張晴　高廣銀

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；學(xué)科競賽；產(chǎn)教融合；PTA

中文分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）03-0174-03

0 引言

編程是計(jì)算機(jī)科學(xué)中最基礎(chǔ)、最重要的一部分，是創(chuàng)造力和創(chuàng)新能力的體現(xiàn)[1]。學(xué)科競賽是推動高校編程教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、分析問題及解決問題的實(shí)踐能力的重要平臺，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和主動探索[2-3]。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)類專業(yè)理論性和實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)核心課程，在課程體系中起著承上啟下的作用，該課程對培養(yǎng)學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力、邏輯思維能力及解決復(fù)雜工程問題的能力起著極為重要的作用。南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院是一所培養(yǎng)應(yīng)用型人才的高校，其計(jì)算機(jī)教學(xué)鼓勵學(xué)生積極參加藍(lán)橋杯大賽、中國高校計(jì)算機(jī)大賽等權(quán)威賽事，培養(yǎng)了一批優(yōu)秀人才[4]。為了進(jìn)一步提升教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力，將學(xué)科競賽拔到新的高度，對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)進(jìn)行改革。

1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)存在的問題分析

1.1 課程目標(biāo)不清晰

在學(xué)期末進(jìn)行學(xué)情調(diào)查時，學(xué)生普遍反饋數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容抽象、學(xué)習(xí)有難度，究其原因是：一方面，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中概念多，形式化符號多，偽代碼多，這些抽象的概念和符號天然地成為南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院學(xué)生學(xué)習(xí)的障礙，學(xué)生在某一知識點(diǎn)上產(chǎn)生畏懼心理[5]，就會停滯不前，或者想著繞開，甚至一些只需要了解的知識點(diǎn)，因?yàn)樗膽?yīng)用比較難，也會讓學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒；另一方面，課程教學(xué)內(nèi)容組織不夠合理，學(xué)生反映感覺學(xué)習(xí)內(nèi)容都是重點(diǎn)，三大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)兩大算法都是重點(diǎn)，大而全的教學(xué)內(nèi)容和要求讓學(xué)生力不從心，學(xué)生缺少更清晰的課程目標(biāo)作為指引。

1.2 課程知識銜接不夠

本課程的前驅(qū)課程主要是編程語言課程、離散數(shù)學(xué)等，大學(xué)一年級期間學(xué)習(xí)完編程語言課后，不少同學(xué)只停留在語言語法知識的了解，知識的運(yùn)用還不熟，編程思維能力仍然欠缺[6]。學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)需要先學(xué)習(xí)編程語言課程，具備相應(yīng)的編程能力，但計(jì)算機(jī)思維能力的培養(yǎng)需要大量的實(shí)踐積累，因而有必要結(jié)合編程語言課中數(shù)組、結(jié)構(gòu)體以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中部分查找、排序、順序棧等知識點(diǎn)強(qiáng)化編程訓(xùn)練，夯實(shí)編程基本功，只有通過足夠的練習(xí)，量變引起質(zhì)變，才能使得學(xué)生達(dá)到要求的能力，那么，在訓(xùn)練過程中可以引入部分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念，實(shí)現(xiàn)課程知識的無縫銜接。

1.3 課程考核體系不健全

傳統(tǒng)的課程考核方式以期末筆試為主，平時實(shí)驗(yàn)為輔，這樣的考核方式工作量小，也能一定程度反映學(xué)習(xí)情況，但是在提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣方面很難有效果，同時也不夠全面。例如有些學(xué)生動手能力強(qiáng)，對抽象的理論知識、算法原理以及解題不擅長，但是對于應(yīng)用算法或者編程語言工具包解決實(shí)際問題感興趣；一些同學(xué)編程能力稍弱，但是有較好的數(shù)理基礎(chǔ)，對于算法設(shè)計(jì)和分析更感興趣；還有些同學(xué)喜歡跟著團(tuán)隊(duì)做項(xiàng)目，完成實(shí)際項(xiàng)目可以帶來成就感。那么，該課程需要探索更全面的考核評價方式，在考核學(xué)生課程學(xué)習(xí)的同時，更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)改革與成效

2.1 建立產(chǎn)教融合型師資團(tuán)隊(duì)，創(chuàng)新教學(xué)形式

南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院于2016年申報(bào)了由教育部學(xué)校規(guī)劃建設(shè)發(fā)展中心聯(lián)合曙光信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司實(shí)施的數(shù)據(jù)中國“百校工程”項(xiàng)目并獲批，探索產(chǎn)教融合辦學(xué)模式。根據(jù)我校應(yīng)用型人才培養(yǎng)定位，企業(yè)方派駐8名工程師駐校，校企雙方共同制定人才培養(yǎng)方案，共同制定課程教學(xué)大綱、共同開發(fā)應(yīng)用型課程、共同進(jìn)行課程授課、共同指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì)、共同進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控等，實(shí)施深度產(chǎn)教融合、共育高水平應(yīng)用型人才。該平臺有力地支撐了南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院專業(yè)建設(shè)與課程建設(shè)，2019—2020年獲批2個江蘇省一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)（計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、軟件工程專業(yè)），獲批1門國家級一流本科課程（Java程序設(shè)計(jì)）。

該經(jīng)驗(yàn)有效地啟發(fā)了其他課程建設(shè)，2019年申報(bào)了校級教改課題“應(yīng)用型本科高校數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革研究”，開展數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革研究。首先學(xué)習(xí)一流課程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，成立了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程產(chǎn)教融合型教學(xué)小組（以下簡稱教學(xué)小組），由3名學(xué)校教師及1名企業(yè)工程師組成，如表1所示。教學(xué)小組實(shí)行集體備課，統(tǒng)一教學(xué)思想，形成趨于一致的風(fēng)格，定期開展說課、聽課、評課等教學(xué)研討活動，提高教學(xué)水平；教學(xué)小組創(chuàng)新教學(xué)形式，實(shí)行平行班級按章節(jié)及知識點(diǎn)授課，充分發(fā)揮教師個人特長，以及對某些知識點(diǎn)深入研究的優(yōu)勢。學(xué)生們反饋，一門課程有多位老師上課，新面孔有新鮮感，注意力特別集中，課程學(xué)完了仍然有后勁；雙師授課，加強(qiáng)了對多門課程關(guān)系的了解，加深了對知識點(diǎn)的理解，加大了對編程的訓(xùn)練。

2.2 以學(xué)科競賽為綱，重構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容

計(jì)算機(jī)學(xué)科競賽的課程群主要包括“程序設(shè)計(jì)語言”“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”及“算法分析與設(shè)計(jì)”等課程，教學(xué)小組結(jié)合多年授課經(jīng)驗(yàn)、指導(dǎo)學(xué)科競賽經(jīng)驗(yàn)、雙創(chuàng)及考研輔導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)，以學(xué)科競賽為綱，梳理出相關(guān)知識點(diǎn)，確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為學(xué)科競賽承上啟下的紐帶作用，制定課程目標(biāo)，重構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容，讓課程教學(xué)時間節(jié)點(diǎn)更合適，內(nèi)容銜接更得當(dāng)。

課程內(nèi)容重構(gòu)為三部分[7]，如表2所示。第一，前置篇。前置篇承上，拓展程序設(shè)計(jì)語言課內(nèi)容，引入學(xué)科競賽題目，使得學(xué)生初步了解學(xué)科競賽，樹立學(xué)習(xí)目標(biāo)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。例如通過介紹斐波拉契數(shù)列的不同解法，讓學(xué)生切實(shí)感受算法的效率，了解時間復(fù)雜度等概念；通過介紹基數(shù)排序、計(jì)數(shù)排序等，讓學(xué)生深刻了解處理不同數(shù)據(jù)選擇不同方法的重要性；通過數(shù)組實(shí)現(xiàn)棧、隊(duì)列，并應(yīng)用于解決進(jìn)制轉(zhuǎn)換、表達(dá)式轉(zhuǎn)換與計(jì)算、迷宮游戲等問題，引導(dǎo)學(xué)生積極探索數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的世界[8]。第二，主體篇。主體篇全面地介紹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的邏輯結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)等概念，理論與實(shí)踐相結(jié)合的形式讓學(xué)習(xí)具有系統(tǒng)性、完整性。第三，創(chuàng)新篇。創(chuàng)新篇啟下，著重介紹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，尤其是應(yīng)用于解決復(fù)雜問題，通過融入算法設(shè)計(jì)與分析的內(nèi)容及部分創(chuàng)新項(xiàng)目的內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)形式、考核評價方式，提高學(xué)生獨(dú)立思考、系統(tǒng)思維能力及編程解決實(shí)際問題的能力，為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)開拓新的視野。

2.3 搭建學(xué)科競賽平臺，任務(wù)清單式教學(xué)

搭建學(xué)科競賽平臺，有力支撐數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)。學(xué)校以一流專業(yè)及一流課程建設(shè)為契機(jī)，購買了PTA平臺（程序設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)平臺），該平臺是權(quán)威賽事中國高校計(jì)算機(jī)大賽的官方指定平臺，不僅擁有學(xué)科競賽真題、模擬題庫，還有開放的浙江大學(xué)課程資源，以及可以自建課程，具有學(xué)生管理、題庫管理、在線考試及評測、反作弊檢測、排行榜、成績分析等功能。學(xué)生通過賬號登錄即可使用PTA平臺，保留所有的學(xué)習(xí)軌跡，在線評測結(jié)果讓學(xué)生及時地了解其完成情況，針對未通過的測試實(shí)例進(jìn)一步調(diào)試、糾錯，學(xué)習(xí)成果能夠看得到，對編程的學(xué)習(xí)起到良好的激勵效果。

發(fā)布任務(wù)清單，勾勒學(xué)習(xí)藍(lán)圖，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)。結(jié)合本課程內(nèi)容及學(xué)科競賽題目難度，按基礎(chǔ)、提高、綜合三個層次設(shè)計(jì)題庫，發(fā)布任務(wù)清單，給學(xué)生一個清晰的目標(biāo)，常規(guī)任務(wù)設(shè)置為定時開放，要求按規(guī)定時間完成，這既增強(qiáng)學(xué)生的效率意識，也培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，同時也減輕了教師批改題目的工作量，讓教師能夠投入更多的時間鉆研和設(shè)計(jì)好的案例。反作弊功能確保學(xué)生成績的真實(shí)性，促進(jìn)形成良好誠信氛圍。此外，不定期發(fā)布一些“懸賞”任務(wù)[9]，激發(fā)學(xué)生求知欲望，調(diào)動學(xué)生參與實(shí)踐的積極性，鼓勵學(xué)生勇于開拓進(jìn)取，培養(yǎng)自學(xué)能力、競爭意識。

2.4 建立多元評價機(jī)制，考核過程化

構(gòu)建以學(xué)生為中心的多元評價體系，課程考核實(shí)施過程化[10]。一、學(xué)科競賽成績可以置換課程成績。編程興趣是逐步建立的，編程能力是通過實(shí)踐提高的，因而允許學(xué)生大學(xué)階段通過專業(yè)內(nèi)權(quán)威賽事獲獎成績置換相關(guān)課程成績。二、課程考核分為理論、實(shí)驗(yàn)、任務(wù)、報(bào)告等多個方面，各個方面設(shè)置不同權(quán)重，采用不同形式，定量與定性相結(jié)合，全面地評價學(xué)生課程成績。理論考試、任務(wù)清單等通過系統(tǒng)自動評測出分?jǐn)?shù)，考查學(xué)生知識掌握和運(yùn)用能力，實(shí)驗(yàn)考查學(xué)生分析和動手能力，報(bào)告考查學(xué)生自主探究及溝通協(xié)作表達(dá)能力。同時，通過問卷形式了解學(xué)生對課程目標(biāo)達(dá)成情況，對PTA平臺的使用情況，對課程的滿意度，對教師的建議等，教學(xué)小組分析收集的信息，評價課程教學(xué)效果，研討課程持續(xù)改進(jìn)。

2.5 學(xué)科競賽普及化，促進(jìn)教學(xué)高質(zhì)量

近些年來，學(xué)科競賽與課程教學(xué)改革相輔相成，一方面學(xué)科競賽提出了課程改革需求，推動了相關(guān)課程教學(xué)改革，另一方面，課程教學(xué)改革也促進(jìn)了學(xué)科競賽發(fā)展，教師和學(xué)生成果不斷涌現(xiàn)。例如張老師參加青年教師講課競賽，參賽課程為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，獲得市級一等獎；“最短路徑問題——Dijkstra算法”獲得江蘇省高校微課教學(xué)比賽三等獎。王老師指導(dǎo)學(xué)生在藍(lán)橋杯、中國高校計(jì)算機(jī)大賽中表現(xiàn)優(yōu)異，穩(wěn)定地獲得國家級獎項(xiàng)，獲獎人數(shù)和獲獎層次逐年提高。其他老師結(jié)合課程內(nèi)容輔導(dǎo)完成學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、參加考研復(fù)試，多名學(xué)生由于突出的編程實(shí)力順利達(dá)成目標(biāo)。

3 結(jié)束語

學(xué)科競賽是編程語言課程群教學(xué)的延伸和拓展，能夠培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識分析和解決復(fù)雜問題的能力、實(shí)踐創(chuàng)新能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。在一流專業(yè)、一流課程建設(shè)的背景下，圍繞學(xué)科競賽主線，對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)，建立產(chǎn)教融合型師資團(tuán)隊(duì)，按章節(jié)知識點(diǎn)進(jìn)行授課，依托學(xué)科競賽在線評測PTA平臺實(shí)施教學(xué)及管理，建立多元評價機(jī)制，實(shí)施過程化考核并形成規(guī)范的學(xué)習(xí)檔案，探索并實(shí)踐了一個理論夠用、平臺通用、實(shí)踐案例有用、評價機(jī)制好用的培養(yǎng)應(yīng)用型人才的教學(xué)模式。

【通聯(lián)編輯：梁書】