應(yīng)用型本科軟件工程專業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程教學(xué)模式探索

摘? 要：以應(yīng)用型本科安徽信息工程學(xué)院軟件工程專業(yè)建設(shè)為背景，對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程教學(xué)模式進(jìn)行探索。結(jié)合本專業(yè)人才培養(yǎng)方案與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程特點(diǎn)，探索出一種基于博思智慧學(xué)習(xí)平臺的線上線下混合式教學(xué)模式，旨在激發(fā)學(xué)生課程學(xué)習(xí)興趣，提高課程學(xué)習(xí)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型本科;軟件工程;數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法;博思智慧學(xué)習(xí)平臺;混合式教學(xué)模式

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）S2-0103-04

Abstract： This paper explores the teaching mode of Data Structure and Algorithm based on the construction of software engineering major in Anhui Institute of Information Technology. Combining the talent training program of this major with the characteristics of the course Data Structure and Algorithm， a hybrid teaching mode based on Booz intelligent learning platform is explored to stimulate students' interest in course learning and improve the quality of course learning.

Keywords： applied undergraduate; software engineering; Data Structures and Algorithms; Booz intelligent learning platform; mixed teaching mode

2018年，教育部、工業(yè)和信息化部、中國工程院發(fā)布《關(guān)于加快建設(shè)發(fā)展新工科實(shí)施卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃2.0的意見》指出，為適應(yīng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的新趨勢，緊緊圍繞國家戰(zhàn)略和區(qū)域發(fā)展需要，加快建設(shè)發(fā)展新工科，探索形成中國特色、世界水平的工程教育體系，需完成以下改革任務(wù)：深入開展新工科研究與實(shí)踐;樹立工程教育新理念;創(chuàng)新工程教育教學(xué)組織模式;完善多主體協(xié)同育人機(jī)制;強(qiáng)化工科教師工程實(shí)踐能力;健全創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系;深化工程教育國際交流與合作;構(gòu)建工程教育質(zhì)量保障新體系[1-3]。

近年來，越來越多的高校積極開展工程實(shí)踐教育教學(xué)體系構(gòu)建和改革，優(yōu)化專業(yè)人才培養(yǎng)方案，創(chuàng)新工程實(shí)踐教育模式。基于此，本研究以安徽信息工程學(xué)院軟件工程專業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程（以下簡稱“本課程”）為背景，探索出具有本校特色、符合課程學(xué)情特點(diǎn)的混合式教學(xué)模式。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法是本校軟件工程專業(yè)的一門核心課程，在本專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃中起著承上啟下的重要作用，緊密聯(lián)系著其他專業(yè)方向課程[4-5]。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法課程并不只是單純教學(xué)生編程，而是脫離以往計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言，需要從抽象意義上理解并概括從而設(shè)計(jì)程序。簡而言之，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一門描述數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)里如何組織的課程。學(xué)好這門課是軟件工程專業(yè)學(xué)生的基本功，是一名合格程序員的必備素質(zhì)。

一? 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程學(xué)情及存在問題

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法是研究非數(shù)值領(lǐng)域中數(shù)據(jù)運(yùn)算問題，即研究數(shù)據(jù)元素之間的關(guān)系和相關(guān)操作的一門課程。課程涵蓋的內(nèi)容廣泛且抽象，知識點(diǎn)繁多，理論性強(qiáng)，需要學(xué)生具有一定的編程水平。而在以往的課程學(xué)習(xí)中，學(xué)生反映內(nèi)容較難，從而學(xué)習(xí)主動(dòng)性不高。通過對往屆學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和教師教學(xué)數(shù)據(jù)分析可知，學(xué)生對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程的學(xué)習(xí)存在以下幾個(gè)困難。

1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程內(nèi)容抽象，和以往的基礎(chǔ)程序語言的編程不同，學(xué)習(xí)本課程學(xué)生需要將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)去編寫程序。并且知識點(diǎn)繁多，短時(shí)間不易掌握，如果不花足夠的時(shí)間去學(xué)習(xí)，對相關(guān)知識點(diǎn)會(huì)容易混淆。

2）本課程的開設(shè)學(xué)期為大一下學(xué)期，學(xué)生前置課程只學(xué)了計(jì)算思維C語言，實(shí)際編程動(dòng)手能力還有待加強(qiáng)，且自主學(xué)習(xí)能力較差，還停留在高中階段需要老師督促學(xué)習(xí)。

3）缺乏將學(xué)習(xí)的理論知識與實(shí)踐結(jié)合的能力，不明確學(xué)習(xí)本課程知識點(diǎn)的實(shí)際作用。根據(jù)以往對學(xué)生的問卷調(diào)查，學(xué)生反映課程知識點(diǎn)聽懂了，但是碰到實(shí)際問題就不知道應(yīng)該怎么結(jié)合所學(xué)知識去解決。小部分學(xué)生比較急于求成，不明確學(xué)習(xí)這門課程的作用。

4）獨(dú)立完整地解決問題的能力有待加強(qiáng)。大部分學(xué)生還停留在老師讓學(xué)什么就學(xué)什么，完成老師布置的任務(wù)，不善于自己去發(fā)現(xiàn)問題，帶著問題去學(xué)習(xí)，從而分析問題，最后解決問題。

二? 基于博思智慧學(xué)習(xí)平臺的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法線上線下混合式教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）? 博思智慧學(xué)習(xí)平臺

圍繞學(xué)校專業(yè)課程教學(xué)需要，學(xué)校聯(lián)合科大訊飛股份有限公司的開發(fā)團(tuán)隊(duì)完成智慧教室的建設(shè);結(jié)合智慧教學(xué)的需要，完成博思智慧學(xué)習(xí)平臺的智慧教學(xué)平臺的建設(shè)工作，建設(shè)過程中，教研室教師、訊飛工程師共同參與到平臺建設(shè)需求調(diào)研和驗(yàn)收評審，確保滿足教學(xué)需求。

如圖1所示，基于博思智慧學(xué)習(xí)平臺，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程在課程組教師的建設(shè)下不斷創(chuàng)新教學(xué)模式與方法。以“以學(xué)為主”為導(dǎo)向，構(gòu)建“博思平臺+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”線上線下混合式教學(xué)模式。根據(jù)課程性質(zhì)探索并形成四種教學(xué)模式：“講授+自主”“講授+自主+項(xiàng)目”“研討+自主”和“項(xiàng)目式教學(xué)”[6-8]。

（二）? 教學(xué)設(shè)計(jì)

本課程根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方案制定合理的授課計(jì)劃與教案，結(jié)合培養(yǎng)目標(biāo)和以往學(xué)情確定課程目標(biāo)。每個(gè)課程目標(biāo)對應(yīng)不同的教學(xué)活動(dòng)去達(dá)成，以“感、導(dǎo)、聽、融、說、評、用”這七個(gè)教學(xué)活動(dòng)貫穿課前、課中、課后三個(gè)階段。課前給出本節(jié)知識點(diǎn)的引導(dǎo)性問題供學(xué)生預(yù)習(xí)，課堂上教師根據(jù)案例與引導(dǎo)性問題展開教學(xué)，并給出知識點(diǎn)相關(guān)問題引導(dǎo)學(xué)生討論，積極發(fā)表自身觀點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，課后給出作業(yè)與練習(xí)題，用于鞏固相關(guān)知識點(diǎn)[9]。記錄全過程學(xué)生課程學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，對學(xué)生的課程成績形成合理評價(jià)，注重形成性評價(jià)。思路框架如圖2所示。

總體上的劃分遵循以往線上、線下混合式的教學(xué)模式，分為課前、課中和課后三環(huán)節(jié)。

1）課前環(huán)節(jié)：課前注重學(xué)生對課程知識點(diǎn)的“感”，通過博思智慧學(xué)習(xí)平臺發(fā)布知識相關(guān)話題、相關(guān)視頻等。隨后學(xué)生通過平臺自行在課前進(jìn)行在線學(xué)習(xí)，主要是閱讀教學(xué)課件、觀看錄課視頻并閱讀參考書等擴(kuò)展資料。課前環(huán)節(jié)中學(xué)生是主體，學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，自行感受知識點(diǎn)，教師是引導(dǎo)者和督促者。視頻任務(wù)里穿插有知識點(diǎn)測試題，教師可以通過學(xué)生的視頻數(shù)據(jù)、測試數(shù)據(jù)掌握班級學(xué)生自學(xué)情況，從而合理規(guī)劃實(shí)際課堂。學(xué)生也可以通過測試題自行感受知識點(diǎn)是否掌握，從而在實(shí)際課堂選擇“精聽泛聽”。

2）課中環(huán)節(jié)：實(shí)際課堂的教學(xué)通過“導(dǎo)”“講”“融”“說”“評”教學(xué)活動(dòng)鋪展開。

“導(dǎo)”即是教師對學(xué)生的知識引導(dǎo)與思政引導(dǎo)，教師精準(zhǔn)找到思政要素切入點(diǎn)，將課程知識點(diǎn)內(nèi)容與思政內(nèi)容相融合，以“潤物細(xì)無聲”的形式轉(zhuǎn)變學(xué)生對知識的一貫認(rèn)知[10]。從而達(dá)到思政育人的教學(xué)目標(biāo)。

“講”即是教師講授課程知識內(nèi)容，學(xué)生認(rèn)真聽講，并根據(jù)自身學(xué)習(xí)情況選擇精聽或者范聽，通過課前自習(xí)已經(jīng)掌握的知識點(diǎn)可以選擇范聽，對沒有消化、滿意理解的知識點(diǎn)選擇精聽，仔細(xì)鉆研其中原理，消化吸收。

“融”即是以賽促學(xué)，教賽融合，安徽省機(jī)器人大賽程序設(shè)計(jì)賽道（以下簡稱ACM）涉及較多的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程知識點(diǎn)，學(xué)好這門課可以取得更好的競賽成績，同時(shí)競賽成績也可以促進(jìn)學(xué)習(xí)積極性，真正做到以賽促學(xué)，教賽融合。例如ACM中判斷“AABABBABAA”是否為回文串時(shí)就可以利用?！跋冗M(jìn)后出”的特點(diǎn)來解決。

“說”即是學(xué)生提出問題，教師引導(dǎo)學(xué)生就問題參與互動(dòng)討論，學(xué)生相互交流，師生直接積極互動(dòng)，這樣可以激發(fā)學(xué)生的深度思考，不僅能答疑解惑，還可以引導(dǎo)學(xué)生探索與發(fā)現(xiàn)。學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和主動(dòng)分析問題能力也可以得到充分的鍛煉，有力地幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識的獲取和能力的培養(yǎng)。

“評”分為教師評“學(xué)”、學(xué)生評“教”兩個(gè)部分，教師評“學(xué)”即教師通過提出問題的形式，讓學(xué)生作答，根據(jù)作答結(jié)果評價(jià)學(xué)生對問題的理解程度，給出建議。學(xué)生評“教”即學(xué)生根據(jù)自學(xué)掌握情況以及實(shí)際課堂教師的講授，是否掌握了之前并不能消化的知識點(diǎn)，也可以實(shí)時(shí)對教師提出一些建議。

3）課后環(huán)節(jié)：即學(xué)生“用”。課后學(xué)生利用所學(xué)知識在博思智慧學(xué)習(xí)平臺進(jìn)行測試題練習(xí)，對比課前自習(xí)環(huán)節(jié)，對自學(xué)時(shí)不能理解的知識進(jìn)一步消化吸收。課程配備了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生結(jié)合所學(xué)，發(fā)散思維，編寫正確的程序練習(xí)試題，完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。同時(shí)學(xué)生利用所學(xué)知識參加ACM大賽并取得相應(yīng)的成績。教師利用平臺記錄的測試、作業(yè)、視頻等數(shù)據(jù)，掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)不斷投入到下一次的教學(xué)活動(dòng)當(dāng)中。

（三）? 課程評價(jià)

檢驗(yàn)課程目標(biāo)達(dá)成度，評價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)成果達(dá)成度?？己谁h(huán)節(jié)包括平時(shí)成績、課堂筆記和期末考試成績，總評成績以百分計(jì)，滿分100分，平時(shí)成績由出勤、項(xiàng)目、作業(yè)及課堂表現(xiàn)組成。各考核環(huán)節(jié)所占分值比例及考核細(xì)則見表1。

（四）? 成果

在實(shí)施上述教學(xué)設(shè)計(jì)后，本文采集了每學(xué)年的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程考核數(shù)據(jù)，對比3學(xué)年的學(xué)生卷面成績呈現(xiàn)以下趨勢。如圖3所示。

由圖3可知，2019級學(xué)生數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程的卷面成績平均分為62.26分，2020級學(xué)生數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程的卷面成績平均分為66.05分，2021級學(xué)生數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程的卷面成績平均分為68.48分，課程卷面平均分逐年呈上升趨勢。且2019—2021級學(xué)生在ACM多次獲得省級以上獎(jiǎng)項(xiàng)，以及多項(xiàng)藍(lán)橋杯省獎(jiǎng)和國獎(jiǎng)。說明數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程的持續(xù)性改革設(shè)計(jì)是可以提高學(xué)生成績的。

三? 結(jié)束語

以應(yīng)用型本科安徽信息工程學(xué)院軟件工程專業(yè)建設(shè)為背景，探索出的基于博思智慧學(xué)習(xí)平臺數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的線上線下混合式教學(xué)模式，這種模式提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)注意力更為集中。博思智慧學(xué)習(xí)平臺為學(xué)生提供了大量學(xué)習(xí)視頻和資料，全面記錄了各項(xiàng)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，教師根據(jù)數(shù)據(jù)反饋的信息實(shí)時(shí)調(diào)整教學(xué)方法。此外，通過學(xué)生對教師的教學(xué)評分、課程成績、問卷調(diào)查等方式對教學(xué)效果進(jìn)行調(diào)研，大部分同學(xué)反映解決了他們之前學(xué)習(xí)課程的困惑，且動(dòng)手能力和解決問題的能力得到了提高。

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作者簡介：佘星星（1996-），女，漢族，安徽銅陵人，碩士，講師。研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)挖掘。