基于OBE 新工科理念的《数据结构》课程教学改革研究

摘要：OBE（Outcome Based Education）即“以产出为导向的教学”，是一种以学生学习效果为导向的新工科教学理念。《数据结构》课程作为计算机类专业的核心基础课，如何基于OBE 新工科的教学理念，建立全新的《数据结构》课程体系是该研究的重点。该文从OBE 理念的根本出发，以培养真正的应用型人才为目的，详细阐述了课程内容的组合方式、考核内容、考核方式以及上课手段等。

关键词：数据结构课程；OBE（Outcome Based Education）；新工科；应用型人才

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）32-0140-03

1 引言

OBE （Outcome Based Education）是一种新星升起的教学理念，在美国、加拿大、英国等许多发达国家中已成为主流的教育理念，即以培养学生能力为导向、采用逆向思维的方式进行课程教育体系的建设理念。该教学理念近年在国内也得到了迅速发展，已被中国工程教育专业认证协会认证[1]。在工程教育质量的验证上，OBE理念具有较好的指导意义。因此，国内外许多学者在基于OBE理念的研究基础上，提出了一些先进的教学改革方法[2-5]，其成果对于提升学生们的应用能力具有非常好的引导作用。

与传统的教学理念不同，OBE注重的是学生学完这些课程后，学生们能够做什么，能够取得什么样的效果，而不是注重过程，它们注重的是结果。基于此，学校在制订培养计划等的时候，首要是考虑这门课程学生学完之后要达到什么样目的，然后教师根据培养目的设计出合适的教学内容，采用恰当的教学方法以完成OBE教学理念下设定的教学目标。这与传统教学方法不同，传统的教学方法是以教学为主，而OBE 理念教学是以学生能够达到什么样的结果为目的，通过对课程体系的分析，学生学完该门课程能够应该具备什么样的素养和能力，进而对课程内容进行调整、确定清晰的教学目标，将实践与理论相结合；在教学过程中，根据学生的学习情况不断调节教学方式和内容，最终达到OBE教学的理念。

随着计算机专业的蓬勃发展，国内外高校对《数据结构》课程的人才培养方案进行了深入的探索：文献[6-10]从分析数据结构课程教学现状的基础上，对课程组织、教学内容、教学方法等方面提出相应的改革措施，为了提高教学质量，培养应用型人才，把《数据结构》与《C语言》课程教学相结合，这些方法虽然在教学效果上有了一定的成效，但其本质还是和传统的教学目的一样：以教为目的，并没有去探讨学生学的结果；文献[11-13]从《数据结构》课程对学生实践能力进行改革。《数据结构》课程包含理论课程与实验课程，实验课程的目的在于通过使用C语言，对《数据结构》理论课程中的算法进行模拟实现，使学生获得数据结构方面的基本知识、基本理论和基本技能，为后续课程的深入学习打好基础。通过上机实验辅助理解课堂知识，培养学生自主学习、探索研究性学习的能力。这些研究从理论上来看，有一定的实用价值，但是研究者们并没有展示他们的研究成果。因此，在新工科迅速发展的背景下，《数据结构》作为计算机专业的核心基础课程，把其融入OBE教学的理念当中去势在必行。

2 课程改革内容

随着新工科发展的推进，本研究基于OBE理念的“数据结构”课程教学改革，从教学大纲、教学内容与方式、理论教学与实践教学串联、实践考核机制等4个方面进行了探讨（如图1所示），以提高学生分析问题、解决问题的能力为目的，重点培养学生的创新精神、工匠精神以及工程的实践能力。

2.1 教学大纲

基于OBE理念的“数据结构”教学大纲设计，首先应满足专业培养计划，其次应根据学生的学习结果来设计，最后应满足学生毕业要求的各项指标。因此，我们从知识要求、能力要求、素质要求等方面进行创新。

（1）知识要求。要求学生掌握该学科的基本概念，理解学科的知识结构和典型的数据结构类型。如使学生掌握数据结构课程的常用术语、基本概念，典型的数据结构类型：线性表、栈、队列、树、图、查找和排序等，如图2所示。学会把这些基本的数据结构应用到相应的算法当中，并设计出相关的解决方案用于解决生活当中实际的问题；理解递归、贪心、分治等程序设计方法。

（2）能力要求。总体上学生应具备运用辩证唯物主义的观点分析和解决问题的能力，能够运用所学的综合知识进行方法、技术的创新，从而运用到实际生活当中进行实际问题的解决。为了达到OBE理念综合训练的目的，还应培养学生终身学习的能力，达到能够把这些基础课程的知识灵活运用到现代信息技术中，从而自主地获取相关新技术、新知识，持续提高自身解决问题的能力。

（3）素质要求。作为理工科的学生，不仅应具备理工科的工程素养，还应具有人文社会科学素养、健康的心理素质以及良好的职业道德，拥有正确的人生观、价值观和世界观。真正做到把该门学科学完，不仅能够得到很好的应用。同时，从素质方面，能够达到OBE理念设计的目标。

2.2 教学内容与方式

基于OBE教学理念，为了更好地达到教学效果，传统的“数据结构”课程在理论课程教学学时上所占的比例较高，为了更好地培养学生动手实践能力，我们压缩了一部分理论教学课时，为了让学生能够更好地适应这一改变，我们以C语言作为切入点，重点讲解命名空间、抽象数据类型等新概念。同时，避免在相对较枯燥的数据结构底层代码上的实现花费课时，把代码实现移到实践课程上讲解，大大压缩了理论课时，例如对数据元素存储中的增删改查等操作。

在教学方式上，不再在多媒体教室进行教学，而是采用在机房进行的方式。在教师主机上会运用事先设计好的一些动画，如.swf等动画文件进行一些发展算法的讲解，使学生能够更好地理解、教学界面更加友好，而不是千律一篇的PPT演示，学生能够更好地接受新知识。同时，课中使用钉钉进行直播录制，课后及时向学生公布回放视频、动画等资料，方便学生在课后能够独立进行知识的查漏补缺与巩固。

2.3 理论教学与实践教学串联

灵活调整理论课和实验课的时间安排，与传统的理论与实验课时间安排在不同时间段不同，该课程改革采用课堂的前40分钟左右讲解理论知识，剩下的时间实验教学，目的是当堂课尽量让学生当堂消化，采用学用结合的方式，一方面解决了学生枯燥的听课训练，另一方面也解决了学生只会理论，而动手操作能力弱的问题。实验结合理论串联教学的方式，笔者也提供了一些现实生活中的问题，通过问题驱动的方式进一步提高学生的兴趣。例如，在讲解队列的时候，我们就编排了一组演唱会的购票模式，怎样可以又快又不失排队的特点，让购票人快速买到票，而且通过动手实践的方式进行场景的真正模拟。

2.4 实践考核机制

根据2.3小节所述，理论与实验课采用串讲的模式进行，则在实验课考核机制的制定中，不再居于传统的考核方式：在课堂内进行打分制。把实验课的考核延伸至课堂外，即每堂课后不再强求学生必须在课堂内完成，可以课后进行讨论，甚至几个学生形成一个团队，每个模块所做的事情通过雨课堂等进行检测，要求学生在一定时间内递交代码并进行预报告。老师则根据提交的代码和实验报告等对学生进行评测，为了避免一部分学生浑水摸鱼，下一次课题的时候随机抽取几个可疑学生的作业，要求他们讲解整个实验的流程及部分知识，这样不仅能够督促学生认真完成所学的内容，还拓宽了他们的课外知识。

3 结束语

OBE教学理念以人为本，结果为导向，突出学生的动手实践能力，构造了工程应用的所有过程，结合《数据结构》理论与实践教学过程中存在的问题，从课程的教学大纲、教学内容与方式、理论教学与实践教学串联、实践考核机制等方面进行了探索与实践。应用表明，该课程体系的改革极大地调动了学生的学习兴趣，把课堂延伸到课外，及时灵活地应用，不仅提高了学生的学习积极性，教师们感觉到学生的兴趣，也有了把课堂设计得更加生动的动力，这种循环驱动的效果，对于在新工科背景下培养计算机方面的创新人才有着重要的意义。

参考文献：

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【通联编辑：梁书】