信息安全专业数据结构课程思政教学设计与探索

曹彦　马慧　忽海娜

摘  要  分析数据结构课程思政建设的现状，提出面向信息安全专业特色开展思政教育的必要性。以立德树人为导向，探讨教学目标的价值塑造、教学过程和思政元素的融合、教学内容与思政元素的衔接。通过成绩对比和问卷调查两方面评价思政教学成效。

关键词  数据结构；信息安全；课程思政；思政元素

中图分类号：G641    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2024）08-0096-04

0  引言

高等学校作为为国家输送高质量人才的主阵地，培养的学生不仅要具备扎实过硬的才能，还要具备为国家、社会和人民服务的德行。培养德才兼备的人才是我国高等院校发展的目标，也是中国未来发展和中华民族伟大复兴的关键。2020年，教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》，明确指出要在全国所有高校、所有学科专业全面推进高校课程思政教育；提升广大教师开展课程思政建设的意识和能力；每门课以立德树人为根本任务，做到育人和育才统一，提高人才培养质量。因此，高校教育必须积极探索专业课教育和思政教育的融合，建立全员、全程、全方位的思政教育体系。

1  信息安全专业数据结构课程思政建设现状

信息安全专业是国家实施安全战略，培养网络安全人才设立的，教学内容涵盖计算机病毒、网络攻击与防御、渗透测试等。由于课程内容的特殊性，思政教育在信息安全专业人才培养方面的重要性不言而喻[1-2]。教学过程中要始终将价值塑造与知识传授和能力培养融为一体，帮助学生树立正确的世界观、人生观和价值观。

数据结构课程是信息安全专业的一门重要专业基础课，是一门研究非数值计算程序设计中的操作对象以及这些对象之间关系和操作的学科。在教学计划中占据核心地位，是承上启下的一门课程。现已有大量研究人员探索数据结构课程思政建设方案，李志华等[3]通过分析高校计算类课程思政建设的现状，提出了计算机类课程思政教学框架，并以数据结构为例，通过类比、关联、隐喻等方式实现家国情怀、道德修养、国家战略、优秀传统文化教育等思政元素与课程知识点的无缝衔接。王燕等[4]

探讨在线上线下混合教学模式下，数据结构课程和思政内涵的关系，并介绍了教学模式实践全过程。卢玲等[5]通过分析计算机专业课程思政存在的问题，提出依托基层教学组织提升教师队伍育人能力，根据OBE理念，按照课程目标—教学内容—教学方法—评价体系的路径重构课程体系，以自编或引入方法建设专业课程思政资源，利用网络资源延展课程思政育人空间。王新宇等[6]通过分析高校传统工科教育存在的问题和开展课程思政的意义，提出了基于任务驱动和模拟情景的数据结构课程思政教学设计理念，并以最小生成树为例进行了详细阐述。谭定英等[7]从数据结构课程实施方案、实施方法、实施案例几个方面探讨了数据结构与算法课程的思政教学，并给出了课程思政教学评价方法。以上工作都是以计算机专业为大背景，挖掘思政元素，并不考虑专业特色与侧重点。

本文以信息安全专业为背景，深入梳理信息安全专业课程的教学内容，从中挖掘与数据结构课程知识点相关的思政元素。结合信息安全专业特色，挖掘与专业知识点密切相关的思政元素。1）可以将思政元素有机融入课程教学，达到润物无声的育人效果。2）让学生了解数据结构课程的应用场景，了解信息安全专业的特点，激发学生学好数据结构课程和专业课程的兴趣以及用所学知识为国家发展和社会进步贡献自己力量的决心。3）面向信息安全专业课程，实现课程间的纵向衔接，努力构建一体化的思政体系，打好立德树人组合拳。

2  信息安全专业数据结构课程思政教学设计

2.1  思政元素引入数据结构教学目标

教学目标的制定对教学活动的展开具有导向作用。根据《高等学校课程思政建设指导纲要》，结合信息安全专业特色，重构素质目标，将家国情怀、文化素养、道德修养等思政元素融入课程教学目标。

数据结构课程的价值塑造目标为：1）了解基本国策和国家的发展战略，树立“先天下之忧而忧”的责任和担当，为中华民族伟大复兴而读书的坚定信念；2）了解数据结构及相关技术的发展、研究和应用情况，培养科研素养和创新意识；3）具有良好的职业道德、团队合作精神和较强的工程素

养；4）具有健全的人格、较强的抗挫能力和国家安全意识。

2.2  思政元素引入数据结构教学过程

数据结构是理论和实践并重的一门课程，面向信息安全专业，学校共设置56学时理论教学和16学时的实践教学，理论教学和实践教学分别进行考核。再加之课前预习和课后延伸共同组成每个知识点的教学步骤。教学过程从提出问题出发，沿着分析问题、解决问题、工程实现和知识迁移的主线展开，采用案例启发式、翻转课堂、动画演示、情境教学等教学方法提升教学效果。教学全程与课程思政紧密结合，具体如图1所示。

1）通过问题的提出，引导学生课前预习，对课程内容进行梳理，并完成课前预习的任务点检测。培养学生自主学习和独立思考的能力。

2）理论课堂主要包括知识讲解和翻转课堂。课程内容的讲解从纵向和横向两个维度展开。纵向分析数据结构认知过程，构建知识点之间的逻辑关系，培养学生逻辑思维能力，形成创新意识。横向比较同类算法的构建思维，比較算法性能，培养学生追求卓越、精益求精的工匠精神。另外，由于数据结构的抽象性，多采用多媒体课件动态演示算法的设计思想，通过视频动画演示算法的执行流程。知识讲解完成后，一方面通过练习题测试学生的掌握程度，另一方面通过翻转课堂，将课堂主动权交予学生，商量讨论课前提出问题的解决方案，体会思维的变化，感受算法设计的魅力，激发学生学习的积极性和主动性，培养学生勇攀高峰的探索精神。

3）实践课堂实现了理论问题向实际问题的转换。实践课堂包括课堂实验和综合作业等教学内容。课堂实验能够让学生在最短时间内将理论知识实践化，在一定程度上能够一直保持学生学习的能动性，逐步培养学生的工程应用能力。程序的编写不仅要保证不存在语法错误，还要保证功能性的实现，程序编写与程序调试的过程能够使学生树立踏实、严谨细致的工作作风。综合作业为课程结束后一个小型企业项目。学生自行组队，3人一组，按照需求分析、概要设计、详细设计、编码、测试的流程完成实践任务，形成项目报告并参加答辩。通过营造企业情境模式，一是培养学生的团队合作意识，使其感受团队合作带来的力量。二是提升学生知识运用能力，使其感受职业的成就感和职业挑战，培养学生敬业、诚信的道德观念。

4）课后除完成基本作业之外，都会让学生通过文献检索、资料查询、请教询问等方式明确相关数据结构的应用领域，并以小组形式讨论分享最终形成报告文档。一方面能扩展学生的知识面，更新知识结构，及时了解相关领域的最新研究进展，培养科研意识；另一方能锻炼学生的沟通能力、表达能力和写作能力，使其形成自我认知，树立扬长补短的进取精神。

2.3  思政元素引入数据结构课程内容

为了把思政元素自然地融入课堂，须根据具体讲解内容和信息安全专业特色，精心设计切入点，同时保证课程思政教学的操作性和趣味性。数据结构课程内容与思政元素的对应关系见表1。

1）通过介绍大数据时代数据处理效率的要求和区块链记账权的获取过程，让学生了解时间复杂度和空间复杂度分析的必要性。党的十八大以来，党中央高度重视发展数字经济，强调推动互联网、大数据、人工智能和实体经济的深度融合。2019年，中央政治局第十八次集体学习时，习近平总书记发表重要讲话，深刻阐明区块链技术在新的技术革新和产业变革中的重要作用，對推动区块链技术和产业发展提出了明确要求。大数据和区块链技术已经上升为国家战略，大学生作为国家的中流砥柱，是我国科研发展和社会建设的主力军，将国家战略作为思政元素融入课程思政教学过程，将对学生的思想政治教育起到引领作用，同时勉励新时代青年大学生要树立远大的理想，担当时代的责任，为中华民族伟大复兴贡献智慧和力量。

2）通过介绍顺序表和链表的优缺点，培养学生的辩证思维，使其从多角度分析问题，从而树立公正的评判意识。

3）通过Olldbg逆向分析工具调试运行一个小的病毒程序（COM病毒），演示栈在函数调用中的变化过程，实现无源码情况下的逆向分析。通过执果索因的过程，使学生构建逆向思维，提高学生创造能力和解决问题的能力。

4）新型冠状病毒的检测是通过DNA串的匹配。如果在患者样本中能够匹配到新型冠状病毒的特异核酸序列，该患者就被认为是新型冠状病毒的感染者。这个匹配过程就类似串的模式匹配过程。通过介绍抗 “疫”战争，使学生感受中国力量、中国速度、中国精神和中国担当，彰显中国自信和民族自信。

5）通过讲解网络中信息窃取、篡改等安全事件，说明通信安全的重要性，而哈夫曼编码作为一种加密方式，可在一定程度上保障传输文本的安全，引导学生奋发图强、积极进取、刻苦学习，树立爱国情怀，坚定强国意志。

6）通过讲解最小生成树在路由协议构建中的应用，引导学生要把所学知识内化于心，构建属于自己的知识体系，不断提升自身人文素养。通过介绍获取图灵奖的荷兰计算机科学家Edsger Wybe Dijkstra（最短路径Dijkstra算法的创造者）的人生经历，引导学生树立积极向上的人生态度，弘扬敢为人先、勇于探索的进取精神。

7）面向网络中层出不穷的恶意代码，如何提高杀毒软件的查杀速度，既是挑战也是机遇，使学生明白作为信息安全专业学生的社会责任和使命，引导学生树立面对问题迎难而上的勇气和精神。

3  数据结构课程思政教学成效

3.1  成绩对比

笔者从2021年开始探索信息安全专业数据结构课程思政的教学，将其应用到2021级。在课程考核结束后，对教学成效进行了评估。将2021级学生的平均成绩和2020级进行对比（图2），包括理论作业平均成绩、期末卷面平均成绩、实践课后作业平均成绩、实践综合作业平均成绩。课后调研为2021级新增教学过程，无法进行成绩对比。

从图2可知，学生四个方面的平均成绩均有提高，尤其是实践作业。这表明数据结构课程思政能更好地激发学生学习的积极性，引导学生形成探索精神和创新意识。

3.2  思政教学满意度调查

学生评教过程中，设置课程思政教学评价问卷。问卷中包括对国家发展战略的认识是否有所提高、作为信息安全专业学生对历史使命的认知是否有所提高、自主学习独立思考的能力是否有所提高、表达能力和沟通能力是否有所提高、思政元素和教学内容是否实现了无缝衔接等等。收集分析问卷后发现，肯定回答的比例占到98%，表明根据专业特色，进行思政元素的抽取更能获得学生的认可。

4  结论

专业课程和思政元素的融合是高校育人过程中的核心要求。面向信息安全专业数据结构的授课过程，采用案例启发式、翻转课堂、动画演示、情境教学等灵活丰富的教学方法和教学手段，找准思政元素引入的切入点，实现家国情怀、文化素养、道德修养、工匠精神等思政元素与课程的有机结合，使学生深刻感受到祖国的伟大和自身的历史使命，明确个人学习目标，坚定为中华崛起而读书的信心。通过成果评价说明数据结构课程的教学实现了专业知识培养和思政教育的双重目标，教学成效较佳。

5  参考文献

[1] 平源，马慧.地方应用型高校信息安全专业课程体系构建探索[J].中国教育技术装备，2020（7）：84-87.

[2] 赖英旭，刘静，杨震，等.信息安全专业的专业思政体系构建方法[J].计算机教育，2020（8）：46-49.

[3] 李志华，张烨超，詹国华.数据结构课程思政建设的探索与实践[J].计算机教育，2021（7）：64-67.

[4] 王燕，罗佳琪，潘晓英，等.课程思政视域下数据结构课程线上线下混合教学模式探索[J].计算机教育，2022（9）：63-67.

[5] 卢玲，杨武，陈媛，等.数据结构课程思政路径探索与实践[J].计算机教育，2022（2）：30-33.

[6] 王新宇，潘雨青.数据结构课程思政教学设计与实践[J].计算机教育，2021（1）：97-100.

[7] 谭定英，陈平平，李学征，等.数据结构与算法课程思政教学案例[J].计算机教育，2022（1）：78-83.

*项目来源：许昌学院校级教育教学改革项目“工程认证背景下信息安全专业数据结构课程教学改革探索”（XCU2023-YB-43）。

作者简介：曹彦，博士，讲师；马慧，教授；忽海娜，副教授。