以学生为中心的“数据结构”课程教学改革

夏仁强

摘要 文章调研了“数据结构”课程的教学现状后提出了目前教学过程中普遍存在的一些问题，并对问题的原因进行了剖析。通过对以“学生为中心”教学理念的探讨，进行了教学模式创新、评价模式创新的实践。在实践中通过融入课程思政激发了学生的学习兴趣和动力，有效提高了教学效果。

关键词 数据结构；教学改革；学生为中心；教学模式

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.6.033

“数据结构”是计算机相关专业的核心基础课程之一[1]，课程理论性和实践性较强，当前，我国地方性高校多以教师讲授为主实施课程教学，课程知识内化效率低，学生能听懂教师讲授的内容，一旦将“数据结构”知识运用于编程实践就表现出能力不足，高阶能力培养明显不足。此外，学科时代性、前沿性知识和行业性的应用在课堂中融入少，学生难以获得专业成就感，传统教学常采用卷面考试来考核学生的学习效果和教师的教学质量，这种一考定终身的考核方式导致学生的过程性学习效果得不到及时反馈，教师很难获取更多学情信息，探究式、个性化教学难以精准实施，也不方便教师调整教学深度和广度。

传统的教育观念落后，难以适应社会发展的要求，如何有效达成学生知识目标、能力目标和素质目标，成了教师教学研究的重点。

高校对课程提出了打造“金课”，杜绝“水课”的要求，提出了高阶性、创新性、挑战度的金课标准[2]。改革迫在眉睫，各大高校纷纷实施教育改革，一系列先进的教育理念被引入课堂，其中落实“学生中心、产出导向、持续改进”的工程教育认证理念得到广大高校教师的推崇[3]，为了打破沉默课堂，构建互动课堂，教师提出了各种创新教学方法，如情景教学法、任务驱动教学法、合作学习教学法、问题教学法、讨论式教学法等。很多高校将学生中心的教育理念应用到“数据结构”课程改革中，采取翻转课堂实现线上线下混合式教学，构建了以学生为中心的教学模式，课堂效率得到显著提高。但在实施过程中也存在诸多问题。

1改革过程中存在的问题

1.1课余学习时间分配不足的问题

学生每天的课程多，任务重，课余时间太少。学生常常要在一天中完成几门课程的课前任务和课后作业。因时间有限，学生课前学习任务完成质量不高，偏科的学生会只做自己偏爱的课程的任务，其余课程的任务少做或者不做，为了获得形成性考核课前学习的分数，学生可能会做没有质量的“刷课”，课前学习环节形同虚设，严重影响到课中探究式学习，学习效果大大降低，教学进度受到影响。久而久之，教师为了不影响授课计划，又回到以教师为主的讲授模式。

1.2同伴学习动力不足的问题

在小组学习活动中，有问题的学生急需得到老师和同学的帮助，由于诸多原因，教师无力实现时时处处指导到每一位学生，还需要发挥同伴的力量，同伴学习方式对学习效果起到极大的促进作用，但是由于每位学生的学习任务都很重，学习压力大，在一起讨论学习的时间有限，互帮互学的学习动力不足，仅凭一时的热情并不能保证这种学习方式的可持续性。

1.3智慧教学平台实践教学局限性的问题

学习通智慧教学平台因其互动教学效果好，有利于以学生为中心的教学，受到很多教师的推崇，在该平台下可以设置分组任务、主题讨论、抢答、选人等多种教学活动，极大调动学生的学习积极性，同时，该平台用图文并茂的方式展示和分析学习成效，给教师带来了极大的方便，减少了工作量。很多课程已取得不错的教学效果，但“数据结构”不仅是一门理论性较强的课程，对编程实践能力要求也很高，學习通教学平台在没有解决程序设计需要的编译环境前，难以实施编程训练，学生往往理解理论知识但不能解决实际问题，对编程能力的提升有限。

1.4考核评价公平性、合理性问题

考核分为过程性考核和期末考核，在以学生为中心的教学过程中，教师常常会采用分组讨论、主题讨论、互评任务等教学活动，在此过程中通过生讲师评和生生互评让学生头脑动起来，积极主动参与到教学活动中。但学生在生生互评中，部分学生会考虑人情分，给原本完成质量不好的学生打高分，也有个别学生会对完成质量好的同学恶意打低分，还有学生是因为个人能力和认知水平有限无法理解其他同学本来正确的、有创新的观点而给出低分评价，这种评价会打击部分善于思考的学生的积极性，这些不科学的评价带来的负面影响很大。

传统的期末考核常常是出A、B卷随机抽一卷考核，考核维度单一，题量有限，试题在教学大纲中的覆盖面较小，并不能真正考核到学生掌握本课程的情况。

在实践中，也有越来越多的高校采用随机组卷进行期末考试，一人一卷，试题覆盖教学大纲所有知识点，但随机组卷可能导致不同的学生抽到的题目对应不同的教学目标，不便于分析目标达成度。

1.5课程思政不足问题

我校提出所有课程都要以立德树人为导向，全面推进课程思政教育教学改革。但在教学实施过程中存在思政元素挖掘不充分，课程与思政两张皮、硬融入的现象，未做到润物细无声，课程思政多以教师讲授为主，缺乏互动等问题。

2课程改革具体实施

本课程坚持以学生为中心的教学理念，采用BOPPPS（Bridge-in，Objective，Pre-assessment，Participatory Learning，Post-assessment，Summary）[4]教学模式开展教学实践，如图1所示。

课程借助超星学习通平台，课前，教师发布任务、推送资源、设定目标、依标导学，学生自主学习，列出遇到的问题清单，参与课前讨论，教师进行前测，了解学生课前学习情况，调整课程目标。课中教师通过任务驱动、小组研讨、生生互动、师生互动，组织学生完成参与式学习，学生在课堂上参与讨论和互动，分享好的做法，接着教师进行后测，生讲师评，总结学习内容。课后教师进行反思和布置课后作业，学生参与课后讨论，完成作业。

在超星学习通丰富多样的教学活动中，教学活动形式并不是越多越好，选人和抢答活动针对个别学生，虽然可以调动学生的学习积极性和专注力、促进思考，但得到的是个别反馈，无法及时反馈全体同学掌握的情况，随堂练习可弥补这方面的不足，教师应注重教学方法的融合，将多种教学活动相结合发挥教学的效果，让每个学生在学习、交流、反思中不断提升自己。此外，将Online Juge系统引入教学，让学生不受空间和时间限制，实现时时、处处学习，强化编程训练，强化理论与实践能力的培养。

2.1同伴互助积分创新

学生课程任务繁重，仅靠课表安排的教学时间远远解决不完学生的问题，学生需要花费大量课外时间训练编程，高效解决学生遇到的学习问题成了关键。分组学习、同伴学习是解决学习问题的有效途径。在课前阶段，采取分组学习讨论、学生共同观看MOOC、共同完成课前任务，一边做任务一边讨论，记录下有疑惑的内容，提出有深度的问题，同伴相互鼓励，在互助中学习，实现共同进步；小组成员经过充分讨论，凝聚组员的智慧，得出统一的观点，将收获与未解的问题进行总结归纳，以备课中交流；课中，将各小组的人员重新分配到其他小组，如图2所示，各小组成员将课下讨论的问题带入课中进行交流。这样可以获得更多的观点，取长补短。课后将理论知识运用于实践，强化编程训练，在训练过程中，学生们会遇到各种各样的问题，有语法上的问题，有算法上的问题，有理论知识掌握不牢导致分析问题不够深入的问题，凭教师一人之力难以一一解决学生遇到的问题，通过积分激励措施发挥同伴学习的作用，让全体学生加入互帮互学活动中，每次帮助均计入积分，并将其作为平时成绩的一部分，见表1。此外，通过第二课堂创新学分机制，招募多名高年级优秀学生组成学长助教团队，除日常的辅导外，每周安排一日作为程序设计日，助教团队实行一对一小组辅导，每周学长助教团须向教师汇报辅导过程中发现的问题和取得的效果。

2.2实验教学创新

“数据结构”实践性强，需要大量编程训练检验学生所学知识是否牢固，是否能运用所学知识解决复杂工程问题，理论联系实践是学好“数据结构”的关键，有些教学平台缺乏必要的编译环境无法满足程序实践操作，无法完成“数据结构”编程训练，Online Juge在线评测平台可以实现时时编程、处处编程，对于创新“数据结构”实验方式有较好的效果。Online Juge的快速自动评判功能减轻了教师的负担，同时也为学生自测带来了方便，可以节省大量时间来增加编程训练量，大幅提高学生的编程实践能力。程序设计类实验教学辅助平台（Programming Teaching Assistant，简称PTA）是由浙江大学牵头建设的在线程序评测系统[5]，使用此平台的高校多、教师多、程序设计类题目多，900多所高校的教师加入了题库的建设和使用，教师们还在源源不断地扩充新的题目。“数据结构”实验采用PTA作为实践平台，实施“做中学”，提升学生编程能力，上机实验题分为基础编程题、综合编程题、进阶编程题，题目由易到难，根据不同层次的学生实行分层训练，因材施教。基础编程题是各种数据结构在顺序存储或链式存储下的基本运算类题目，完成基础题是最基本的要求，要求人人通过，教师会随机抽查考核。综合编程题是综合利用基本运算求解现实复杂问题的题目，教师利用综合题考查学生应用数据结构知识解决工程问题的能力，培养学生创造、创新的意识和能力，这部分的考核是实验的重点。进阶题则是适当增加了难度，需要学生跳一跳才能够得着的题目，强调挑战度，学习能力强的同学通过进阶题目的强化训练进一步提升自己的编程能力，为后续参加各级程序设计大赛打下坚实的基础。此外，针对每个编程题目集，在课后指定的时间里，在师傅带徒弟模式下，完成小组内解题方法的PK和分享，迅速提升本小组成员的数据结构编程能力。

2.3评价模式创新

“数据结构”课程评价分为过程性评价和期末评价。过程性考核主要包含实验、课堂研讨、课堂表现和作业，其中实验占15%，课堂研讨占10%，课堂表现占10%，作业占15%，期末考核占50%，如图3所示。

实验考核主要利用PTA实验辅助教学平台完成，基础题和综合题是必做题，进阶题是加分题，基础题需独立完成，综合题和进阶题可以小组讨论完成，教师随机抽查要求学生答辩。

课堂表现考核由考勤、课堂抢答、随机提问和参与投票等构成，根据超星学习通平台学生参加学习活动的学习数据判定分数。

作业是过程性考核中非常重要的部分，包括课前任务中观看MOOC视频、在线小测、课后作业、前测、后测、月考和模拟考试。

生生互评、师生互评是常见的教学活动之一，为了降低评价过程中感情分、随意分、恶意评价分的问题，启动触发仲裁机制+教师随机选人回答评价理由的评价改革模式。评价分为个人评价、组内评价、组间评价和教师评价，个人评价占比10%，组内评价占比20%，组间评价占比20%，教师评价占比50%。教师制订评价标准，学生按标准打分，如果组内打分和组间打分高于95或者低于60就自动触发仲裁，由教师评判，若教师评分与学生评分之差超过阈值，将启动惩罚机制，避免学生恶意打分，评价的学生和被评价的学生均可申诉，理由充分，教师可以调整分数。

为了提高挑战度，在考试中，实行教考分离，考试内容覆盖大纲要求，一人一卷，随机组卷，为保证公平性，每人抽到的题目难度相同、知识点相同、教学目标相同，具体做法是对于每种类型的每个题目都分别设计一个题目池，题目池的題数越多越好，每个题目池只抽1道题目，每个题目池考查的知识点和难度一样。在组卷前，先按教学大纲的能力目标要求设计试卷命题双向细目表，根据双向细目表规定的题目能力指标、内容、题型、数量的要求从预定的题目池抽题。

期末考核試卷满分100分，如果期末考试成绩低于50分，总评成绩=期末考试成绩，否则总评成绩=过程性成绩*0.5+期末考试成绩*0.5。

2.4课程思政，回归初心

教师不仅传授知识，还要立德树人。课程思政不能流于形式，不能将课程思政当成一种负担，实施“被动课程思政”，思政应是润物于无声。“数据结构”课程本身实践要求高，学生要在实践中不断提升自己的能力，就要进行大量编程训练，在实践过程中进行思政，当学生在PTA平台下编写数据结构程序时，严格的评判标准可帮助学生养成一丝不苟的科学态度。对于遇到的编程问题往往要经过多次反复测试、调试、不断寻找错误原因，直到最终获得通过，培养学生不屈不挠、永不服输的精神。在课程的各项考核中，不论是作业、周考、模拟考试还是期末考试，杜绝复制粘贴代码和抄袭别人成果的现象，培养学生诚信的优良品德。对于一题多解的编程问题，要求学生用尽可能高效的算法求解问题，经过小组讨论，学生能提出多种方案，选择最优方案，培养其沟通能力、团队互助能力和精益求精的工匠精神。

在理论课上，教师深刻挖掘课程思政元素，围绕当前时事、生活实例、中华优秀传统文化、马克思主义哲学、习近平新时代中国特色社会主义思想以及家国情怀等与课程巧妙自然地结合，设计生动丰富的情境，实现课程思政，从而培养学生的文化自信、哲学思维、科学能力、职业素养和工匠精神。在讲利用栈实现十进制转换为二进制问题时，联系中国文化的易经阴阳思想，增强文化自信。在讲最小生成树的应用——村村通公路时，可联系国家精准扶贫政策，要想富，先修路，农村修路是精准扶贫帮扶内容之一，在脱贫攻坚的胜利中彰显中国力量、中国精神、中国效率。

3结束语

课程改革是教学理念的转变，是学习方式和教学方式的转变，是由教师为中心向学生为中心的转变，是由传统的被动学习、依赖学习方式向现代的自主学习、探究学习、合作学习方式的转变过程。课程改革只有起点，没有终点，课程教学需要持续改进。

基金项目：2020年贵州工程应用技术学院校级质量提升工程“数据结构”一流课程一般项目（JK202013）；2021年贵州省教学内容与课程体系改革项目“基于学生中心的“数据结构”课程教学改革实践与研究”（2021299）。

参考文献

[1]苗雯娟，刘志贤.数据结构教学方法的探讨与研究[J].集宁师范学院学报， 2016， 38（5）：102-106.

[2]邓思思.如何打造“科研思路与方法”线上线下混合式“金课”[J].科教导刊，2020，（17）：76-77.

[3]姚金环.工程教育认证背景下化工专业学生工程设计能力培养改革探索[J].教育教学论坛，2020（24）：226-227.

[4]王爱淳.BOPPPS教学模式下的课堂教学设计[J].教育观察，2021， 10（43）：65-67.