学科竞赛驱动的数据结构教学改革研究

张晴　高广银

关键词：数据结构；学科竞赛；产教融合；PTA

中文分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）03-0174-03

0 引言

编程是计算机科学中最基础、最重要的一部分，是创造力和创新能力的体现[1]。学科竞赛是推动高校编程教学，培养学生综合素质、团队协作能力、分析问题及解决问题的实践能力的重要平台，激发学生自主学习和主动探索[2-3]。数据结构是计算机类专业理论性和实践性较强的专业基础核心课程，在课程体系中起着承上启下的作用，该课程对培养学生程序设计能力、逻辑思维能力及解决复杂工程问题的能力起着极为重要的作用。南京理工大学泰州科技学院是一所培养应用型人才的高校，其计算机教学鼓励学生积极参加蓝桥杯大赛、中国高校计算机大赛等权威赛事，培养了一批优秀人才[4]。为了进一步提升教学质量，提高学生程序设计能力，将学科竞赛拔到新的高度，对数据结构课程教学进行改革。

1 数据结构教学存在的问题分析

1.1 课程目标不清晰

在学期末进行学情调查时，学生普遍反馈数据结构课程内容抽象、学习有难度，究其原因是：一方面，数据结构课程中概念多，形式化符号多，伪代码多，这些抽象的概念和符号天然地成为南京理工大学泰州科技学院学生学习的障碍，学生在某一知识点上产生畏惧心理[5]，就会停滞不前，或者想着绕开，甚至一些只需要了解的知识点，因为它的应用比较难，也会让学生产生厌学情绪；另一方面，课程教学内容组织不够合理，学生反映感觉学习内容都是重点，三大数据结构两大算法都是重点，大而全的教学内容和要求让学生力不从心，学生缺少更清晰的课程目标作为指引。

1.2 课程知识衔接不够

本课程的前驱课程主要是编程语言课程、离散数学等，大学一年级期间学习完编程语言课后，不少同学只停留在语言语法知识的了解，知识的运用还不熟，编程思维能力仍然欠缺[6]。学习数据结构需要先学习编程语言课程，具备相应的编程能力，但计算机思维能力的培养需要大量的实践积累，因而有必要结合编程语言课中数组、结构体以及数据结构中部分查找、排序、顺序栈等知识点强化编程训练，夯实编程基本功，只有通过足够的练习，量变引起质变，才能使得学生达到要求的能力，那么，在训练过程中可以引入部分数据结构的概念，实现课程知识的无缝衔接。

1.3 课程考核体系不健全

传统的课程考核方式以期末笔试为主，平时实验为辅，这样的考核方式工作量小，也能一定程度反映学习情况，但是在提升学生学习兴趣方面很难有效果，同时也不够全面。例如有些学生动手能力强，对抽象的理论知识、算法原理以及解题不擅长，但是对于应用算法或者编程语言工具包解决实际问题感兴趣；一些同学编程能力稍弱，但是有较好的数理基础，对于算法设计和分析更感兴趣；还有些同学喜欢跟着团队做项目，完成实际项目可以带来成就感。那么，该课程需要探索更全面的考核评价方式，在考核学生课程学习的同时，更好地激发学生学习兴趣。

2 数据结构教学改革与成效

2.1 建立产教融合型师资团队，创新教学形式

南京理工大学泰州科技学院于2016年申报了由教育部学校规划建设发展中心联合曙光信息产业股份有限公司实施的数据中国“百校工程”项目并获批，探索产教融合办学模式。根据我校应用型人才培养定位，企业方派驻8名工程师驻校，校企双方共同制定人才培养方案，共同制定课程教学大纲、共同开发应用型课程、共同进行课程授课、共同指导毕业设計、共同进行质量监控等，实施深度产教融合、共育高水平应用型人才。该平台有力地支撑了南京理工大学泰州科技学院专业建设与课程建设，2019—2020年获批2个江苏省一流本科专业建设点（计算机科学与技术专业、软件工程专业），获批1门国家级一流本科课程（Java程序设计）。

该经验有效地启发了其他课程建设，2019年申报了校级教改课题“应用型本科高校数据结构课程教学改革研究”，开展数据结构课程教学改革研究。首先学习一流课程建设标准，成立了数据结构课程产教融合型教学小组（以下简称教学小组），由3名学校教师及1名企业工程师组成，如表1所示。教学小组实行集体备课，统一教学思想，形成趋于一致的风格，定期开展说课、听课、评课等教学研讨活动，提高教学水平；教学小组创新教学形式，实行平行班级按章节及知识点授课，充分发挥教师个人特长，以及对某些知识点深入研究的优势。学生们反馈，一门课程有多位老师上课，新面孔有新鲜感，注意力特别集中，课程学完了仍然有后劲；双师授课，加强了对多门课程关系的了解，加深了对知识点的理解，加大了对编程的训练。

2.2 以学科竞赛为纲，重构课程教学内容

计算机学科竞赛的课程群主要包括“程序设计语言”“数据结构”及“算法分析与设计”等课程，教学小组结合多年授课经验、指导学科竞赛经验、双创及考研辅导经验，以学科竞赛为纲，梳理出相关知识点，确定数据结构作为学科竞赛承上启下的纽带作用，制定课程目标，重构课程教学内容，让课程教学时间节点更合适，内容衔接更得当。

课程内容重构为三部分[7]，如表2所示。第一，前置篇。前置篇承上，拓展程序设计语言课内容，引入学科竞赛题目，使得学生初步了解学科竞赛，树立学习目标，激发学生学习热情。例如通过介绍斐波拉契数列的不同解法，让学生切实感受算法的效率，了解时间复杂度等概念；通过介绍基数排序、计数排序等，让学生深刻了解处理不同数据选择不同方法的重要性；通过数组实现栈、队列，并应用于解决进制转换、表达式转换与计算、迷宫游戏等问题，引导学生积极探索数据结构的世界[8]。第二，主体篇。主体篇全面地介绍数据结构的逻辑结构、物理结构等概念，理论与实践相结合的形式让学习具有系统性、完整性。第三，创新篇。创新篇启下，着重介绍数据结构的应用，尤其是应用于解决复杂问题，通过融入算法设计与分析的内容及部分创新项目的内容，创新教学形式、考核评价方式，提高学生独立思考、系统思维能力及编程解决实际问题的能力，为学生后续学习开拓新的视野。

2.3 搭建学科竞赛平台，任务清单式教学

搭建学科竞赛平台，有力支撑数据结构课程教学。学校以一流专业及一流课程建设为契机，购买了PTA平台（程序设计类实验辅助教学平台），该平台是权威赛事中国高校计算机大赛的官方指定平台，不仅拥有学科竞赛真题、模拟题库，还有开放的浙江大学课程资源，以及可以自建课程，具有学生管理、题库管理、在线考试及评测、反作弊检测、排行榜、成绩分析等功能。学生通过账号登录即可使用PTA平台，保留所有的学习轨迹，在线评测结果让学生及时地了解其完成情况，针对未通过的测试实例进一步调试、纠错，学习成果能够看得到，对编程的学习起到良好的激励效果。

发布任务清单，勾勒学习蓝图，明确学习目标。结合本课程内容及学科竞赛题目难度，按基础、提高、综合三个层次设计题库，发布任务清单，给学生一个清晰的目标，常规任务设置为定时开放，要求按规定时间完成，这既增强学生的效率意识，也培养学生自主学习能力，同时也减轻了教师批改题目的工作量，让教师能够投入更多的时间钻研和设计好的案例。反作弊功能确保学生成绩的真实性，促进形成良好诚信氛围。此外，不定期发布一些“悬赏”任务[9]，激发学生求知欲望，调动学生参与实践的积极性，鼓励学生勇于开拓进取，培养自学能力、竞争意识。

2.4 建立多元评价机制，考核过程化

构建以学生为中心的多元评价体系，课程考核实施过程化[10]。一、学科竞赛成绩可以置换课程成绩。编程兴趣是逐步建立的，编程能力是通过实践提高的，因而允许学生大学阶段通过专业内权威赛事获奖成绩置换相关课程成绩。二、课程考核分为理论、实验、任务、报告等多个方面，各个方面设置不同权重，采用不同形式，定量与定性相结合，全面地评价学生课程成绩。理论考试、任务清单等通过系统自动评测出分数，考查学生知识掌握和运用能力，实验考查学生分析和动手能力，报告考查学生自主探究及沟通协作表达能力。同时，通过问卷形式了解学生对课程目标达成情况，对PTA平台的使用情况，对课程的满意度，对教师的建议等，教学小组分析收集的信息，评价课程教学效果，研讨课程持续改进。

2.5 学科竞赛普及化，促进教学高质量

近些年来，学科竞赛与课程教学改革相辅相成，一方面学科竞赛提出了课程改革需求，推动了相关课程教学改革，另一方面，课程教学改革也促进了学科竞赛发展，教师和学生成果不断涌现。例如张老师参加青年教师讲课竞赛，参赛课程为数据结构，获得市级一等奖；“最短路径问题——Dijkstra算法”获得江苏省高校微课教学比赛三等奖。王老师指导学生在蓝桥杯、中国高校计算机大赛中表现优异，稳定地获得国家级奖项，获奖人数和获奖层次逐年提高。其他老师结合课程内容辅导完成学生创新创业项目、参加考研复试，多名学生由于突出的编程实力顺利达成目标。

3 结束语

学科竞赛是编程语言课程群教学的延伸和拓展，能够培养学生综合运用知识分析和解决复杂问题的能力、实践创新能力以及团队协作能力，提高学生的综合素质。在一流专业、一流课程建设的背景下，围绕学科竞赛主线，对数据结构课程内容进行重构，建立产教融合型师资团队，按章节知识点进行授课，依托学科竞赛在线评测PTA平台实施教学及管理，建立多元评价机制，实施过程化考核并形成規范的学习档案，探索并实践了一个理论够用、平台通用、实践案例有用、评价机制好用的培养应用型人才的教学模式。

【通联编辑：梁书】