新工科背景下应用型本科院校数据结构教学改革研究

刘翠焕 张丽娟 张波 黄振华

摘 要：为积极响应新工科发展建设，积极推进教学改革，本文分析了在目前新工科背景下数据结构的教学现状，并提出了一些改进方法，以提高教学质量，培养学生的专业能力和创新能力。

关键词：新工科;数据结构;教学改革

应用型本科院校，是指以应用型为办学定位，以应用型本科教育为主的本科院校。应用型本科教育的职责之一是抓住新产业、新业态和新技术发展机遇，创新发展思路，增强把握社会经济技术重大变革趋势的能力，加强战略谋划和布局，实现弯道超车。所谓的新工科，其主要是指为主动应对新一轮科技革命与产业革命支撑服务创新驱动发展等一系列的国家战略。2017年2月以来，教育部积极推进新工科建设，作为应用型本科高校更应该适应新工科建设，积极探索“新工科”创新应用人才的培养，推动教学改革。作为以计算机应用为基础的新工科专业，计算机了类学科基础课的教学改革就显得尤其重要。而数据结构是计算机类学科基础课中的核心课程，是“描述现实世界实体数学模型（通常为非数值计算）及其之上的运算在计算机中如何表示和实现”的学科，[1]与工程应用领域及创新应用人才的培养有着紧密联系。同时，数据结构课程也是很多计算机类研究生考试的必考课程，其重要性可见一斑，但是在传统的数据结构的教学主要是以讲授理论为主，实践较少，学生学习兴趣低下，教学效果非常不好。

1 应用型本科高校的特点

1.1 学校层次特点

应用型本科高校与研究性本科高校不同，更强调应用性，其培养的学生大多也是从事一线工作的人员，因此学生的实践能力尤为重要，主要有以下几个方面的特点：培养的是服务于生产一线的高层次技术技能型人才;开展应用型研究，为行业、企业提供技术服务和智力支持;具有开展地方需要的社会服务，包括人才培训、技术咨询等。

1.2 学生特点

应用型本科院校的学生与研究性院校的学生相比，具有很大的不同，首先在高考录取分数较低，很多学生的基础相对薄弱。虽然说高考成绩不能完全反映学生的学习能力和水平，但是应用型本科院校的学生大多数在中学阶段数学成绩不好或者逻辑思维能力相对较弱，都会都会影响了数据结构课程的学习;其次，学生的动手能力相对较强，喜欢实践类课程，在学习中表现出对于理论知识的理解不够深入或者听不懂;最后，应用型本科院校的学生很多是在中学阶段没有养成良好的学习习惯，不愿意课下进行有效的预习和复习，虽然老师布置了预习和复习作业，只要不是量化的考核，很多学生就不能完成，或者有的学生为了“完成作业”而完成，缺乏自己独立的思考，主要是根据网上的资料进行微加工或者照搬，这样根本起不到该有的效果。

2 教学现状

目前数据结构作为计算机类的学科基础课，在实际的授课过程各个学校因为实际情况不同，总受到诸多因素影响，在教学和考核中还存在不少问题，主要有以下几个方面。

2.1 理论课时多，实践课时少

由于数据结构课程本身理论性强的特点和公开出版的教材来看，使得很多院校在授课过程中还是以课堂理论教学为主，配有部分实验学时一般是占总学时的四分之一左右，并且实验学时分配到各个章节中，学生完成的实验都是分散的，缺乏集中的、完整的实验环节。

2.2 缺乏有效的课下指导

数据结构的学习除了有效的预习之外，课下复习也是非常重要的一个环节，部分学校采用老师建立QQ群、在线学习等方式，指导学生的预习和复习，但是这样的方式毕竟还是受到限制，同时满足多名学生同时辅导，使得这样的方式只对于部分学生达到了预期目标。

2.3 实践环节缺少合理的设计

学生在学习数据结构课程时感触最深的是，老师讲的时候理论基本都能听懂，但是在实际计算或者进行设计时完全无从下手，不能對问题进行设计和解决。而实验部分也是传统的验证性实验，缺乏创新性，缺少让学生自主进行设计的实验环节。

2.4 考核方式单一

目前大部分学校对于数据结构课程的期末考核还是采取传统的闭卷理论考试为主的评价体系，在试卷中还是传统的题型，重在考核学生对于书中理论知识的掌握情况，好多学生在考试之前进行突击，通过死记硬背记住一些概念或者常用的算法，缺乏学生自主设计的内容，因此还是会出现经常说的“高分低能”的现象，对于学生的职业发展是非常不利的。

3 教学改革的内容

针对目前数据结构课程的教学现状，我们根据我校学生的特点和实际情况采取了部分措施来进行教学改革。

3.1 教学方法的改革

（1）生动的序言课。在本课正式开课前上一节序言课，主要包括本课程在整个专业课中的地位和作用、课程的特色、课程的学习方法、课程安排、考核评价体系等内容，先给让学生对课程有各个整体认识，同时也引起学生的重视，课程的安排部分不仅包括课时的安排，也包括课堂教学活动的安排，比如什么时候采取什么教学方法等，通过序言课让学生能了解在整个学习过程中都需要做什么，从而引导和促进学生的有效学习，往往一堂生动的序言课上完，会让很多学生对这门课感兴趣，在后面的学习中保持着高度的积极性，同时也会和老师进行有效的互动和沟通，有助于学生的学习。

（2）多重教学方法的使用。结合数据结构这门课程而言，尤其是在理论讲授部分，传统的单一讲授方式已经不能满足教学需要了，学生们往往是感觉非常枯燥的，虽然我们可以用生动的案例导入，但是对于后面进入知识讲解部分时，学生还是感觉到枯燥难懂。因此，在不同的知识点采取不同的教学方法尤其是现代化的教学手段的运用，在教学过程中不仅仅局限于PPT的使用，可以采用翻转课堂、慕课以及微课等现代化教学方式提高学生的学习兴趣和参与度;比如在栈和队列部分（知识点相容易理解），可以把课堂完全交给学生，让学生以小组为单位课下提前进行预习和制作PPT等工作，课上一个小组让学生来进行讲解其他小组进行补充，最后教师再做总结，最后各个小组进行互评，作为期末成绩的一部分，也能大大提高学生的积极性，促使学生在课下进行自学，培养学生的学习能力。

3.2 课下时间的利用

在科学给学生增负的背景下，如何指导学生合理利用课下时间进行学习也显得尤为重要，我们主要采取了以下两个方法。

（1）学习小组的建立。在各个班中，主要以宿舍为单位建立学习小组，进行相互帮助和监督，在整个教学过程中，有一部分任务是以小组为单位完成的，同时在预习和复习中，一般问题要求在小组内解决，组内解决不了的，由组长收集和整理，老师进行解决，这样也提高了一部分学生的学习动力，尤其是在讨论问题的过程中，很多学生会把原来不太懂的问题弄懂了。学习小组的作用不仅仅是讨论问题，在很多教学环节中，学习小组可以作为一个整体来进行活动，比如翻转课堂、课程设计等都可以以小组为单位，不同的学生在整个活动中发挥不同的作用，这也让学生体会团队合作的重要性。

（2）学生助教的设置。由高年级本课程学习好的学生担任低年级助教，一般是每个学习小组配备一个助教，主要利用晚自习或者其他课余时间进行答疑或者小组讨论等环节。

3.3 创新性实践环节的设置

除了各種教材中都有的验证性的实践教学环节外，还可以设置课外实践环节，在序言课上就给学生进行布置，让学生有一个较长的时间进行构思，课程结束时进行检查，一般以个人为单位完成，主要内容是让学生自主设计一个小游戏，要求有一定的创新性（这里不要求游戏设置的合理性，主要要求创新性，所有的规则都有学生自己规定，这样才能发挥学生的创造性，同时也避免了学生的相互抄袭或者网上下载等情况），目的是为了让学生在设计的过程中，可以更好地消化知识，培养解决问题的能力。

3.4 考核方式的改革

顺应新工科的发展趋势，改变传统的课程考核方式，对学生进行全面考核评价学生理论掌握情况和实践运用情况，以考核管理机制引导促进学习，对学生的课堂表现、课内实践、课外实践、算法研究、小组互评和期末考试等多方面考查。课堂表现不仅体现在课堂出勤上，更侧重课堂的提问和回答可以设置抢答问题，这样不仅既可以活跃课堂的气氛，又可以增加课堂的有趣性。对于积极抢答回答正确的学生给予加分奖励，那么学生积极性会更高。课内实践主要就是验证性实践环节，根据学生完成的速度和报告质量进行打分。课外实践主要是综合实践部分，主要考核学生完成项目的难度、思路、程序的性能和运行结果等进行综合评价。算法研究是让学生在学习期间根据自己兴趣去研究一个算法，并针对算法提出自己的看法，目的在于引导学生的学习兴趣。小组互评主要是小组讲课的过程总，根据小组得分和学生在小组活动中的工作量进行考核。期末考试所占比重下降，主要考核学生对基础的掌握和算法设计方面。

4 结语

在新工科建设的背景下，针对如何充分发挥学生的学习主观能动性，培养“新工科”创新型人才。本文从数据结构课程入手，根据课程本身特点，研究学生的学和教师的教分析目前存在的现状，有针对性的提出了教学改革的方法，加强实践教学，给学生科学合理增负，采取形式多样的考核等方法，提高学生的学习兴趣和专业能力、创新能力，提高教学质量，相应新工科建设。

参考文献：

[1]李春葆.数据结构教程（第五版）[M].北京清华大学出版社，2017.

[2]张文祥.应用型本科高校内涵、特征和发展路径[OL].个人图书馆，2014-6.

[3]牛秋月，唐国良.新工科背景下数据结构教学改革[J].教育现代化，2018，5（22）：70-71.

[4]何国良，汪紫煌，辛欣.新工科背景下数据结构课程的教学研究[J].科教导刊，2019，8（24）：118-121.

[5]阮仪，吴佳忆，曾柒龙.新工科背景下地方应用型本科院校数据结构教学改革与研究[J].高教学刊，2019，18：141-143.

项目来源：河北省高等教育教学改革研究与实践项目（项目编号：2018GJJG667）

作者简介：刘翠焕，副教授，河北工程技术学院软件学院教学副院长，曾担任软件工程专业负责人，一直致力于软件工程专业人才培养模式和课程体系建设研究。