数据结构与算法三维能力一体化教学改革探索

摘要：近年来，国家大力地推行高校教学教育改革，以大赛为契机，紧密围绕“以学生为中心”的教育教学理念，鼓励高校教师不断进行教学改革创新，提高课堂教学质量。文章针对数据结构与算法课堂教学中存在课程知识体系不完善、特色育人不足及实践创新能力培养缺乏问题，教学团队提出了三维能力一体化培养的教学改革创新，以学生为中心，实践项目为导向，持续改进的教学理念，从专业能力、特色育人、实践创新三个维度出发，分析了课程教学中的痛点问题，提出了相应的教学创新举措，并构建了新的教学模式和方法。

关键词：数据结构与算法；应用型人才培养；课程思政；混合式教学

中图分类号：G642      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2025）07-0147-03

开放科学（资源服务） 标识码（OSID）

0 引言

高校教学改革创新是高等教育发展的重要驱动力，是提高教育质量，培养具有创新能力和实践能力的高素质人才重要手段[1]。近年来，中国高等教育在改革创新方面取得了显著进展。教育部门鼓励高校实施素质教育，强化学生的全面发展，而不仅仅是知识的传授。高校更加注重培养学生的创新精神和实践能力，强调学以致用，提倡终身学习[2]；在此背景下，培养高素质应用型技术技能人才，使其适应时代变化，是计算机专业课程教学的改革目标。目前高校数据结构与算法课程大部分采用传统教学模式，存在教学手段单一、教学理念陈旧等诸多问题，因此，如何优化课程结构、更新教学内容、引入跨学科的课程设置以及加强实践教学环节[3]，培养高素质应用型人才，使其适应时代变化，是数据结构与算法课程改革目标。

2021年由教育部教育司指导，中国高等教学会主办的首届全国高校教师教学创新大赛在复旦大学拉开了帷幕。大赛旨在落实“以本为本”，鼓励教师采用启发式、讨论式、案例分析等多样化教学方法，激发学生的学习兴趣和主动性[4]，引导高校教师潜心教书育人，形成卓越教学的价值追求和自觉行动，打造高校教学改革的风向标，全力推进高等教育“质量革命”[5]。在此契机之下，数据结构与算法课程团队经过多年的教学改革和实践，从专业能力、实践创新、特色育人三个维度出发，构建数据结构与算法课程的教学新模式和方法，并取得良好成效。

1 课程基本情况

学校2002年开设计算机专业以来，数据结构与算法课程作为计算机专业核心基础课程出现在学生的课堂上；2015年学校升格为本科院校，开设计算机科学与技术专业，数据结构与算法课程由高职教学转变为本科教学；2016年“校企合作”为数据结构与算法课程教学提出了新要求，课程首次采用混合教学模式。2017年学校启动了“校企深度合作”，为数据结构与算法课程实践教学指明了方向，教学团队重构课程知识体系，优化课程教学内容；2019年作为学校升本以后第一批优质课程进行相应建设；2021年获批校级一流课程建设，教学团队依托超星平台，建立了混合教学模式，并应用到实际教学中；2022年获批校级课程思政示范性项目。

数据结构与算法课程从计算机的角度阐明了数据组织的基本规律。其从数据的逻辑结构出发，抽象出数据的逻辑结构特征及基本规律，知识目标是让学生掌握数据的逻辑结构、存储结构及其算法的具体实现；掌握算法效率的分析，为实践应用做好相应准备；能力目标着重培养学生算法分析能力、实践编程能力，增强学生编程思维和编程能力，让学生能自己动手写程序；素质目标是通过对本课程的学习，培养学生对专业的学习兴趣，激发学生的爱国热情和民族自豪感，同时也让学生树立坚定的信念，向科学家学习，勇于创新和实践，树立不怕艰险敢于探索的奋斗精神，树立踏实的人生价值观。课程通过知识目标到能力目标转化，再到素质目标的培养，逐层递进，达到育人目的，实现人才的培养。

2 课程教学痛点

通过多年的教学研究和实践，教学团队通过2019-2022年对上课学生调查发现，这个时期的学生能独立阅读并分析程序，具有一定算法分析基础；掌握绘制流程图的方法，并能编写简单程序；但缺乏深入钻研的精神，编程能力有限，害怕和畏惧自己动手写程序，如图1所示。

基于以上的学情分析及课程特点，教学团队总结是3个课程痛点问题。

1） 课程教学资源不完善，忽视了应用型人才培养的目标。教课程教学资源单一，教学内容未能深入企业调研，缺乏对原理课程、实践课程、网络资源等方面的提炼、优化，未能突出应用能力培养。大部分教师过于注重理论知识的讲解，缺乏对学生工程素质的训练和解决问题能力的培养，学生的内驱力和学习积极性不高，致使学生的专业能力缺乏。如何整合教学资源，重构课程知识体系，培养学生的专业能力，成为现在急需解决的问题。

2） 缺乏特色育人的培养。课程采用传统的教学模式，教师教学生学，课程抽象，难度大，学生的学习兴趣不高，不利于培养学生解决问题的能力；对学生计算思维的培养、思想政治教育也难以体现。如何改变教学模式，实现特色育人，培养学生的综合应用能力也亟待解决。

3） 缺乏实践创新能力的培养。本课程具有很强的抽象性和逻辑性，学生容易在理论向实践转化过程中，而无法通过具体语言编程调试出来，从而丧失学习的积极性。如何提高编程思维，化虚为实，培养学生的实践创新能力也迫在眉睫。

3 课程教学创新举措

基于以上的教学痛点，团队提出了三维能力一体化培育的教学改革创新与实践，以学生为中心，实践项目为导向，持续改进的教学理念，采用“整合教学资源、完善教学体系、创新教学模式、融合教学育人、突出教学效果”的创新举措，把数据结构与算法课程与专业能力、特色育人、实践创新紧密联合起来，从三个维度全面解决教学过程中的痛点问题，如图2所示。

1） 采取整合教学资源，多方位保障学生的专业学习能力。

在近几年的教学过程中，逐步建立并完善课程相关教学资源。具体内容包括：结合课程特点，对晦涩难懂的知识录制相关教学视频；以项目为导向，设计典型项目案例，培养学生的实践应用能力；通过超星学习通教学平台，建立课程资源库，整合教学视频、学习资料、作业、试题等相关资源，从2020年至今，录制教学相关视频12个，设置任务点18个，发布作业23次，学生参与话题讨论3 000多次，学生可以根据课堂学习情况配套使用相关教学资源，巩固所学知识，通过题视频学习、主题讨论、作业、测验等方式，多方位进行学习，保障学生专业学习能力的提升，如图3所示。

2） 完善课程教学体系，突出培养学生的专业能力。

教学团队经过深入研究及讨论，以课程逻辑体系结构为突破点，在原有课程建设的基础上，重构课程教学逻辑结构体系，如图4所示，使课程由理论知识逻辑课程体系转向实践知识逻辑课程体系转变。以项目实践为导向，多方位融入课程思政元素，重构课程教学体系结构，让理论知识向应用实践转向。教师授课内容更为丰富灵活，教学设计更有特色，学生更为积极主动，专业能力得到了相应的提高。

3） 改变传统教学方法，创新教学模式培养学生的综合应用能力。

依托超星平台，采用混合式教学，建立课程相关资源。教师结合学生线上线下情况，通过问题引入、项目驱动、探究算法等方式，引导学生探索问题、完成任务，将知识与问题、任务与活动结合，强调探索问题和完成任务时将知识的产生和应用的情景融合在一起，提高学生专业应用能力；通过线上及时辅导，线下及时反馈、线上线下讨论等方式促进师生之间的交流，同时，近几年的教学过程当中不断对线上教学内容进行更新，使教学资源更为完善。利用现代化教学手段，提高学生的学习兴趣及课堂参与度。

在教学过程当中，通过学习通、QQ等App发布任务问卷、投票等，增强与学生的互动，提高学生的课堂参与度，增强学生的积极性。通过以上手段，学生的知识水平、价值观得到不同的提升，综合应用能力得到了提高。

4） 注重课程思政的融合，潜移默化感染学生，实现特色育人。

注重课程思政的融合，在不同的教学环节，引入“明星翟天临硕士毕业论文抄袭”“花木兰替父从军”及“青藏铁路建设”等思政案例，通过思政元素与项目实践的有机融合，引导学生自觉树立远大职业理想，增强民族自豪感、归属感、责任感和使命感；鼓励学生积极实践，勇于创新。同时，教学团队完成校级课程思政建设团队申报1项、课程思政示范性建设项目1项、课程思政教学视频录制2项、课程思政教学设计4项。

5） 注重编程思维的训练，化虚为实，培养学生的实践创新能力。

首先，在课堂上融合多种教学方法，注重编程思维的训练，课堂教学中融入启发式、案例式、项目式及任务驱动式教学法，引导学生以计算机思维分析问题。

其次，理论结合实践，提高编程思维和编程能力。在教学设计过程中，以理论教学为基础，融合实践内容，如在讲授队列结构应用时引入银行排队叫号问题，引导学生如何用所学知识解决银行排队叫号系统。既培养了学生分析问题、解决问题的能力，又能锻炼学生对所学知识的应用，达到能力的培养。

再次，以实践应用为导向，考核学生的编程能力。课后布置任务，要求同学分组完成算法实现；课程实验设计，针对不同的章节，设计源于生活的编程题，如：线性表应用中，学生通讯录管理系统、学生成绩管理系统的实现等，通过实践项目的锻炼，达到对学生编程思维和编程能力的训练。

最后，“以赛促学、以赛促教”，培养学生实践应用能力。教学过程中结合程序设计大赛、人工智能大赛等赛题作为课后延伸学习，每周为感兴趣的同学布置一道赛题任务，师生一起讨论、分析，确定算法，编写程序实现功能，为后续学生参加比赛打下良好的基础。学生通过大赛锻炼了编程思维和编程能力，对知识的理解和应用更为灵活。通过以上方法，学生的实践创新能力得到了提升。

4 课程改革创新成效

通过教学团队不断探索与创新，数据结构为算法课程教学注入了新的血液。在遵循以“以学生为中心”的教学理念上，设计丰富教学环节，教学过程饱满，师生互动频繁，学生参与度极高，实现了培养学生主动性的目标；多样化的教学方法，引导学生分析问题、解决问题，培养学生的编程思维和编程能力，要求学生能够把理论向实践转换，把所学的知识转换成具体程序，达到应用型人才培养的目标。

1） 学生学习效果显著提升，学生实践创新能力不断提高；经过教学创新改革，学生学习能力大大增强，编程思维及编程能力明显提高，平时学习情况、实验项目、课程设计及期末成绩优良率有所提高；学生在各级别的赛事，成绩喜人。近五年来，学生参加蓝桥杯、广西大学生人工智能设计大赛、广西大学生程序设计大赛获一等奖23项、二等奖38项、三等奖62项。学生还参加计算机相关学科的其他级别的赛事，成绩喜人，如图5所示。

2） 教师教学科研水平明显提高。近五年来，团队教师共主持或参与科研教研项目5余项，校级教学质量工程项目4项，出版教材1部，撰写科研教研论文10余篇，发表论文10篇；教师参加广西壮族自治区高校青年教师教学能力竞赛获工科组二等奖1项、校级青年教师教学能力竞赛二等奖1项、校级课程思政教学设计比赛三等奖2项；指导学生参加积极各类教学竞赛获优秀指导教师5人次，如图6所示。

随着教育信息化的不断深入，如何培养量高素质应用型技术技能人才，是计算机专业课程教学的改革目标。高校教师应积极思考如何让学生从被动转为主动，从厌学转为乐学，促进学生专业能力、实践创新能力的培养。数据结构与算法在今后的课程教学，团队教师需要更进一步探索，在“以学生为中心”教学理念，如何让理论知识体系向应用实践转向，如何使授课内容变得更为丰富，教学设计更有特色，增强师生互动，提高学生参与度，驱动学生编程思维及能力训练，实现培养学生专业能力的目标。

参考文献：

[1] 中国政府网.教育部关于中央部门所属高校深化教育教学改革的指导意见.教高〔2016〕2号[EB/OL].（2016-06-13）[2023-11-20].https：//www.gov.cn/gongbao/content/2016/content_5145571.htm.

[2] 中国政府网.教育部关于一流本科课程建设的实施意见.教高〔2019〕8号[EB/OL].（2019-10-24）[2023-11-20].https：//www.gov.cn/gongbao/content/2020/content_5480494.htm.

[3] 光明网.深化学校教育改革创新[N/OL].（2020-10-21）[2023-11-20].https：//theory.gmw.cn/2020-10/21/content_34290646.htm.

[4] 人民网.高等教育改革应更具创新性[N/OL].（2019-11-15）[2023-11-20].http：//edu.people.com.cn/n1/2019/1115/c1053-31456804.html.

[5] 王恩界.首届全国高校教师教学创新大赛广西教师获奖八项[J].高教论坛，2021（8）：2.

【通联编辑：李雅琪】