定樹、二叉排 序樹的概念、平衡二叉樹;

理解圖的基本術語、圖存儲結構、圖深度和廣度遍歷、最小生成樹的概念、迪杰斯特拉算法；

理解排序的概念及各種排序算法的特點;

掌握算法時間復雜度、空間復雜度；

掌握線性表的邏輯結構、存儲結構及操作的實現;

掌握棧的兩種存儲結構的基本操作實現、隊列的兩種存儲結構的基本操作實現;

掌握二叉樹的結構特點及性質、二叉樹的存儲結構及實現、二叉樹的遍歷方式及遞歸算法；

掌握哈夫曼樹的構造、哈夫曼編碼的算法實現;

掌握樹、森林與二叉樹的轉換、二叉排序樹的構造方法；

掌握圖的存儲結構特點、圖的遍歷方式、最小生成樹的構造、圖的應用和查找最短路徑；

掌握散列表的構造方法、各種查找方法的平均查找長度、散列表平均查找長度的計算方法;

掌握插入和選擇的排序算法，能對排序方法進行時間復雜度分析，并對各種排序算法進行比較進行選擇性應用。

（3）課程教學目標3—能力培養(yǎng)

編程能力：學生能夠理解問題需求，綜合應用課本上的經典算法來解決現實生活中的實際問題。

問題解決能力：培養(yǎng)學生發(fā)現問題、對問題進行精準分析、最優(yōu)解決問題的能力。

（4）課程教學目標4—獲得新知識的自學能力

引導學生養(yǎng)成通過網上及其他途徑學習相關技術的習慣。

在教學過程中，以實際問題為培養(yǎng)導向，同時夯實數據結構理論知識，為學生繼續(xù)學習做好鋪墊。

（5）課程教學目標5——溝通交流及團隊合作

在實驗環(huán)節(jié)中，鼓勵學生針對問題進行自由探討，并以小組為單位開展算法的設計及實現，鍛煉學生的溝通及團隊協作能力。

2.優(yōu)化課程內容

根據課程目標，對課程內容進行全面優(yōu)化，注重理論與實踐的緊密結合，增加實際應用案例和前沿技術的介紹。具體改革措施包括：（1）精簡理論內容，突出重點和難點，降低學生的學習難度，使學生更加聚焦于核心知識的掌握。 （2）引人現實生活中的實際案例，將理論知識與實際應用場景相結合，通過實例分析提高學生的實踐能力和問題解決能力。（3）融入前沿技術，如大數據處理、人工智能算法等，拓寬學生的知識視野，使學生了解并掌握最新的技術發(fā)展趨勢。

（二）課程教學設計與手段改革

1.創(chuàng)新教學設計

在OBE工程教育模式下，教學設計應以學生為中心，注重培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新思維。具體改革措施包括：（1）采用項目式教學方法，通過實際項目引導學生學習數據結構與算法知識，提升學生的實踐能力。（2）運用翻轉課堂教學模式，讓學生成為課堂的主導者，課堂上進行實踐操作和討論，提高教學效果。（3）鼓勵學生組成學習小組，相互合作，共同分析、探討和解決問題，培養(yǎng)學生的團隊協作意識和能力。

2.多樣化教學手段

為了激發(fā)學生在課堂上的學習興趣和積極性，應采用多樣化的教學手段。具體改革措施包括：（1）利用PPT課件、科教視頻、算法演示動畫等教學資源，豐富教學內容和形式。（2）借助各大主流在線學習教育平臺，如對分易、傳智播客、頭歌等，布置教學任務、提供學習資源和互動功能，方便學生自主學習和交流。（3）鼓勵和組織學生積極參加學科競賽實踐活動，如ICPC、CCPC、藍橋杯等比賽，提升學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。

（三）課程教學評價方式改革

1.構建多元化評價體系

在OBE工程教育模式下，教學評價應注重對學生學習成果的全面評價，反映學生整個學習過程和其具備的學習能力。具體改革措施包括：（1）采用多元化評價方式，如課堂與課后作業(yè)、課堂表現、實驗報告、項目成果等，全面反映學生的學習情況。（2）注重階段性過程性評價，學生的每一個章節(jié)的學習小成果都是這一階段學習表現的體現，要及時給予反饋和指導。

2.強化實踐能力評價

針對“數據結構與算法\"課程的實踐性特點，應強化實踐能力評價。具體改革措施包括：（1）設定實踐環(huán)節(jié)的評價標準，如編程能力、算法設計能力、問題解決能力等。（2）開展實踐環(huán)節(jié)的評價活動，如編程比賽、項目實踐等，對學生的實踐能力進行客觀、公正的評價。（3）將實踐能力評價結果納入課程總成績，激勵學生注重實踐能力的培養(yǎng)和提升。

三、教學實踐效果分析

（一）課程目標完成度分析

通過教學實踐，發(fā)現學生對“數據結構與算法\"課程的目標完成度較高。絕大部分學生都能夠掌握數據結構中幾種基本結構的概念和使用方法，明確在何種情境下應使用何種數據結構，并能運用這些知識解決實際問題。同時，學生也能夠深人理解算法的概念和原理，不僅熟練運用常用算法，還能獨立完成新算法的設計和實現。此外，學生的邏輯思維、問題解決能力和實踐技能得到了顯著提升，創(chuàng)新能力和團隊協作能力也得到了有效培養(yǎng)。

（二）課程教學設計效果分析

教學實踐表明，基于OBE工程教育模式的教學設計取得了顯著成效。項目式教學方法和翻轉課堂模式的運用，以及多樣化的教學手段，豐富了教學內容和形式，有效激發(fā)了學生的學習興趣，提高了學生的參與度，教學質量得到明顯提升。小組合作學習模式增強了學生的個人溝通能力和團隊協作能力。同時，學科競賽等課外實踐活動也為學生提供了寶貴的實踐鍛煉機會，進一步提高了學生的動手實踐能力和創(chuàng)新能力。

（三）課程教學評價真實性分析

采用“多元化評價 + 強化實踐能力”的評價體系更加真實、客觀、全面，反映了學生的平時學習情況，而注重階段性過程評價使得評價結果更加準確、可靠。同時，實踐能力評價的引入，使得總體評價結果更加貼近實際，能夠真實反映學生的知識掌握水平和動手實踐能力。此外，教學評價結果的及時反饋和指導也促進了學生的自我反思和改進，有效提高了學生的學習效果。

四、結語

本課程教學改革研究通過明確課程目標、優(yōu)化課程內容、創(chuàng)新教學設計和教學手段、構建多元化評價體系以及強化實踐能力評價等措施，有效激發(fā)了學生的學習興趣，提升了學生的實踐能力，并促進了學生解決復雜工程問題的能力提高，取得了顯著成效。未來，教育從業(yè)者將繼續(xù)深化教學改革，不斷探索和發(fā)展適合應用型本科人才培養(yǎng)的教學方法和手段，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的應用型人才貢獻自己的力量。

參考文獻：

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