摘"要：在新工科教育背景下，為了提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，借助OBE教育理念，以“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的課程內(nèi)容改革、教學(xué)技法革新及評估體系優(yōu)化為導(dǎo)向進(jìn)行探索。因此，本文提出了一種基于OBE教育理念的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”新工科設(shè)計(jì)與實(shí)踐方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在OBE教育理念導(dǎo)向下，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程顯著增強(qiáng)了學(xué)生的邏輯思維與實(shí)戰(zhàn)技巧。此外，對新工科背景下的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程未來發(fā)展提出了相應(yīng)的策略和建議，以不斷深化OBE教育理念在“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程中的應(yīng)用與實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：OBE教育理念；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；新工科教育背景

1"概述

隨著信息技術(shù)的迭代更新和新興技術(shù)的崛起，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程對鍛煉學(xué)生的編碼技巧、工程實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力尤為重要。其中，傳統(tǒng)教學(xué)法以教師為主導(dǎo)，但該方法可能會削弱學(xué)生主體性和實(shí)踐技能。因此，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的教學(xué)改革十分重要，以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力與工程實(shí)踐能力。

在教育領(lǐng)域，基于學(xué)習(xí)成果的教育（Outcome"Based"Education，OBE）作為一種新興的教學(xué)理念，其正在全球范圍內(nèi)受到越來越多的關(guān)注［1］。OBE是一種以學(xué)習(xí)者為中心，目標(biāo)成果為驅(qū)動的教育哲學(xué)，其主張通過清晰界定教學(xué)目的與學(xué)習(xí)成就，引領(lǐng)學(xué)生自主探索與自我反省，恰好符合新工科教育需求［2］。在新工科教育的影響下，中國的高等教育機(jī)構(gòu)開始注重將OBE的理念融入課程設(shè)計(jì)與教學(xué)實(shí)踐中，以更好地滿足中國高等教育的需求［3］。因此，本研究探索將OBE理念與“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程進(jìn)行深度融合，為新工科教育環(huán)境下的課程改革提出一系列可行思路與實(shí)例參考［4］。

2"“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程分析

2.1"“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的重要性

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”是基礎(chǔ)編程和算法設(shè)計(jì)的橋梁，該課程通過深入學(xué)習(xí)數(shù)組、鏈表、棧、隊(duì)列、樹和圖等知識，使得學(xué)生能靈活運(yùn)用“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”特性深入研究“算法分析”“操作系統(tǒng)原理”等課程［5］。在實(shí)際工程優(yōu)化問題中，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”具有很強(qiáng)的實(shí)用性，選擇合適的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”能提高系統(tǒng)性能，如可以對數(shù)據(jù)庫的索引進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而提升查詢效率、網(wǎng)絡(luò)通信中的高效緩沖區(qū)管理等。

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能的迅速發(fā)展，合理應(yīng)用“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”對設(shè)計(jì)高效算法和求解數(shù)學(xué)模型尤為重要［6］。此外，如何高效地將理論與實(shí)踐結(jié)合以提升學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識，也成為教學(xué)實(shí)踐中的關(guān)鍵因素。因此，教育者應(yīng)采取豐富多樣的教學(xué)模式，從而提升教學(xué)效果［7］。

2.2"“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的傳統(tǒng)教學(xué)模式

在傳統(tǒng)教學(xué)中，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程以教師為導(dǎo)向，該模式注重詳盡的理論講解與配套習(xí)題練習(xí)，使得學(xué)生能熟練掌握“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的原理與方法。該模式雖然在基礎(chǔ)知識的構(gòu)建上發(fā)揮了作用，但其可能會抑制學(xué)生的主動探索能力與創(chuàng)新能力。

2.3"新工科背景下的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”教學(xué)需求

在新工科教育模式下，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程不是簡單的理論堆砌，而是應(yīng)該轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€強(qiáng)有力的載體，以提升學(xué)生解決復(fù)雜工程難題的能力，其強(qiáng)調(diào)將理論知識與實(shí)踐應(yīng)用創(chuàng)新性地結(jié)合。面對新工科的要求，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程內(nèi)容亟須更新，與最新的技術(shù)進(jìn)展及行業(yè)動向保持同步［3］。例如，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和人工智能的蓬勃興起，課程應(yīng)融入分布式數(shù)據(jù)處理、高效數(shù)據(jù)索引技術(shù)及機(jī)器學(xué)習(xí)中“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的應(yīng)用等內(nèi)容，以反映實(shí)際應(yīng)用的新需求。

在教學(xué)方法上，新工科教學(xué)強(qiáng)調(diào)通過主動學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作增強(qiáng)學(xué)生的能力，提倡以項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)、案例分析和團(tuán)隊(duì)協(xié)作等模式，讓學(xué)生在解決實(shí)際問題的過程中深刻體會“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的應(yīng)用價值與優(yōu)化策略［8］。其中，創(chuàng)新思維的培養(yǎng)是新工科教育的核心之一，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”教學(xué)亦需要融入這一理念。通過設(shè)計(jì)開放性問題、創(chuàng)新項(xiàng)目設(shè)計(jì)和研究型學(xué)習(xí)任務(wù)，可以有效激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和求知欲。同時，評價體系也需要革新，確保全面考量學(xué)生的理論功底、實(shí)踐技能、創(chuàng)新能力及團(tuán)隊(duì)合作能力。

3"OBE教育理念在“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程中的應(yīng)用

3.1"課程目標(biāo)的設(shè)定

在新工科教育框架下，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的目標(biāo)應(yīng)注重前瞻性與實(shí)踐性，不僅需要傳授經(jīng)典“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”知識，還需要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和探索新興技術(shù)，如大數(shù)據(jù)處理、云計(jì)算、人工智能等知識。此外，還需借助以項(xiàng)目導(dǎo)向?qū)W習(xí)、案例研討和實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐等互動式教學(xué)法，使得學(xué)生在解決實(shí)際工程問題中運(yùn)用“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的知識，進(jìn)而提升學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。

3.2"教學(xué)內(nèi)容與方法的創(chuàng)新

教學(xué)內(nèi)容與方法創(chuàng)新是激發(fā)學(xué)生潛能的關(guān)鍵因素，其中包含項(xiàng)目導(dǎo)向?qū)W習(xí)和“翻轉(zhuǎn)課堂”模式的創(chuàng)新策略。其中，項(xiàng)目導(dǎo)向?qū)W習(xí)以學(xué)生為中心，讓學(xué)生親自解決實(shí)際的項(xiàng)目，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和內(nèi)在動力。而“翻轉(zhuǎn)課堂”模式與傳統(tǒng)教學(xué)相反，即學(xué)生在課前以視頻資料和閱讀材料為主導(dǎo)，而課堂時間深入討論、解決疑問和開展深度學(xué)習(xí)活動。因此，教師提前錄制“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的視頻教程給學(xué)生，而課堂上通過互動討論、編程實(shí)踐和案例研究等形式，促進(jìn)知識的消化吸收與應(yīng)用實(shí)踐。

這兩項(xiàng)創(chuàng)新教學(xué)方法不僅增強(qiáng)了學(xué)生的參與度與成效，還促進(jìn)了批判性思維與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。當(dāng)然，實(shí)施這些新教學(xué)模式要求教育者做好充分的準(zhǔn)備工作，包括開發(fā)高質(zhì)量的教學(xué)材料、精心設(shè)計(jì)實(shí)踐項(xiàng)目等。

3.3"教學(xué)評價與反饋機(jī)制

除了教學(xué)內(nèi)容與方法的創(chuàng)新，課程的教育評價與反饋機(jī)制也是同樣是確保教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在新工科教育的框架下，一個全面且高效的評價系統(tǒng)不僅能夠全面衡量學(xué)生的學(xué)習(xí)成就，還能為教學(xué)活動的持續(xù)優(yōu)化提供寶貴依據(jù)?；谶@個目標(biāo)，第一個評價創(chuàng)新的舉措是強(qiáng)化形成性評價的連續(xù)性實(shí)施。這種評價模式側(cè)重于學(xué)習(xí)旅程中的持續(xù)監(jiān)督，通過頻繁的信息收集與即時反饋，學(xué)生能夠?qū)崟r把握自身的學(xué)習(xí)動態(tài)與改進(jìn)空間。實(shí)踐中，教師可借助數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺，布置周期性的快速測試、編程實(shí)踐任務(wù)和反思日志撰寫，細(xì)膩捕捉學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡和理解深度。第二個創(chuàng)新點(diǎn)是構(gòu)建開放互動的反饋生態(tài)系統(tǒng)，鼓勵學(xué)生在評價過程中發(fā)揮積極作用。通過自評和同學(xué)之間的互評，提升學(xué)生的批判性思維和自我反省能力，進(jìn)而讓學(xué)生從外界對自己評價更加全面客觀地看待自己，營造一個互助共進(jìn)的學(xué)習(xí)氛圍。

4"“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的新工科實(shí)踐案例分析

4.1"案例選擇與背景介紹

在案例選取方面，為了提供“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”教學(xué)改革的畫面感，展示其應(yīng)用環(huán)境和實(shí)例詳情，具體聚焦了兩大案例。這兩大案例入選的原因是它們均在課程革新、內(nèi)容升級及教學(xué)模式創(chuàng)新方面展現(xiàn)了突出特點(diǎn)和實(shí)績。第一個案例是某知名工程技術(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)內(nèi)部實(shí)施的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程改革。這所高?！皵?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程整合了眾多當(dāng)代信息技術(shù)資源及工程實(shí)踐實(shí)例，培育學(xué)生的創(chuàng)新能力與應(yīng)對復(fù)雜挑戰(zhàn)的能力。其課程設(shè)計(jì)策略性地融合理論與實(shí)踐，利用真實(shí)情境問題，有效激發(fā)了學(xué)生深入探索“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”原理及其應(yīng)用的熱情。第二個案例是一項(xiàng)校企合作計(jì)劃，將企業(yè)實(shí)際工程項(xiàng)目引入教學(xué)，使學(xué)生靈活運(yùn)用“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”知識解決真實(shí)世界工程難題。這種合作模式幫助學(xué)生將理論與實(shí)踐聯(lián)系起來，促成了教學(xué)內(nèi)容的鮮活更新和教學(xué)策略的創(chuàng)新探索。

4.2"教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施過程

在評估教學(xué)改革成效時，教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施流程是核心環(huán)節(jié)，著重于構(gòu)建以學(xué)生體驗(yàn)為核心的教育環(huán)境，通過創(chuàng)新手段深化學(xué)生對“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”理論與實(shí)踐的認(rèn)知。這一過程細(xì)分為幾個精心策劃的階段：更新課程內(nèi)容、擇優(yōu)教學(xué)方式、組織實(shí)踐活動，以及構(gòu)建綜合評價體系。課程內(nèi)容的革新融合了“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”基礎(chǔ)與新興科技趨勢，如大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算平臺及人工智能應(yīng)用，確保教學(xué)緊跟時代步伐，幫助學(xué)生洞察“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”在現(xiàn)代技術(shù)生態(tài)中的實(shí)際運(yùn)用。教學(xué)策略上，采納了諸如項(xiàng)目導(dǎo)向?qū)W習(xí)、翻轉(zhuǎn)課堂模式和案例分析等多元化方法，這些策略激活了學(xué)生的主動學(xué)習(xí)潛能，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)過程的互動性和實(shí)戰(zhàn)性維度。教學(xué)活動編排圍繞既定課程目標(biāo)，囊括小組研討、動手編碼練習(xí)和項(xiàng)目演示等多種形式，以便激活學(xué)生的批判性思維與創(chuàng)新潛力，推動深層次學(xué)習(xí)。評價體系的構(gòu)建則兼顧形成性和總結(jié)性評估，既能讓教師實(shí)時監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡和理解水平，又能通過即時反饋機(jī)制輔助學(xué)生自我查漏補(bǔ)缺，優(yōu)化學(xué)習(xí)路徑。此外，教學(xué)實(shí)踐還包括定期地自我反省與同行評估，確保教學(xué)活動的質(zhì)量與教師個人成長的持續(xù)性。下圖為教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施過程。

教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施過程圖

4.3"教學(xué)效果評估與分析

本節(jié)使用計(jì)算機(jī)專業(yè)某班級的平均成績進(jìn)行教學(xué)效果的評估和分析，以驗(yàn)證在新工科教育背景下，使用OBE教育理念結(jié)合“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)的有效性和可行性。此外，使用了理論成績、實(shí)踐成績以及學(xué)生滿意度等三大指標(biāo)作為評估標(biāo)準(zhǔn)。其中，理論成績?yōu)槠谀┛荚嚦煽儯瑢?shí)踐成績?yōu)閷W(xué)生的工程實(shí)踐分?jǐn)?shù)，學(xué)生滿意度為學(xué)生對該課程的評價。最后，使用加權(quán)平均法結(jié)合這三大指標(biāo)的成績計(jì)算評估效果（P），計(jì)算公式如式（2）所示。

wi=wsi∑ni=1wsi（1）

P=∑ni=1wi·scorei（2）

式（1）中的wsi表示第i項(xiàng)指標(biāo)的重要程度，取值范圍為0≤wsi≤100分，由教學(xué)人員根據(jù)相關(guān)資料或?qū)嶋H情況自行設(shè)定。其中，wi為第i項(xiàng)指標(biāo)在n項(xiàng)成績中的歸一化加權(quán)重要程度，其取值范圍在0≤wi≤1。式（2）中的scorei表示第i項(xiàng)成績的得分。在教學(xué)效果評估方面，本節(jié)將理論成績、實(shí)踐成績以及學(xué)生滿意度的權(quán)重分?jǐn)?shù)分別設(shè)置為80分、90分、95分。因此，結(jié)合式（1）計(jì)算理論成績、實(shí)踐成績以及學(xué)生滿意度歸一化后的權(quán)重分別為0.3018、03396以及0.3585。下表為傳統(tǒng)教學(xué)法和OBE理念的新工科教學(xué)法的評估結(jié)果。

如下表所示，OBE理念的新工科教學(xué)法在期末考試成績、實(shí)踐成績、學(xué)生滿意度這三項(xiàng)指標(biāo)上的分?jǐn)?shù)均優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)法。在評估結(jié)果上，OBE理念的新工科教學(xué)法以9241分的結(jié)果遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)教學(xué)法。因此，OBE理念的新工科教學(xué)法可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績、實(shí)踐能力以及學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改善教學(xué)效果。

5"結(jié)論與建議

在傳統(tǒng)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”教學(xué)中，以教師為中心的模式會阻礙學(xué)生的自主思考和動手實(shí)踐能力，不能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。因此，本文提出了基于OBE教育理念的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”新工科設(shè)計(jì)與實(shí)踐教學(xué)模式，該教學(xué)模式以學(xué)生為中心、目標(biāo)為導(dǎo)向。為驗(yàn)證該教學(xué)模式的可行性，本文引入了案例進(jìn)行驗(yàn)證分析。結(jié)果表明，基于OBE教育理念的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”新工科設(shè)計(jì)與實(shí)踐教學(xué)模式通過理論聯(lián)系實(shí)際，極大豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)框架，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并通過恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)評價和反饋完成教學(xué)目標(biāo)。此外，本文針對性地為“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”教學(xué)改革提出了相應(yīng)策略和建議。

第一，教學(xué)單位應(yīng)確保“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的內(nèi)容與時俱進(jìn)，緊貼新工科教育背景，如現(xiàn)代教學(xué)輔助工具、軟件開發(fā)與業(yè)界實(shí)踐緊密結(jié)合的教學(xué)案例與項(xiàng)目實(shí)踐。

第二，鼓勵教師實(shí)施靈活多變的教學(xué)模式，如項(xiàng)目導(dǎo)向?qū)W習(xí)和翻轉(zhuǎn)課堂，以增進(jìn)學(xué)生的參與度和提高實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。

第三，教育單位應(yīng)重視師資隊(duì)伍的持續(xù)成長，通過相應(yīng)的培訓(xùn)和學(xué)習(xí)機(jī)會，輔助教師掌握新興教學(xué)技術(shù)和策略，并積極聽取并采納他們的想法和建議。

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基金項(xiàng)目：2021年度廣西區(qū)級一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)項(xiàng)目，項(xiàng)目號：教高廳函〔2022〕14號；廣西民族師范學(xué)院2022年校級教學(xué)改革研究課題，項(xiàng)目號：JGZD202207

作者簡介：蒙素素（1994—"），女，壯族，廣西來賓人，碩士研究生，助教，研究方向：大數(shù)據(jù)分析；黎運(yùn)宇（1974—"），男，土家族，湖南張家界人，碩士研究生，高級實(shí)驗(yàn)師，研究方向：智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)。