摘 要：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是公安院校網(wǎng)絡(luò)安全與執(zhí)法專業(yè)的重要核心課程。然而，由于該課程知識(shí)點(diǎn)多、內(nèi)容抽象、實(shí)踐應(yīng)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的教學(xué)模式難以滿足新工科對(duì)人才培養(yǎng)的要求。鑒于此，從理論教學(xué)模式、實(shí)踐教學(xué)模式以及考核評(píng)價(jià)模式三個(gè)方面進(jìn)行改革，全面構(gòu)建了課程教學(xué)改革的整體思路和方案。新的教學(xué)模式以強(qiáng)化學(xué)生的主體地位為目標(biāo)，以“主動(dòng)引導(dǎo)—主動(dòng)培養(yǎng)—主動(dòng)實(shí)踐”為路線，有效地提升了學(xué)生的專業(yè)技能和綜合實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：新工科；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；教學(xué)改革

基金項(xiàng)目：河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目（編號(hào)：232102211031）；河南警察學(xué)院教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目“新工科背景下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革研究”（編號(hào)：JY2022024）；河南警察學(xué)院重點(diǎn)培育課程團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)”

作者簡介：王世豪（1987— ），男，河南警察學(xué)院副教授，研究方向?yàn)橛?jì)算智能及其應(yīng)用。

面對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的百年變局，國家相繼實(shí)施了“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等強(qiáng)國戰(zhàn)略。與此同時(shí)，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，旨在加速培養(yǎng)新興領(lǐng)域的工程科技人才。

在新工科建設(shè)的大背景下，公安技術(shù)類專業(yè)課程教學(xué)改革備受矚目。河南警察學(xué)院的網(wǎng)絡(luò)安全與執(zhí)法專業(yè)，作為公安技術(shù)類專業(yè)之一，肩負(fù)著培養(yǎng)河南公安網(wǎng)絡(luò)警察的重任。經(jīng)過多年的發(fā)展，該專業(yè)已為河南各級(jí)公安機(jī)關(guān)輸送了近千名網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)人才，為維護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全提供了堅(jiān)實(shí)的人才保障。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)安全與執(zhí)法專業(yè)的核心課程，受其知識(shí)點(diǎn)繁多、專業(yè)性強(qiáng)、內(nèi)容抽象和編程復(fù)雜度高等因素的影響，大多數(shù)學(xué)生在基礎(chǔ)知識(shí)的掌握和實(shí)際應(yīng)用上存在一定的問題，特別是死記硬背和應(yīng)試教育的現(xiàn)象較為普遍。鑒于新工科建設(shè)突出創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)，如何將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于解決實(shí)際問題，提升學(xué)生的動(dòng)手和實(shí)踐能力，成為該課程教學(xué)改革的重點(diǎn)。

本文以河南警察學(xué)院為例，深入探討了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革中所實(shí)施的“以學(xué)生為中心”的教學(xué)模式，注重知識(shí)傳授與能力培養(yǎng)的有機(jī)結(jié)合，更加側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，以滿足新工科對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全類人才的迫切需求。

一、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程現(xiàn)狀分析

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)安全與執(zhí)法專業(yè)大學(xué)本科二年級(jí)學(xué)生的必修課，總學(xué)時(shí)為64學(xué)時(shí)，包含理論教學(xué)32學(xué)時(shí)和實(shí)踐教學(xué)32學(xué)時(shí)。作為一門兼具理論性與實(shí)踐性的專業(yè)課程，該課程呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：

第一，知識(shí)繁雜且抽象，理解、掌握和應(yīng)用的難度較大。本課程的前半部分內(nèi)容著重探討各種基本類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用，如線性表、樹、圖等；后半部分主要討論查找和排序的各種實(shí)現(xiàn)方法及其綜合分析比較，如動(dòng)態(tài)查找、哈希表、內(nèi)部排序等。相對(duì)于課程知識(shí)的廣度和深度，32學(xué)時(shí)的理論教學(xué)時(shí)長明顯不足。

第二，當(dāng)前理論教學(xué)存在既有“滿堂灌”的教學(xué)方式，又有流于形式的翻轉(zhuǎn)課堂，這些教學(xué)方式難以有效地激發(fā)學(xué)生探索知識(shí)的興趣和獨(dú)立思考的動(dòng)力。前者主要以教師單向的課堂講授為主；而后者受多種因素的影響，存在“翻而不轉(zhuǎn)”的現(xiàn)象，其實(shí)質(zhì)上仍然是“先教后學(xué)”的傳統(tǒng)教學(xué)模式。顯然，這些教學(xué)方法仍以信息傳遞為主，缺乏師生之間的有效互動(dòng)和學(xué)生之間的討論交流，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和活躍度，削弱了對(duì)學(xué)生獨(dú)立思考能力的培養(yǎng)。

第三，實(shí)踐教學(xué)方式單一，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。實(shí)踐教學(xué)本應(yīng)是對(duì)理論教學(xué)的強(qiáng)化和鞏固，但目前的實(shí)踐教學(xué)主要是根據(jù)理論教學(xué)的進(jìn)度來安排相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。這些實(shí)訓(xùn)內(nèi)容過于簡單，缺乏深度和層次性，學(xué)生按部就班即可完成。這種單一的實(shí)踐教學(xué)方式，很大程度上容易導(dǎo)致學(xué)生思維的僵化，不利于創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)，導(dǎo)致實(shí)踐和應(yīng)用能力的欠缺。

第四，考核評(píng)價(jià)模式單一，缺乏合理性和公平性。目前該課程的考核采用“總評(píng)成績=期末成績×70%+平時(shí)成績×30%”的計(jì)算方式。其中，期末成績比重偏大，且考試多采用傳統(tǒng)的紙質(zhì)試卷形式，理論考查較多，編程實(shí)踐考查較少。重期末、輕平時(shí)的考核評(píng)價(jià)方式忽視了過程考核的重要性。以結(jié)果為導(dǎo)向的評(píng)價(jià)方式難以有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不利于學(xué)生綜合能力的提升。

二、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革探索

針對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的現(xiàn)狀，開展相應(yīng)的教學(xué)改革研究，具體方案如下：

（一）理論教學(xué)模式改革

理論教學(xué)模式改革強(qiáng)調(diào)“以學(xué)生為中心”，充分發(fā)揮教師的引領(lǐng)作用，著力培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。在此過程中，將案例式教學(xué)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)、線上線下混合式教學(xué)巧妙地融入理論授課中。

1.案例式教學(xué)。教師通過將局部知識(shí)體系以具體案例的形式呈現(xiàn)，按照“導(dǎo)入—講解—分析—驗(yàn)證”的流程進(jìn)行理論教學(xué)，從而將原本抽象復(fù)雜的理論知識(shí)以簡單易懂的方式呈現(xiàn)給學(xué)生，有助于學(xué)生更好地理解、掌握和應(yīng)用知識(shí)。例如，在講解樹形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，可以將計(jì)算機(jī)中文件夾的存儲(chǔ)方式作為案例進(jìn)行分析，將每個(gè)文件夾比作一個(gè)結(jié)點(diǎn)，文件夾下的文件（如pdf、doc、txt等）則視為葉子結(jié)點(diǎn)。教師通過案例式教學(xué)，將枯燥且抽象難懂的理論知識(shí)實(shí)例化、淺顯化，更易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立思考。

2.任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)。教師在教學(xué)過程中圍繞教學(xué)目標(biāo)，將知識(shí)點(diǎn)巧妙嵌入具體任務(wù)中，學(xué)生在教師的幫助和引導(dǎo)下，通過自主探索和團(tuán)隊(duì)協(xié)作完成既定任務(wù)。比如，在教授單鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)，教師可以以構(gòu)建教學(xué)班級(jí)信息管理系統(tǒng)為任務(wù)，將其細(xì)化為學(xué)生信息的新增、修改、刪除和查詢四個(gè)既獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)的模塊，接著將學(xué)生分為四組，每組負(fù)責(zé)完成一個(gè)模塊。組內(nèi)成員之間和不同組之間通過相互交流、共同探索來實(shí)現(xiàn)任務(wù)的順利完成。

3.線上線下混合式理論教學(xué)。為了彌補(bǔ)32學(xué)時(shí)的理論課時(shí)不足，基于超星學(xué)習(xí)通和雨課堂兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，采用線上線下混合式教學(xué)法對(duì)課程的理論教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化后的教學(xué)設(shè)計(jì)將知識(shí)傳授環(huán)節(jié)移至課外，而將知識(shí)內(nèi)化置于課中。理論課上師生面對(duì)面的交流協(xié)作，使學(xué)生能夠更好地吸收、消化和鞏固所學(xué)知識(shí)，從而提高課堂教學(xué)效果。這種教學(xué)模式不僅解決了理論課時(shí)不足的問題，還培養(yǎng)了學(xué)生的課外自主學(xué)習(xí)能力。同時(shí)，采用“先解決問題后觀看微視頻”的翻轉(zhuǎn)課堂模式，實(shí)現(xiàn)了“先學(xué)后教”“以學(xué)定教”的教學(xué)理念，更好地發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，并激發(fā)了學(xué)生的求知欲和探索欲。

（二）實(shí)踐教學(xué)模式改革

實(shí)踐教學(xué)模式改革更加注重實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。因此，課題組構(gòu)建了“科研項(xiàng)目+學(xué)科競賽雙驅(qū)動(dòng)、線上線下混合式實(shí)踐教學(xué)”的新模式。

1.科研項(xiàng)目+學(xué)科競賽雙驅(qū)動(dòng)實(shí)踐教學(xué)。該教學(xué)法以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為宗旨，鼓勵(lì)并支持學(xué)生參與教師的科研項(xiàng)目和與課程相關(guān)的學(xué)科競賽。同時(shí)，將科研項(xiàng)目和學(xué)科競賽中涉及的課程相關(guān)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為可操作的實(shí)踐任務(wù)，進(jìn)而提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力。參與的科研項(xiàng)目包括河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目、河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目等；學(xué)科競賽則包括“藍(lán)橋杯”程序設(shè)計(jì)大賽、“強(qiáng)國杯”大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用競賽等。

2.線上線下相結(jié)合的混合式實(shí)踐教學(xué)。將實(shí)踐教學(xué)分為模塊化實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)兩部分。在線下，學(xué)生通過上機(jī)操作完成與章節(jié)知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的模塊化實(shí)驗(yàn)，鞏固和強(qiáng)化理論知識(shí)。同時(shí)，將科研項(xiàng)目和學(xué)科競賽中與課程緊密相關(guān)的內(nèi)容整合成實(shí)際案例，并上傳至在線實(shí)踐平臺(tái)（如EduCoder），學(xué)生可以通過在線實(shí)踐平臺(tái)進(jìn)行編程實(shí)踐的訓(xùn)練，從而提高解決實(shí)際應(yīng)用問題的能力。

（三）考核評(píng)價(jià)模式改革

考核評(píng)價(jià)模式的改革旨在構(gòu)建一個(gè)“多元化、過程化”的評(píng)價(jià)體系，以此打破原有的靜態(tài)考核模式，實(shí)現(xiàn)從“重結(jié)果”“重分?jǐn)?shù)”向“重過程”“重能力”的轉(zhuǎn)變，從而客觀、全面、真實(shí)地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，進(jìn)而充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。從“多元化”的評(píng)價(jià)角度出發(fā)，對(duì)學(xué)生在課前、課中和課后學(xué)習(xí)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行全方位的考核評(píng)價(jià)；從“過程化”評(píng)價(jià)角度出發(fā)，多維度、客觀地全面評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的出勤率、參與度、積極度，以及實(shí)驗(yàn)完成度和正確率，還有項(xiàng)目完成的完整性和創(chuàng)新性。

理論教學(xué)改革為實(shí)踐教學(xué)改革提供了支撐，而實(shí)踐教學(xué)改革則通過反饋實(shí)現(xiàn)對(duì)理論教學(xué)改革的反哺；同時(shí)，考核評(píng)價(jià)改革對(duì)理論和實(shí)踐教學(xué)改革的成效進(jìn)行實(shí)時(shí)綜合評(píng)估，并為其提供有價(jià)值的反饋，進(jìn)而促進(jìn)理論與實(shí)踐的持續(xù)改革。這三者之間相輔相成，相互協(xié)同，形成了一個(gè)有機(jī)的閉環(huán)。

三、教學(xué)改革取得的成效

自教學(xué)改革實(shí)施以來，課題組指導(dǎo)的學(xué)生在2022年“強(qiáng)國杯”大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用競賽中獲得全國一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)；在2023年第六屆全國大學(xué)生大數(shù)據(jù)技能競賽中獲得全國二等獎(jiǎng)；在2023年河南省“天翼杯”電信和互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)人工智能訓(xùn)練師（大數(shù)據(jù)分析）職業(yè)技能競賽中獲得一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)；在第十三、十四屆“藍(lán)橋杯”程序設(shè)計(jì)大賽中獲得河南賽區(qū)一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)。此外，課題組成員多次獲得“優(yōu)秀指導(dǎo)教師”等榮譽(yù)。

在新工科背景下，傳統(tǒng)以講授式為主的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)模式在激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、培養(yǎng)實(shí)踐和創(chuàng)新能力方面顯現(xiàn)出不足。基于此，筆者對(duì)課程的理論教學(xué)模式、實(shí)踐教學(xué)模式以及考核評(píng)價(jià)模式進(jìn)行了全面的改革。改革成效表明，新的教學(xué)模式能夠有效調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，促進(jìn)了他們的自主學(xué)習(xí)，使其專業(yè)技能和綜合應(yīng)用能力都得到了顯著提升。此外，本文的研究成果也能為面向程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)恢復(fù)等課程的教學(xué)改革提供一定的參考。

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責(zé)編：應(yīng) 圖