李立?趙佳

摘要：《數(shù)據(jù)結構與算法》是計算機本科專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課程。本課程教學以建構主義觀視角出發(fā)，注重情景、協(xié)作、對話、意義四要素在學習過程中的體現(xiàn)。強調(diào)對話式教學行為和協(xié)作式教學方法的使用，摒棄“精英式”教學方式，營造集體性知識氛圍，形成以“知識為載體”的新社交方式。深度挖掘“數(shù)據(jù)結構與算法”的交叉作用，發(fā)展學習者主觀能動性，以達到學習者對知識意義的理解過程的建立為目的，符合計算機基礎教育的新人才培養(yǎng)目標。

關鍵字：建構主義；集體知識氛圍；交叉課程

一、課程現(xiàn)狀

進入新世紀的第二個十年，為適應經(jīng)濟社會發(fā)展新常態(tài)， 新工科教育的人才培養(yǎng)目標發(fā)生了巨大的轉變?；ヂ?lián)網(wǎng)+云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術將成為構建計算機課程體系的核心內(nèi)容。打造“1+X”新計算機課程體系，把體系內(nèi)的任何一門計算機課程既當作1，也要把其當作其余課程的關聯(lián)知識 X。建設《數(shù)據(jù)結構與算法》課程必須緊緊圍繞課程特色，發(fā)揮其“通?！保ㄍㄗR課與專業(yè)課）交叉、“專專”（專業(yè)課與專業(yè)課）交叉的作用，為理工科基礎課程提供技術引導功能，在專業(yè)課程中尋找前沿應用情景以及結合課程使用的方法?？v觀我國教育現(xiàn)狀，高校教育大多重知識輸出成果輕主觀能動性培養(yǎng)，重知識接受速度輕思維過程培養(yǎng)?！敖嬛髁x”的學習觀認為學習不是由教師把簡單的知識傳遞給學生，而是由學生自己建構知識的過程，教學以學習者為中心，教師是建構過程的幫助者和促進者。強調(diào)為學習者提供學習情景、協(xié)作、對話能夠幫助其對所學知識的內(nèi)化理解達到意義建構的最終目的。

對于任課教師，通過記錄和研究學生的學習效果和問題，反思總結出適合本課程特點的教學模式一直是教學改革創(chuàng)新的方向。目前本課程傳統(tǒng)教學過程側重理論細節(jié)，與實際程序設計思維、程序設計能力相距甚遠，究竟是教語言還是教編程，是注重知識還是能力培養(yǎng)？“見樹木不見森林”，吃不透、用不活所學知識，也是目前本課程的主要問題。

二、以“知識為載體”的教學創(chuàng)新方法

（一）深挖掘，重打造“通?！薄皩！钡募~帶課程

課程整合是教學改革的一大重點研究方向，涉及龐大教學資源的協(xié)調(diào)與調(diào)動工作。一部分高校正處在學年制管理向?qū)W分制管理的轉型過程中，采用學年制選課的學分管理制度。學生對培養(yǎng)方案和教學管理制度了解程度不高，推進課程整合不是一蹴而就的，是在實踐過程中不斷發(fā)展、變化、完善的。因此，加深挖掘“通?！薄ⅰ皩！苯徊娴募~帶性課程的教學改革研究成為具有可行性。

教學內(nèi)容改革方案如下：

《數(shù)據(jù)結構與算法》是計算機學科中一門核心的專業(yè)基礎課程，也是一門解決現(xiàn)實世界中數(shù)值與非數(shù)值問題的經(jīng)典課程。

1.新工程體系下，通專結合，培養(yǎng)理論、模型、數(shù)理分析的分析思維

學生通過借助基礎學科的經(jīng)典算法，理解如何將復雜的現(xiàn)實問題轉化為計算機內(nèi)部存儲和處理的方法。解決數(shù)值問題，明確因果關系，培養(yǎng)學生的計算研究思維，便于提升學生對基礎學科的認知力。

2.工程人才要求下，“專?！苯Y合，培養(yǎng)系統(tǒng)性、創(chuàng)造性思維

把后續(xù)專業(yè)課的教學案例引入本課程的教學環(huán)節(jié)中，幫助學生明確了專業(yè)方向，也拓展了領域視野。為專業(yè)課程作好知識鋪墊的同時，培養(yǎng)學生繼續(xù)深入開展專業(yè)研究以及對復雜的、混沌的工程系統(tǒng)能進行綜合性全局思考。

（二）學科邏輯與心理邏輯整合的教學模式

傳統(tǒng)工程教育強調(diào)學生基于學科知識的認知訓練，容易造成工程教育忽視學生個體身心健康。本課程教學創(chuàng)新實踐過程強調(diào)教育活動中人才培養(yǎng)的學科邏輯與心理邏輯的整合。

1.學科內(nèi)容注重知識的二次構建的產(chǎn)生

教學內(nèi)容注重知識形態(tài)的二次構建，包括理論、抽象兩方面。為學生提供多學習視角理解課程內(nèi)容，形成實踐能力。理論部分將9個章節(jié)劃分為四大知識模塊，形成“四模塊”教學：預備知識模塊、線性結構模塊、非線性結構模塊、算法模塊。把繁雜的知識點按照章節(jié)聯(lián)動關系重組為四大內(nèi)容模塊，劃分后的知識模塊在模塊內(nèi)產(chǎn)生遷移學習，模塊間產(chǎn)生對照學習。

抽象部分打破章節(jié)約束，將邏輯結構-存儲結構-運算貫穿整個內(nèi)容體系。教師在授課前吃透教材，將學習內(nèi)容進行歸約，一方面從教材的章節(jié)出發(fā)，另一方面要突破教材章節(jié)的約束，將各章知識有機地串聯(lián)起來，最終形成多視角的交叉輸出，打消學生畏難心理。

2.心理邏輯以建構主義理論為依據(jù)，營造知識傳播的新社交平臺

建構主義理念下加強對學生的設計、抽象、總結等計算思維的培養(yǎng)。學習者可以利用所學信息資源，使學習者自身達成對知識的意義建構，而非單純的“教”。安排TBL教學實驗場地。突出以學習者為中心，創(chuàng)造適合的學習情景，教師只是學習過程中的幫助者和促進者，協(xié)助學生達到知識的建構。啟發(fā)學生發(fā)現(xiàn)問題-分析問題-解決問題的思維過程。明確教學主題。情景構建后，設計易于實現(xiàn)的結構化教學內(nèi)容----知識脈絡清晰，服務情景。為學習者營造互動交流的新社交方法。形成具有社交性質(zhì)的社群，建立知識為載體的共同經(jīng)驗，完成自我知識結構的組建。值得注意的是知識氛圍不會在松散的課堂中天然形成，它需要教師在組織教學中利用有效的教學手段，才能使學習者完成對教學內(nèi)容的吸收。

3.對話式教學創(chuàng)新行為，打造TBL協(xié)作基礎

課堂提問是教學中教師與學生互動的一種主要對話方式，是教師促進學生進行有效學習的一種重要方法。近年來，隨著學習者年齡的遞增，課堂的提問次數(shù)與其呈反向相關性。根據(jù)觀察，大學生普遍的松懈情緒會帶入到大學課堂中，教學提問行為有效增加課堂集聚力。本門課程為小班授課模式，首次嘗試對話式教學方法，每位學生在每節(jié)課堂中至少發(fā)言1次甚至更多。課堂中教學者對學習者適當施加壓力，使全部學習者處于共同的知識范疇內(nèi)，保持學習內(nèi)容始終在課堂氛圍中傳遞，營造以知識為載體的學習環(huán)境，幫助學習者建立新社交方法，建立共同經(jīng)驗，才能實現(xiàn)學習者的TBL合作。

4.任務驅(qū)動，貫穿課內(nèi)外教學過程

任務發(fā)布：為學生提供教材導讀、學習任務、情景案例（從基礎課、專業(yè)課和綜合實訓項目中選?。┑葘W習資源，輔助學生完成課前預習準備。以小組形式展開課前學習，培養(yǎng)學生自學能力；以學習材料為出發(fā)點，將理論內(nèi)容直觀化；以提出問題為目標，培養(yǎng)學生思維能力。

任務實施：在課堂中，教師以階梯式教學內(nèi)容的設計來激發(fā)學生學習興趣。實施步驟：

第一步，安排學習小組圍坐，以學生為中心，學生圍繞學習任務自主探究與交流。

第二步，下發(fā)任務書，填報任務書。明確組內(nèi)成員項目分工，打破“大鍋飯”的團隊模式。

第三步，教師根據(jù)任務書，給予不同小組輔助問題解答以及個性化的指導，進行組間答疑。

第四步，翻轉課堂，學生匯報各組方案設計概況，教師評價內(nèi)容優(yōu)缺點。

第五步，教師總結項目中的共同問題，突出教學重點。在與學生的互動中完成教學理論的授課內(nèi)容，再以推演式教學方法，進行歸納和總結。

社會實踐：教師指導學生小組制作課程微課。學生成立微課錄制團隊，教師完成對知識脈絡的指導、素材收集的指導、制作方式的指導等，提升學生的學科知識的拓展與學習，幫助學生重新構建知識體系。同時，增強大學生社會實踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識。

5.課程思政對標人才培養(yǎng)

課程思政緊緊圍繞“高校培養(yǎng)什么樣的人、如何培養(yǎng)人以及為誰培養(yǎng)人”這個根本問題。實現(xiàn)“三全育人”，將科學理論融入專業(yè)實踐中去，課程思政“兩橫兩縱”方法對標人才培養(yǎng)：第一，人文通識融入工科教學，增強文化自信，關注學生情感態(tài)度變化，遵循學生身心發(fā)展規(guī)律。第二，將課程思政與國家時事相結合。培養(yǎng)學生家國情懷，使命擔當?shù)恼J知能力。第三，將課程思政與前沿科技結合，用數(shù)據(jù)眼光看待世界的發(fā)展。大數(shù)據(jù)時代，在信息技術的不斷升級和網(wǎng)絡無限延伸的背景下，大數(shù)據(jù)作為促進社會變革的領先信息技術，更深入影響著多數(shù)大學生的思維方式。第四，數(shù)據(jù)結構在現(xiàn)實世界的應用，與社會主義核心價值觀結合。實際需求來自社會的不斷向前發(fā)展，使學生對學過的理論謹記在心，并融匯為自己的內(nèi)在綜合素質(zhì)，轉化為外在行為。課程思政的“縱橫貫通”方法，一方面縱向深入培養(yǎng)學生對“中國夢”的深刻理解。另一方面橫向引導學生正確處理理想抱負與現(xiàn)實，以現(xiàn)實做“抓手”，腳踏實地去行動。

三、教學效果

根據(jù)教學過程，對我校生物醫(yī)學工程系學生進行創(chuàng)新教學的問卷調(diào)查。本創(chuàng)新教學實踐采用小班授課，班級人數(shù)共67人，參與答題人數(shù)61人，回收問卷61份。問卷共設計21個客觀題和1個主觀題。

問卷結果顯示如下：

圖1顯示，對授課教師準備情況48人認為非常充分，13人認為充分。無人認為不充分或不太充分。從評價中反映出教師對課程內(nèi)容整合符合學生對知識的認知學習與拓展延伸需求。

圖2顯示，對授課教師組織課堂秩序，對學生要求情況看，50人認為嚴格，6人認為非常嚴格，無人認為不嚴格。從評價中反映出教師對課程組織管理能力增強，真正從課堂中給每位學生“壓負擔”，不放棄任何一位學生，摒棄“精英化”教學。為學生努力創(chuàng)造集體性知識經(jīng)驗，提供搭建TBL協(xié)作方式的源點。

圖3顯示，授課教師注意引導，引發(fā)積極思考情況，61人作答情況全部為優(yōu)良。反映出對話式教學方式，真正增加了師生交流頻率，并為學習者成功構建學習交流的新社交平臺。課堂強調(diào)“以學生為中心”，依據(jù)建構主義理論，教學方法的改進，發(fā)揮出學習者的主觀能動性，達到學習者對知識意義的理解。

圖4顯示，授課內(nèi)容是否注重課程思政，60位被訪者選擇優(yōu)良。反映課程思政教學內(nèi)容的設計實現(xiàn)了思政教育目標，“兩橫兩縱”思政原則，有效為學生埋下了一顆“待開花的精神種子”。

圖5顯示，授課教師設計綜合項目情況60位被調(diào)查者選擇優(yōu)良，1人選擇“可”。反映出綜合項目設計的實現(xiàn)是基于全體學生知識的共同經(jīng)驗產(chǎn)生了有效的組內(nèi)討論，使得TBL的過程中，每個人參與度都較高，協(xié)作性有所增加。

四、結束語

《數(shù)據(jù)結構與算法》這門課程是專業(yè)學生從基礎課到專業(yè)課的銜接課程。它要幫助學生延續(xù)基礎課的理論方法，也要承擔為學生做好專業(yè)啟迪和專業(yè)認知的功能。本門課程一直在改革中前行，深度挖掘課程整合工作的紐帶課程的教學創(chuàng)新方法，努力實現(xiàn)學科邏輯與心理邏輯的整合，引入建構主義理論作為依據(jù)，注重知識形態(tài)的二次構建。教學改革對標人才培養(yǎng)能力目標，以“三全育人”為導向，不斷地分析、歸納、總結學生學情分析，調(diào)整改進教學方式方法。

作者單位：李立 趙佳 承德醫(yī)學院

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基金項目：河北省高等教育教學改革研究與實踐項目“以提高實踐和創(chuàng)新能力為目標的計算機綜合課程設計與研究”，項目編號：2020GJJG241。

李立（1986.08-），女，漢族，河北承德，講師，碩士，研究方向：數(shù)據(jù)挖掘；

通訊作者：趙佳（1988.06-），女，漢族，河北邢臺，講師，碩士，研究方向：計算機應用。