路 紅 劉紅英

（南京理工大學(xué)紫金學(xué)院，江蘇 南京 210023）

1 引言

隨著工程教育認(rèn)證體系的逐步完善與成熟，其對(duì)高校的教育質(zhì)量提出了更高的要求，已成為各大高校提升教育質(zhì)量的重要途徑之一。工程教育的核心是成果導(dǎo)向教育（Outcome-based Education，OBE），是以學(xué)生學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向的教育理念，即教學(xué)活動(dòng)的目標(biāo)是學(xué)生通過一段時(shí)間學(xué)習(xí)后所取得的成果[1-3]。與傳統(tǒng)的以學(xué)習(xí)內(nèi)容為驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式不同的是，成果導(dǎo)向教育更看重學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程結(jié)束后所具備的能力和水平。OBE教學(xué)理念要求根據(jù)完成職業(yè)崗位工作任務(wù)所需要的知識(shí)、技術(shù)以及素質(zhì)要求確定教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生在工作之前明確自己應(yīng)該學(xué)些什么、做些什么，使學(xué)生能夠持續(xù)職業(yè)發(fā)展。

應(yīng)用型本科院校的計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)重點(diǎn)關(guān)注培養(yǎng)和增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力，這與OBE教育理念相吻合。因此，在應(yīng)用型本科院校的計(jì)算機(jī)課程中應(yīng)用OBE教育理念實(shí)施教學(xué)可以提高學(xué)生的編程能力，并能使學(xué)生具備依據(jù)所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際應(yīng)用問題的能力，且提高自身就業(yè)競(jìng)爭力和今后崗位適應(yīng)能力。為此，目前已有很多高?；贠BE理念開展計(jì)算機(jī)課程教學(xué)改革，通過教改制定“學(xué)習(xí)產(chǎn)出”課程目標(biāo)，梳理支撐課程目標(biāo)的教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，建設(shè)優(yōu)質(zhì)線上線下教學(xué)資源，開展各種豐富的教學(xué)活動(dòng)，并注重過程評(píng)價(jià)和形成性評(píng)價(jià)考核方式，以達(dá)提升教育質(zhì)量的目的，已成為應(yīng)用型本科院校開展課程教學(xué)改革的重要趨勢(shì)之一[4,5]。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一門計(jì)算機(jī)類相關(guān)專業(yè)的專業(yè)核心課程，主要是培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維和數(shù)據(jù)抽象能力，要求學(xué)生掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本知識(shí)點(diǎn)之后，能夠根據(jù)實(shí)際問題選擇恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)合理的算法和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，并對(duì)算法的時(shí)間和空間復(fù)雜度進(jìn)行分析[6]。而傳統(tǒng)的教學(xué)模式以教師課堂講授為主、以理論知識(shí)為主要內(nèi)容，學(xué)生學(xué)習(xí)課程的主動(dòng)性較差，課程學(xué)習(xí)結(jié)束后不能獨(dú)立自主地運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題[7]。OBE教學(xué)理念倡導(dǎo)一種以學(xué)生為中心、以成果導(dǎo)向?yàn)槟繕?biāo)的課程教學(xué)模式，可以有效解決傳統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存在的問題。為此，本文以提高數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的學(xué)習(xí)效果為目標(biāo)，借助OBE教學(xué)理念針對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程實(shí)施教學(xué)改革，使學(xué)生能夠利用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)獨(dú)立解決實(shí)際應(yīng)用問題，完成深度學(xué)習(xí)，并以期達(dá)到優(yōu)化教學(xué)的目的。

2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)現(xiàn)狀

結(jié)合筆者自身在應(yīng)用型本科院校多年數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)實(shí)踐情況，總結(jié)目前數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)現(xiàn)狀如下：

（1）注重理論教學(xué)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的教學(xué)中較注重理論教學(xué)，課上教師主要講解各類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本運(yùn)算及經(jīng)典應(yīng)用算法，且考核方式通常為卷面考試，學(xué)生大都以通過期末考試為目標(biāo)[8]。通常學(xué)生僅僅知道數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的課程地位以及是一門重要的考研課程，但通過一學(xué)期學(xué)習(xí)后，大部分學(xué)生僅僅掌握了能順利通過期末考試的知識(shí)點(diǎn)，并不清楚如何在實(shí)際應(yīng)用中使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的知識(shí)點(diǎn)，更有很多同學(xué)不能獨(dú)立將所學(xué)經(jīng)典算法通過編程方式在電腦中調(diào)試實(shí)現(xiàn)。

（2）知識(shí)點(diǎn)抽象難懂

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具有知識(shí)點(diǎn)繁多、經(jīng)典算法抽象難懂的特點(diǎn)。學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)上課時(shí)感覺自己能聽懂老師課上講的算法和例子，但是在課下練習(xí)時(shí)發(fā)現(xiàn)所學(xué)算法解決所做題目時(shí)出現(xiàn)障礙，或者不能獨(dú)立完成練習(xí)中類似較復(fù)雜的題目。在遇到上述問題時(shí)，學(xué)生課下又無法及時(shí)與教師或同學(xué)確認(rèn)課上所講的內(nèi)容，造成不能完全掌握知識(shí)點(diǎn)，久而久之就會(huì)出現(xiàn)“厭學(xué)”的問題。

（3）課程評(píng)價(jià)通常以考試為主

受傳統(tǒng)課程評(píng)價(jià)方式影響，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程評(píng)價(jià)通常是期末卷面考試，試卷內(nèi)容以理論知識(shí)點(diǎn)為主，編程應(yīng)用較少。課程評(píng)價(jià)方式?jīng)Q定了學(xué)生如何學(xué)習(xí)，為順利通過期末考試，學(xué)生往往采用題海戰(zhàn)術(shù)，對(duì)經(jīng)典算法的編程實(shí)現(xiàn)甚至出現(xiàn)考前突擊、死記硬背。

3 基于OBE理念的教學(xué)改革

基于OBE理念的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程改革實(shí)施過程如圖1所示。首先，依據(jù)國家工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)、IT行業(yè)發(fā)展需求、專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、人才培養(yǎng)方案確定畢業(yè)要求，在深刻理解畢業(yè)要求基礎(chǔ)上，結(jié)合OBE教育標(biāo)準(zhǔn)要求，制定基于OBE的“學(xué)習(xí)產(chǎn)出”課程教學(xué)目標(biāo)；其次，深入剖析所設(shè)定的教學(xué)目標(biāo)，梳理要完成各個(gè)子目標(biāo)所需要的知識(shí)點(diǎn)，以此來確定課程內(nèi)容并選定合適的參考教材；然后，在課程實(shí)施過程中，教師運(yùn)用恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法和教學(xué)手段開展教學(xué)，例如線上線下混合教學(xué)法，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立自主使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所授知識(shí)點(diǎn)解決實(shí)際應(yīng)用問題，以實(shí)現(xiàn)事先所設(shè)定的教學(xué)目標(biāo)；最后，依據(jù)所制定的課程目標(biāo)，建立一套形成性教學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)，以此衡量學(xué)生學(xué)習(xí)效果和發(fā)現(xiàn)教學(xué)中所出現(xiàn)的問題，并由此產(chǎn)生如圖1中兩個(gè)循環(huán)以實(shí)現(xiàn)課程優(yōu)化。

圖1 基于OBE理念的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程改革流程圖

3.1 制定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的“學(xué)習(xí)產(chǎn)出”目標(biāo)

“學(xué)習(xí)產(chǎn)出”目標(biāo)是支撐OBE課程改革的關(guān)鍵部分，它定義了畢業(yè)要求中的工程基礎(chǔ)知識(shí)，以及課程思政的要求，為課程內(nèi)容選定、教學(xué)實(shí)施和課程評(píng)價(jià)提供的重要依據(jù)。因此，在課程改革初始階段，我們首先制定出符合工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)發(fā)展需求、專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、人才培養(yǎng)方案和課程思政要求的課程目標(biāo)，使學(xué)生能夠通過學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程，掌握線性結(jié)構(gòu)和非線性結(jié)構(gòu)的邏輯結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)以及基本運(yùn)算，并理解經(jīng)典算法的實(shí)現(xiàn)過程，從而學(xué)會(huì)在實(shí)際應(yīng)用中能根據(jù)實(shí)際問題選擇合適的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，并能設(shè)計(jì)相應(yīng)算法。通過一系列的實(shí)踐任務(wù)，逐步達(dá)到具備分析問題、數(shù)據(jù)抽象和解決問題的能力，并能養(yǎng)成良好的程序撰寫習(xí)慣，為后續(xù)的課程和工作打下良好的基礎(chǔ)。具體課程目標(biāo)如下：

3.1.1 工程基礎(chǔ)知識(shí)目標(biāo)

（1）掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本理論和方法；

（2）掌握數(shù)據(jù)關(guān)系的四種基本結(jié)構(gòu)的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和操作運(yùn)算；

（3）掌握常用的查找、排序算法的基本原理和實(shí)現(xiàn)步驟。

工程基礎(chǔ)知識(shí)目標(biāo)主要是讓學(xué)生掌握常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的邏輯關(guān)系、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、操作特點(diǎn)及有關(guān)應(yīng)用，從而深入理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的基本概念、經(jīng)典算法解決問題的基本思想，以及優(yōu)缺點(diǎn)。

3.1.2 問題分析目標(biāo)

在理解經(jīng)典數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，能夠根據(jù)實(shí)際問題的應(yīng)用場(chǎng)景抽象出所解決問題的定義，且能恰當(dāng)選擇和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)元素的構(gòu)成和邏輯關(guān)系，形成計(jì)算思維模式，并能靈活高效地解決各種計(jì)算機(jī)典型應(yīng)用問題，具備計(jì)算思維能力。

3.1.3 研究目標(biāo)

針對(duì)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題，會(huì)綜合運(yùn)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本理論和設(shè)計(jì)方法，獨(dú)立自主設(shè)計(jì)合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，具備抽象思維能力，并能對(duì)所設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行可行性驗(yàn)證和評(píng)估。

3.2 依據(jù)“學(xué)習(xí)產(chǎn)出”目標(biāo)設(shè)定教學(xué)內(nèi)容

“學(xué)習(xí)產(chǎn)出”目標(biāo)為學(xué)生設(shè)計(jì)了學(xué)習(xí)成果藍(lán)圖之后，教師需設(shè)計(jì)符合完成所制定的學(xué)習(xí)目標(biāo)的教學(xué)內(nèi)容。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程包含的知識(shí)點(diǎn)較多，課程需要講解線性和非線性等十幾個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及具體的運(yùn)算實(shí)現(xiàn)，包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建，數(shù)據(jù)的增、刪、改、查找和排序等，這些運(yùn)算中有許多算法（如圖型關(guān)系中的算法）比較抽象難懂。此外，由于課程知識(shí)點(diǎn)較多，傳統(tǒng)以教師講授為主的教學(xué)模式，師生互動(dòng)較少，學(xué)生興趣不足，即使是那些編程能力較好的學(xué)生，在實(shí)現(xiàn)和調(diào)試這些算法時(shí)也有一定難度，久而久之，學(xué)生習(xí)慣于接受，不善于思考。因此，在教學(xué)內(nèi)容上，借助案例教學(xué)法，在重難點(diǎn)部分增加相應(yīng)算法案例，由教師選擇典型且難度適宜的項(xiàng)目，以恰當(dāng)?shù)男问桨褜W(xué)生帶入一種特定的真實(shí)項(xiàng)目或模擬項(xiàng)目情境中，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生利用已有的知識(shí)背景，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容與教學(xué)目標(biāo)的關(guān)系，如表1所示。

表1 課程內(nèi)容與教學(xué)目標(biāo)的關(guān)系

目標(biāo)A，針對(duì)所涉及的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過多項(xiàng)式操作、迷宮問題、銀行業(yè)務(wù)操作流程、家譜系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、排行榜系統(tǒng)等案例引入，導(dǎo)出其定義、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方法，讓學(xué)生了解其應(yīng)用場(chǎng)景，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

目標(biāo)B，經(jīng)過學(xué)習(xí)基本知識(shí)點(diǎn)后，運(yùn)用所學(xué)內(nèi)容完成目標(biāo)A中的實(shí)際案例，讓學(xué)生學(xué)會(huì)分析所要解決的問題的定義，根據(jù)問題目標(biāo)使用恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法實(shí)現(xiàn)，并分析實(shí)現(xiàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)。通過完成這些案例，讓學(xué)生掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本理論和實(shí)現(xiàn)方法。

目標(biāo)C，在講授完基本知識(shí)點(diǎn)后，引入一定的綜合案例的實(shí)現(xiàn)，例如，醫(yī)院叫號(hào)系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、暢通工程等，讓學(xué)生會(huì)綜合運(yùn)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的理論和實(shí)現(xiàn)方法解決計(jì)算機(jī)領(lǐng)域較復(fù)雜的問題，幫助學(xué)生獲得最大程度的成果感。

3.3 教學(xué)實(shí)施

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)過程主要包括課內(nèi)教學(xué)和課外教學(xué)兩個(gè)環(huán)節(jié)，其中課內(nèi)教學(xué)包括課堂教學(xué)和課內(nèi)實(shí)驗(yàn)；課外教學(xué)包括課后練習(xí)和實(shí)戰(zhàn)、在線課程資源學(xué)習(xí)等。由于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本運(yùn)算較多且經(jīng)典數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法較難理解，經(jīng)過多年教學(xué)，學(xué)生普遍反映難以在課堂中快速消化所講的算法。即使學(xué)習(xí)成績較好的同學(xué)，在課堂學(xué)習(xí)時(shí)間內(nèi)僅能掌握課堂所講算法，很難達(dá)到舉一反三，導(dǎo)致課后做練習(xí)和實(shí)驗(yàn)時(shí)無從下手。為解決該問題，在課堂理論授課時(shí)使用線上和線下混合的教學(xué)模式，利用“知識(shí)回放”方法，解決學(xué)生有針對(duì)性地強(qiáng)化知識(shí)難點(diǎn)的理解和掌握的問題，幫助學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)較好完成繁重的學(xué)習(xí)任務(wù)。線上，教師事先錄制好重難點(diǎn)知識(shí)的微課視頻，如經(jīng)典算法及應(yīng)用實(shí)例講解過程，然后將微課視頻和課程所需PPT上傳至線上平臺(tái)，例如釘釘群，讓學(xué)生能在課前預(yù)習(xí)、課后練習(xí)和復(fù)習(xí)時(shí)通過“知識(shí)回放”鞏固強(qiáng)化難點(diǎn)，以保證學(xué)生有針對(duì)性地鞏固知識(shí)難點(diǎn)。線上階段，教師可以通過釘釘群簽到進(jìn)行考勤，還可以通過視頻回放時(shí)間記錄學(xué)生學(xué)習(xí)情況。線下課堂教學(xué)，教師講解所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用場(chǎng)景以及實(shí)現(xiàn)方法，并讓學(xué)生參與討論實(shí)現(xiàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

此外，為加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，教師需建設(shè)一套練習(xí)題集和實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練題庫。習(xí)題集可以每次課后通過線上平臺(tái)實(shí)施在線練習(xí)，以檢測(cè)學(xué)生的掌握情況，根據(jù)學(xué)生完成情況調(diào)整教學(xué)進(jìn)度和教學(xué)方法。實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練題庫提供相應(yīng)編程題目，可供學(xué)生實(shí)驗(yàn)課使用，幫助學(xué)生鍛煉算法運(yùn)用。通過完成習(xí)題集和實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練題庫，學(xué)生掌握了數(shù)據(jù)組織方法和常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，從而培養(yǎng)了學(xué)生高級(jí)程序設(shè)計(jì)技能。

3.4 教學(xué)評(píng)價(jià)

教學(xué)評(píng)價(jià)主要是檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)狀況是否達(dá)到了所制定的“學(xué)習(xí)產(chǎn)出”目標(biāo)，而OBE教學(xué)理念注重課程學(xué)習(xí)過程中和結(jié)束后的所取得的學(xué)習(xí)成果，因此在教學(xué)評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)以過程性評(píng)價(jià)形式進(jìn)行考核。以本課程實(shí)施教學(xué)考核為例，課程總成績由平時(shí)成績、實(shí)驗(yàn)成績和期末成績組成（如表2所示），其中平時(shí)成績占30%，包括課堂考勤、課堂討論參與情況和作業(yè)完成情況；實(shí)驗(yàn)成績占20%，主要考核實(shí)際應(yīng)用能力和獨(dú)立思考能力；期末成績占總成績的50%，該成績通過期末考試給出。

表2 課程考核評(píng)價(jià)表

4 結(jié)語

本文以成果導(dǎo)向教育理念為指導(dǎo)，結(jié)合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存在的問題，實(shí)施了課程教學(xué)改革。首先制定了“學(xué)習(xí)產(chǎn)出”式教學(xué)目標(biāo)。然后，依據(jù)教學(xué)目標(biāo)制定了相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，應(yīng)用經(jīng)典的項(xiàng)目案例引導(dǎo)學(xué)生開展課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)，促使學(xué)生積極主動(dòng)地參與到課程學(xué)習(xí)活動(dòng)，并體驗(yàn)到課程學(xué)習(xí)的樂趣。其次，因數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識(shí)點(diǎn)繁多、經(jīng)典算法難懂等問題，教師建設(shè)在線課程視頻資源和習(xí)題庫，通過知識(shí)回放形式，幫助學(xué)生掌握在課堂講授時(shí)未消化的知識(shí)點(diǎn)，從而培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維和解決復(fù)雜工程問題的實(shí)踐能力。最后，打破傳統(tǒng)課程評(píng)價(jià)方式，在課程考核中加入了過程性考核，調(diào)動(dòng)了學(xué)生積極性，以達(dá)到畢業(yè)要求的各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)?；贠BE的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程改革在加強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用能力的基礎(chǔ)上，改善了教學(xué)效果，提升了教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到了優(yōu)化教學(xué)的目的。