李金芝 謝江安 楊 倩 彭 娟

（1.重慶工程學(xué)院 重慶巴南 400056；2.重慶郵電大學(xué) 重慶南岸 400065）

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程是計(jì)算機(jī)學(xué)科的一門核心基礎(chǔ)課，不僅在整個(gè)課程體系中起到承上啟下的作用，而且也是研究生入學(xué)考試、公司招聘筆試的常考科目。課程主要介紹如何合理地組織、存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)，以及如何正確地設(shè)計(jì)算法并對(duì)算法性能進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。本課程相關(guān)理論知識(shí)仍然是諸多前沿研究領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)，同時(shí)，這些理論知識(shí)也面臨著大數(shù)據(jù)時(shí)代提出的諸多新問(wèn)題與新挑戰(zhàn)[1]。為滿足社會(huì)的用人需求，教師在教學(xué)工作中需要兼顧基礎(chǔ)知識(shí)與學(xué)科前沿、理論與實(shí)踐并重。從應(yīng)用型本科高校的人才培養(yǎng)理念出發(fā)[2]，結(jié)合我校的實(shí)際情況，本文開(kāi)展“以學(xué)為中心”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法教學(xué)改革的探討。

一、課程中存在的問(wèn)題

（一）先導(dǎo)課程學(xué)習(xí)不扎實(shí)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程中的算法多由C 語(yǔ)言來(lái)描述，而C 程序設(shè)計(jì)課程一般也作為本課程的先導(dǎo)課程開(kāi)設(shè)。但學(xué)生剛剛開(kāi)始接觸程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，使用不夠熟練。尤其是本課程中經(jīng)常使用的多重循環(huán)、指針和結(jié)構(gòu)體等知識(shí)更是C 語(yǔ)言的難點(diǎn)。先導(dǎo)課程學(xué)習(xí)不扎實(shí)，給本課程的教學(xué)埋下了隱患。

（二）學(xué)生缺乏自主實(shí)踐能力

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法是一門理論與實(shí)踐并重的課程，要求學(xué)生要能夠使用所學(xué)知識(shí)分析、解決問(wèn)題。我校數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程共設(shè)64 課時(shí)，分為理論（48 課時(shí)）+實(shí)踐（16 課時(shí)）。由于課上時(shí)間有限，部分實(shí)踐任務(wù)需要學(xué)生課后完成。但是部分基礎(chǔ)薄弱和自制力較差的同學(xué)很難自主完成，這就導(dǎo)致理論課中的算法變成“紙上談兵”。學(xué)生無(wú)法做到知行合一，就會(huì)逐漸對(duì)課程失去興趣。

（三）傳統(tǒng)授課方式亟須轉(zhuǎn)變

以教為中心的授課方式，弱化了學(xué)生的主體地位[3]，影響學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。在教法上，一般使用晦澀難懂的抽象數(shù)據(jù)類型講解原理，學(xué)生難以理解，更無(wú)法與具體應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)。在內(nèi)容上，教材中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法知識(shí)未與前沿技術(shù)相結(jié)合，所教知識(shí)與社會(huì)實(shí)際需求脫節(jié)。

二、“以學(xué)為中心”的課程改革思路

“以學(xué)為中心”的教育理念最初由教育家JohnDewey 和JeanPiaget 等人提出，倡導(dǎo)學(xué)生是課堂的主體，教師是課堂的主導(dǎo)[4]。在課堂上，教師作為引導(dǎo)者，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)積極自主探索、小組協(xié)作等方式建立舊識(shí)與新知之間的聯(lián)系，并應(yīng)用新知解決問(wèn)題、實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。

（一）教學(xué)內(nèi)容改革

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程的內(nèi)容分為概論、結(jié)構(gòu)、算法三大模塊，細(xì)化為10 個(gè)子模塊（概論、線性表、棧和隊(duì)列、串、多維數(shù)組和廣義表、樹(shù)和二叉樹(shù)、圖、查找、內(nèi)部排序）。為解決本課程現(xiàn)存問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力的目標(biāo)，同時(shí)鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，我們嘗試從“舊識(shí)、應(yīng)用、新知、實(shí)踐”四個(gè)方面對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重組。圖1 以本課程第3 章第1 節(jié)教學(xué)內(nèi)容為例，詳解了教學(xué)內(nèi)容改革思路。

圖1 第3.1 節(jié)教學(xué)內(nèi)容改革思路

舊識(shí)：為解決學(xué)生先導(dǎo)課程學(xué)習(xí)不扎實(shí)問(wèn)題，適當(dāng)復(fù)習(xí)本課程需要使用到的先導(dǎo)課程知識(shí)。幫助學(xué)生建立起先導(dǎo)課程與本課程的內(nèi)在聯(lián)系，為學(xué)生學(xué)好本課程奠定基礎(chǔ)。

應(yīng)用：為激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，將抽象的理論知識(shí)形象化，從學(xué)生日常接觸的應(yīng)用或者當(dāng)前熱點(diǎn)應(yīng)用出發(fā)，教師提出疑問(wèn)，引發(fā)學(xué)生思考。

新知：為解決疑問(wèn)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小組合作探究。不用局限于教材，允許學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、視頻、論壇等各種渠道收集資料尋找解決方案。通過(guò)歸納總結(jié)內(nèi)化原理，最終回歸教材。

實(shí)踐：尊重學(xué)生個(gè)體差異，設(shè)計(jì)階梯式的實(shí)踐目標(biāo)。為基礎(chǔ)薄弱的同學(xué)建立自信，也為基礎(chǔ)扎實(shí)的同學(xué)提供拓展空間，讓不同層次的學(xué)生都能有所收獲。

（二）教學(xué)方法改革

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課堂的大量的時(shí)間被理論內(nèi)容占用，學(xué)生實(shí)踐時(shí)間少，并且采用“教師講、學(xué)生聽(tīng)”的教學(xué)模式，學(xué)生處于被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)。為突破傳統(tǒng)課堂在時(shí)間和空間上的限制，提高課堂教學(xué)的效率，同時(shí)，促使學(xué)生根據(jù)自身情況利用碎片化時(shí)間主動(dòng)學(xué)習(xí)，本課程嘗試使用線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式（如圖2 所示）。

圖2 線上線下相結(jié)合教學(xué)模式

1.線下教學(xué)

課前，教師在對(duì)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)情分析的基礎(chǔ)上，設(shè)置合理的教學(xué)目標(biāo)。課上按照“以學(xué)為中心”的教學(xué)理念，首先，選取恰當(dāng)?shù)姆绞絼?chuàng)設(shè)情境，引起學(xué)生的興趣。其次，提出問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生合作探究，讓學(xué)生充分參與課堂。再次，教師在學(xué)生自主探究的過(guò)程中加以引導(dǎo)，隨機(jī)抽取小組分享解決問(wèn)題的思路和途徑。最后，學(xué)生進(jìn)行反思，教師對(duì)本次課程進(jìn)行總結(jié)。課后，教師根據(jù)多元考核評(píng)價(jià)結(jié)果和教學(xué)反思完善教學(xué)設(shè)計(jì)。

2.線上教學(xué)

線上教學(xué)借助雨課堂、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)等信息技術(shù)手段開(kāi)展。課前通過(guò)雨課堂發(fā)布學(xué)習(xí)清單，為學(xué)生提供清晰的學(xué)習(xí)路徑；同時(shí)，發(fā)布小組任務(wù)，以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)督促學(xué)生完成課前學(xué)習(xí)。課上通過(guò)雨課堂進(jìn)行考勤、隨機(jī)點(diǎn)名和隨堂測(cè)試。利用雨課堂的“彈幕”和“不懂”功能，提高學(xué)生的參與度和積極性，加強(qiáng)師生互動(dòng)。課后通過(guò)雨課堂推送PPT、拓展任務(wù)和問(wèn)卷調(diào)查，幫助學(xué)生總結(jié)和復(fù)習(xí)。

針對(duì)我校實(shí)際學(xué)情，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法在線開(kāi)放課程，以微視頻的方式呈現(xiàn)課程的重要知識(shí)點(diǎn)，并配套單元測(cè)試和章節(jié)測(cè)試。微視頻發(fā)布在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，為學(xué)生預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)提供了良好的支持。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)也提供了討論區(qū)，供師生、生生之間開(kāi)展線上討論和答疑，將教學(xué)延伸至課外。

（三）課程考核方式改革

傳統(tǒng)的課程考核方式過(guò)分關(guān)注靜態(tài)的、可量化的學(xué)習(xí)成果，忽略過(guò)程性評(píng)價(jià)，不利于學(xué)生全面發(fā)展[5]。為解決課程考查內(nèi)容不全面的問(wèn)題，筆者嘗試改革考核方式（如表1 所示）。

表1 課程考核指標(biāo)明細(xì)

課堂互動(dòng)：課堂上通過(guò)雨課堂開(kāi)展搶答、隨堂測(cè)驗(yàn)、簽到等活動(dòng)，并將雨課堂中記錄的出勤和測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為平時(shí)成績(jī)。以此來(lái)檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)授課內(nèi)容的掌握程度，督促學(xué)生查缺補(bǔ)漏，幫助教師及時(shí)掌握教學(xué)目標(biāo)達(dá)成程度。

小組協(xié)作：按照“組內(nèi)異質(zhì)，組間同質(zhì)”[6]的原則將3～5人分為一組，模擬企業(yè)考核制度，實(shí)施組內(nèi)自評(píng)、組間互評(píng)和教師測(cè)評(píng)的方式考核小組協(xié)作成績(jī)，以增強(qiáng)學(xué)生的責(zé)任意識(shí)和團(tuán)隊(duì)合作能力。

實(shí)驗(yàn)：本課程設(shè)計(jì)6 次實(shí)驗(yàn)，在考核時(shí)不僅關(guān)注學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，更關(guān)注學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程。以小組協(xié)作方式完成實(shí)驗(yàn)，并采取翻轉(zhuǎn)課堂的方式，隨機(jī)抽取小組及小組成員講解實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題及解決方案。通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程+實(shí)驗(yàn)結(jié)果+翻轉(zhuǎn)課堂的方式綜合評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)成績(jī)。

期末考試：試卷包含選擇、判斷、簡(jiǎn)答、應(yīng)用和算法設(shè)計(jì)5 種題型。以選擇、判斷和簡(jiǎn)答題考核學(xué)生對(duì)本課程基本概念的掌握情況、以應(yīng)用題考查學(xué)生對(duì)常用算法的應(yīng)用情況，以算法設(shè)計(jì)題考查學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的能力。

采取“課堂互動(dòng)+小組協(xié)作+實(shí)驗(yàn)+期末考試”的考核方式，既能對(duì)學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行更全面的評(píng)價(jià)，又能在教學(xué)過(guò)程中及時(shí)了解學(xué)情。教師基于學(xué)情適時(shí)調(diào)整教學(xué)策略，積極引導(dǎo)和激勵(lì)學(xué)生，師生共同進(jìn)步，才能真正實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)。

三、結(jié)束語(yǔ)

從“以教為中心”向“以學(xué)為中心”的轉(zhuǎn)變是我國(guó)高校教育發(fā)展的必然趨勢(shì)，為建立適合不同層次和不同專業(yè)特點(diǎn)的“以學(xué)為中心”的教學(xué)新模式，教師必須經(jīng)過(guò)不斷的內(nèi)化和自我探索。本文針對(duì)我校數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程在教學(xué)中出現(xiàn)的問(wèn)題，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和課程考核三個(gè)方面提出改革思路，充分尊重學(xué)生主體地位和個(gè)體差異，取得較好的教學(xué)效果，可為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法教學(xué)提供參考。