“一心引領(lǐng)·四維融合”數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的OBE教學(xué)實踐探索

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 論文編號：1674—2117（2025）13—0101-04

引言

在新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的浪潮中，以現(xiàn)代信息技術(shù)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等為代表的新質(zhì)生產(chǎn)力對高等教育體系，尤其是計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域，提出了前所未有的挑戰(zhàn)。工業(yè)革命 4.0^[1] 的加速推進(jìn)，要求高校不僅要培養(yǎng)出能夠駕馭這些新興技術(shù)的專業(yè)人才，更要培養(yǎng)出能夠引領(lǐng)未來科技創(chuàng)新的新工科人才。2在此背景下，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心課程，其教學(xué)改革顯得尤為迫切與重要。

本文提出的“一心引領(lǐng)·四維融合”教學(xué)理念，對接行業(yè)前沿需求，致力于培養(yǎng)新時代所需的復(fù)合型人才。此模式以學(xué)生為中心，不僅強(qiáng)調(diào)技術(shù)能力的深度挖掘，還鼓勵學(xué)生勇于創(chuàng)新，善于解決復(fù)雜問題。同時，它將社會責(zé)任感融人教學(xué)過程，使學(xué)生深刻理解技術(shù)背后的社會責(zé)任，成為技術(shù)的駕馭者和社會發(fā)展的推動者。

提升數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程質(zhì)量面臨的難題

在計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)無疑是一門至關(guān)重要的課程，它不僅是深入理解計算機(jī)程序設(shè)計的鑰匙，也是連接理論與實踐的橋梁，更是提升程序執(zhí)行效能與資源優(yōu)化利用率的關(guān)鍵知識模塊。同時，這門課程能夠鍛煉學(xué)生的邏輯思維，增強(qiáng)編程技巧，并賦予了學(xué)生解決實際復(fù)雜問題、設(shè)計高效算法的能力。但在教學(xué)實踐中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程雖作為計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心課，卻常面臨多重挑戰(zhàn)。

一是盡管數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程強(qiáng)調(diào)理論與實踐相結(jié)合，但往往存在理論知識與實際應(yīng)用之間的鴻溝。學(xué)生可能在理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的抽象概念時感到困難，難以將這些概念應(yīng)用于解決實際問題。

二是傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)多采用講授式，以教師為中心，缺乏互動和討論，限制了學(xué)生的主動學(xué)習(xí)和深人思考。填鴨式教學(xué)可能導(dǎo)致學(xué)生對課程內(nèi)容的興趣不高，影響學(xué)習(xí)效果。

三是在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中，學(xué)生的編程水平參差不齊。一些學(xué)生因編程基礎(chǔ)強(qiáng)，能輕松掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；而部分學(xué)生則因編程能力一般，難以跟上課程進(jìn)度。

目標(biāo)時，教師要將學(xué)生的需求、興趣和能力提升作為一個重要的參考點，致力于增強(qiáng)學(xué)生在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計、算法分析和問題解決方面的能力，確保教學(xué)內(nèi)容和活動與這些目標(biāo)緊密相連，以支持學(xué)生的全面成長。

習(xí)目標(biāo)后能夠完成的項目或任務(wù)，基于這些任務(wù)需求，逆向拆解出所需掌握的知識點和技能點，并逐一融入到相應(yīng)的章節(jié)中。學(xué)生在這樣的學(xué)習(xí)過程中，能夠系統(tǒng)地掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的知識體系，并在實踐中不斷深化理解，逐步構(gòu)建起解決復(fù)雜問題的能力框架。

四是當(dāng)前的評價體系更多關(guān)注最終成績，忽視學(xué)習(xí)過程本身，這導(dǎo)致一些學(xué)生僅在考試前進(jìn)行緊急復(fù)習(xí)，而不是持續(xù)深入地學(xué)習(xí)。這種模式不利于培養(yǎng)學(xué)生的全面能力。

2.“四維融合”的教學(xué)理念

維度一：學(xué)習(xí)目標(biāo)與課程內(nèi)容融合

五是在教授數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程時，教師可能對課程思政的深層含義和實施方法理解不夠深入，缺少有效的教學(xué)方法和資源，進(jìn)而限制了課程思政教育的效果。

通過這種目標(biāo)導(dǎo)向和反向設(shè)計的結(jié)合，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程能夠確保學(xué)生在完成學(xué)習(xí)后，不僅具備扎實的專業(yè)知識，還能夠在實際工作中展現(xiàn)出卓越的實踐能力和創(chuàng)新能力。

“一心引領(lǐng)·四維融合”學(xué)模式的構(gòu)建

維度二：理論與實踐操作融合

OBE（Outcome basededucation，OBE）教育理念又稱為成果導(dǎo)向教育、能力導(dǎo)向教育、目標(biāo)導(dǎo)向教育。它是一種以成果為導(dǎo)向的教育理念，其教學(xué)設(shè)計和教學(xué)實施的目標(biāo)是學(xué)生通過教育過程最后所取得的學(xué)習(xí)成果。因此，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的設(shè)計與實施中，明確目標(biāo)導(dǎo)向是貫徹OBE教育理念的核心。在課程設(shè)計之初，筆者所在課程團(tuán)隊就明確了學(xué)生應(yīng)實現(xiàn)的初步學(xué)習(xí)目標(biāo)這些目標(biāo)專注于提升學(xué)生的邏輯思維、算法設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的靈活應(yīng)用、團(tuán)隊中的溝通與協(xié)作、批判性思

在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中運(yùn)用“一心引領(lǐng)·四維融合”的教學(xué)模式（如下圖），聚焦學(xué)生，通過四個維度的有機(jī)結(jié)合，不僅可以加深學(xué)生對理論知識的多角度理解，還能在實際問題解決中提升其編程技能和創(chuàng)新思維。

在OBE教育理念的指導(dǎo)下，理論與實踐操作的融合是實現(xiàn)教育目標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這種融合不僅能夠加深學(xué)生對理論知識的理解，更重要的是能夠培養(yǎng)學(xué)生將知識應(yīng)用于實際問題所體現(xiàn)出來的解決問題的能力。在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中，這種融合尤為重要，因為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計算機(jī)科學(xué)中理論與實踐結(jié)合最為緊密的領(lǐng)域之一。

1.一心引領(lǐng)：以學(xué)生為中心的教學(xué)目標(biāo)設(shè)定

在制訂數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)維以及創(chuàng)新能力。通過這些目標(biāo)的指引，課程內(nèi)容被精心組織，以確保學(xué)生在掌握必要的理論知識的同時，能夠培養(yǎng)解決實際問題的能力。

在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中，教師設(shè)置了與實際問題緊密相關(guān)的實驗，如線性表、棧、隊列、樹和圖等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用實驗。這些實驗不僅要求學(xué)生理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的原理，還要求他們通過編程來實現(xiàn)這些結(jié)構(gòu)，并解決實際問題。通過這種方式，學(xué)生能夠在實踐中驗證和鞏固理論知識。

此外，課程結(jié)合反向設(shè)計策略，從最終的學(xué)習(xí)成果出發(fā)，逆向規(guī)劃課程內(nèi)容與教學(xué)活動。設(shè)想學(xué)生在達(dá)成學(xué)維度三：能力培養(yǎng)與素質(zhì)提升融合

此維度不僅聚焦于學(xué)生數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相關(guān)技術(shù)能力的進(jìn)階，更著重借助解決復(fù)雜問題的過程，全方位錘煉學(xué)生的邏輯思維、創(chuàng)新能力以及團(tuán)隊協(xié)作精神。課程思政的融入為這一融合進(jìn)程注入了更為豐富且深刻的內(nèi)涵，而這種融入應(yīng)如同“潤物細(xì)無聲”般自然巧妙，在堅守專業(yè)課程本質(zhì)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)思政教育與專業(yè)教學(xué)的有機(jī)統(tǒng)一。

為達(dá)成這一目標(biāo)，教師需要深入剖析數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容，精準(zhǔn)挖掘其中蘊(yùn)含的思政元素。例如，在介紹算法概念時，引入我國在算法領(lǐng)域取得的重大突破案例，如超級計算機(jī)核心算法的自主研發(fā)，讓學(xué)生了解我國科技工作者為提升國家科技競爭力所付出的努力，從而激發(fā)學(xué)生的民族自豪感與愛國情懷，激勵他們?yōu)閲铱萍歼M(jìn)步貢獻(xiàn)力量，將愛國主義精神自然融人到教學(xué)中。

在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)中，實現(xiàn)能力培養(yǎng)與素質(zhì)提升的深度融合是提高教育質(zhì)量的關(guān)鍵。這種融合方式能夠培養(yǎng)學(xué)生綜合解決問題的能力，使他們在未來的職業(yè)生涯中面對各種挑戰(zhàn)時，能夠運(yùn)用所學(xué)知識進(jìn)行創(chuàng)新性思考和有效應(yīng)對。

維度四：線上資源與線下活動融合

在數(shù)字化時代背景下，將線上資源與線下活動相結(jié)合是優(yōu)化教學(xué)效果的一個重要途徑。這種整合方式旨在為學(xué)生創(chuàng)造一個多維的學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗更為全面和深入。線上資源的便捷性使得學(xué)生可以在任何時間、任何地點進(jìn)行預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，通過視頻、在線測試等形式，增強(qiáng)對課程內(nèi)容的理解和記憶。而線下活動則通過實際操作、面對面的討論和團(tuán)隊合作，將理論知識轉(zhuǎn)化為實踐技能，同時促進(jìn)學(xué)生之間的交流和協(xié)作。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革的實施

在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)改革實踐中，采用“一心引領(lǐng)·四維融合”的教學(xué)策略，可以有效提升學(xué)生的綜合素質(zhì)和專業(yè)技能。下面，筆者以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中“圖”一章為例，結(jié)合校園導(dǎo)航系統(tǒng)項目講解將此教學(xué)策略融人教學(xué)的方式。

1.一心引領(lǐng)

在課程開始之前，教師通過預(yù)習(xí)作業(yè)和個別訪談了解學(xué)生對圖的基本概念的現(xiàn)有理解和興趣所在。例如，可以在學(xué)習(xí)平臺上布置預(yù)習(xí)作業(yè)，以此來評估學(xué)生對圖論基礎(chǔ)知識的掌握程度。同時，發(fā)布關(guān)于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)研發(fā)歷程的視頻，讓學(xué)生深入了解圖論在其中的重要性，進(jìn)而激發(fā)他們對圖論的學(xué)習(xí)興趣。

2.四維融合

（1）維度一融合

“圖”這一章的課程內(nèi)容圍繞學(xué)生應(yīng)達(dá)到的學(xué)習(xí)目標(biāo)展開。在介紹圖的基本概念時，教師可以通過校園導(dǎo)航系統(tǒng)中的實際元素來類比。例如，將校園中的教學(xué)樓、圖書館、宿舍、路口等作為頂點，將道路作為邊，構(gòu)建出校園的圖模型，讓學(xué)生在實例中了解圖中常用的頂點、邊、入度和出度的定義。

（2）維度二融合

理論與實踐操作的結(jié)合是至關(guān)重要的。這一維度的核心在于將圖的理論知識轉(zhuǎn)化為解決實際問題的能力。例如，在學(xué)生創(chuàng)建好校園地圖對應(yīng)的圖模型后，引導(dǎo)其在校園導(dǎo)航系統(tǒng)中模擬路徑搜索，從而理解圖的兩種遍歷方式在實際應(yīng)用中的作用。通過這種融合理論與實踐的教學(xué)方法，學(xué)生能夠在解決實際問題的過程中，深化對圖中相關(guān)算法的理解，并提升編程技能和創(chuàng)新能力。這種教學(xué)模式有助于學(xué)生將抽象的理論知識轉(zhuǎn)化為具體的實踐技能，為將來的職業(yè)生涯打下堅實的基礎(chǔ)。

（3）維度三融合

在實驗中，教師引導(dǎo)學(xué)生分組討論并實現(xiàn)校園導(dǎo)航系統(tǒng)中的圖模型。在這個過程中，學(xué)生需要應(yīng)用圖的存儲結(jié)構(gòu)來存儲校園地圖數(shù)據(jù)，并使用圖的遍歷算法來實現(xiàn)路徑搜索功能。這樣的實踐活動不僅能夠加深學(xué)生對圖的存儲方式、遍歷方法的理解，還能夠鍛煉他們的編程技能和團(tuán)隊合作能力。此外，教師還要引導(dǎo)學(xué)生思考如何優(yōu)化算法以提高校園導(dǎo)航系統(tǒng)的性能。例如，引導(dǎo)學(xué)生探討不同圖算法在路徑規(guī)劃中的優(yōu)缺點，并提出改進(jìn)方案。這不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維，還能夠激發(fā)他們的創(chuàng)新意識。

（4）維度四融合

在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)中，線上資源與線下活動的融合為學(xué)生提供了全方位的學(xué)習(xí)體驗。線上，教師利用學(xué)習(xí)平臺提供豐富的圖論學(xué)習(xí)材料，包括視頻講解、互動交流和在線測試，使學(xué)生在任何時間、任何地點都能夠自主學(xué)習(xí)。這些資源幫助學(xué)生鞏固理論知識，并通過模擬實驗加深對圖的存儲結(jié)構(gòu)和路徑搜索算法的理解。線下，開展課程討論會和實驗室編程實踐，讓學(xué)生有機(jī)會與教師和同學(xué)直接交流，解決學(xué)習(xí)中遇到的問題。

3.教學(xué)活動設(shè)計過程

（1）課前準(zhǔn)備

教師發(fā)布關(guān)于圖的遍歷方法的預(yù)習(xí)材料和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)研發(fā)歷程視頻，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，為課堂深入討論做準(zhǔn)備。

（2）課堂實施

引入階段：以校園導(dǎo)航系統(tǒng)為切入點，提出問題“假如你要在最短時間內(nèi)從圖書館取到急需的學(xué)習(xí)資料并送往實驗室，如何借助圖遍歷算法規(guī)劃出最優(yōu)路線”，進(jìn)而引發(fā)學(xué)生的興趣與好奇心，自然引出本節(jié)課的主題一一圖的遍歷方法。

詳細(xì)講解：講解圖的DFS（深度優(yōu)先搜索）和BFS（廣度優(yōu)先搜索）遍歷方法，借助動畫演示和實際案例，詳細(xì)剖析算法步驟，同時給出易于理解的偽代碼示例，幫助學(xué)生掌握核心原理。強(qiáng)調(diào)這兩種方法在路徑規(guī)劃領(lǐng)域的關(guān)鍵作用，以及它們在不同場景下的區(qū)別與應(yīng)用價值，讓學(xué)生清晰認(rèn)識到算法在解決實際問題中的強(qiáng)大功能。

互動環(huán)節(jié)：學(xué)生分組討論DFS和BFS在校園導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用，比較它們的效率和適用場景，討論如何根據(jù)實際情況選擇合適的遍歷算法。

思政融入：在學(xué)生討論完圖遍歷算法在校園導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用后，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考：在城市交通規(guī)劃中，如何運(yùn)用類似的算法優(yōu)化公共交通路線，減少交通擁堵，提高市民出行效率；在物流配送領(lǐng)域，怎樣利用算法合理規(guī)劃配送路線，降低物流成本，提高資源利用率。通過這些討論，讓學(xué)生深刻體會到技術(shù)不僅是解決問題的工具，更是推動社會發(fā)展、提升生活品質(zhì)的重要力量，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感和使命感，體現(xiàn)技術(shù)背后的人文關(guān)懷。

進(jìn)階性討論：簡要介紹最小生成樹的概念，通過校園網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建案例，討論如何利用最小生成樹原理實現(xiàn)校園網(wǎng)絡(luò)的最低成本連接，讓學(xué)生了解算法在優(yōu)化資源配置方面的作用，為下一節(jié)課深入學(xué)習(xí)最小生成樹算法做好鋪墊。

結(jié)語

實踐表明，“一心引領(lǐng)·四維融合”教學(xué)模式能夠有效促進(jìn)學(xué)生在知識掌握、技能應(yīng)用、綜合素質(zhì)等方面的全面發(fā)展。未來，筆者將繼續(xù)優(yōu)化這一教學(xué)模式，探索更多創(chuàng)新的教學(xué)策略，以期達(dá)到更理想的教學(xué)效果，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[2]屈衛(wèi)蘭，駱嘉偉，楊曉波，等.新工科背景下“賦能” + “思政”雙驅(qū)動教學(xué)實踐[J.計算機(jī)教育，2024（04）：65-69.

作者簡介：廖玲（1983—），女，通訊作者，講師，研究方向為自然語言理解。