基于OBE的數(shù)據(jù)結(jié)構教學設計與實踐

孟利華

摘要 數(shù)據(jù)結(jié)構是計算機類專業(yè)一門承上啟下的專業(yè)基礎課程，對培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力起著至關重要的作用。文章分析了數(shù)據(jù)結(jié)構課程教學中存在的問題，提出以OBE理念為導向，按照反向設計原則，制訂五個課程目標。為達成課程目標，重構課程教學內(nèi)容，深度融合BOPPPS與對分課堂教學模式應用于課程教學設計與實踐，強調(diào)參與式學習，激勵學生開展自主學習。構建多元化動態(tài)課程評價體系，為課程持續(xù)改進提供有力依據(jù)。OBE課程教學提升了學生的學習效率和效果，提高了數(shù)據(jù)結(jié)構課程的教學質(zhì)量，為工程教育課程教學提供了借鑒與參考。

關鍵詞 OBE；數(shù)據(jù)結(jié)構；BOPPPS；對分課堂

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.10.043

1課程簡介

數(shù)據(jù)結(jié)構是計算機類相關專業(yè)非常重要的專業(yè)基礎課程，是一門綜合性、實踐性較強的課程，既是高級語言程序設計、離散數(shù)學等課程的延伸和擴展，也是后續(xù)課程如數(shù)據(jù)庫、計算機網(wǎng)絡等課程的基礎，還是計算機類專業(yè)考研必考的專業(yè)課程之一。數(shù)據(jù)結(jié)構課程全面系統(tǒng)地講解了非數(shù)值型數(shù)據(jù)的組織形式，數(shù)據(jù)在計算機內(nèi)部的存儲結(jié)構，不同存儲結(jié)構相關運算算法以及算法實現(xiàn)，并且對不同算法進行時間效率和空間效率分析，以便找到合適的解決方案。數(shù)據(jù)結(jié)構知識在系統(tǒng)應用軟件開發(fā)、人工智能、大數(shù)據(jù)等領域均有廣泛的應用。該課程對于培養(yǎng)學生對數(shù)據(jù)的認識和理解能力、邏輯思維能力、算法設計與分析能力、程序設計與實現(xiàn)能力，最終通過建立抽象數(shù)據(jù)模型解決復雜工程問題，并對解決方案持續(xù)改進和優(yōu)化起著至關重要的作用[1]。

2課程教學存在的問題

2.1教學內(nèi)容抽象、復雜

本課程是計算機類專業(yè)的一門專業(yè)基礎課程，其課程內(nèi)容抽象復雜，理論性和實踐性較強，學生比較難以理解和掌握課程教學內(nèi)容。本課程內(nèi)容主要圍繞四大類結(jié)構：線性結(jié)構、樹型結(jié)構、圖狀結(jié)構以及集合結(jié)構展開，具體包括線性表、棧和隊列、字符串、數(shù)組和廣義表、樹和二叉樹、圖等數(shù)據(jù)結(jié)構的邏輯結(jié)構、物理存儲結(jié)構以及基本操作，常用查找算法和排序算法。課程教學內(nèi)容理論知識復雜、抽象，尤其體現(xiàn)在非線性結(jié)構（樹、圖）教學中，學生難以將課程理論中的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構與物理表示以及算法設計聯(lián)系起來，程序編寫調(diào)式能力差，不能測試驗證算法與程序的正確性。

2.2教學方法單一、課程實踐不受重視

本課程教學采用以教師講解為主導的傳統(tǒng)教學模式，教學過程中重視知識的傳授，以教師為中心，以教材、教案為本，以講解抽象概念、基本算法邏輯為主，實驗教學也只講授驗證性實驗，忽視設計性實驗和綜合性實驗，部分高校甚至縮短數(shù)據(jù)結(jié)構課程的實驗實踐課時，取消數(shù)據(jù)結(jié)構課程設計，使得學生對該門課程的學習缺乏主觀能動性以及創(chuàng)新性，難以有效培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力。

2.3課程考核評價體系未能反饋教學

該課程的考核評價由平時表現(xiàn)和期末考試分數(shù)構成，平時表現(xiàn)包括出勤率、平時作業(yè)完成情況等，成績分析粒度不夠精細，沒有依據(jù)能力目標的達成設計考核評價標準。忽視形成性評價與過程性評價在教學過程中的作用，教師不能根據(jù)課程評價在教學中及時發(fā)現(xiàn)問題，從而改進教學策略與教學方法，難以充分發(fā)揮課程評價在持續(xù)改進教學中的導向作用。

3課程目標

本課程依據(jù)吉首大學張家界學院理工農(nóng)學院軟件工程專業(yè)工程教育專業(yè)認證標準畢業(yè)要求與專業(yè)培養(yǎng)目標，參考《普通高等學校本科專業(yè)類教學質(zhì)量國家標準》，綜合考慮社會、信息產(chǎn)業(yè)、家長、學生等相關利益方面的需求，采用布魯姆認知目標分類理論，盡量使用高層次目標以及目標管理SMART（Specific：具體性、Measurable：可衡量性、Attainable：可實現(xiàn)性、Relevant：相關性、Time-bound：時限性）原則，制訂本課程的5個課程目標，數(shù)據(jù)結(jié)構課程目標與對應畢業(yè)要求指標點如表1所示。

4課程教學設計與實踐

4.1教學內(nèi)容設計

本課程講解如何合理、有效地組織與存儲數(shù)據(jù)，設計正確算法處理數(shù)據(jù)并對算法進行時間效率和空間效率分析與評價，找到解決復雜工程問題的最佳方案，最終能夠編寫程序解決復雜工程問題，培養(yǎng)學生對數(shù)據(jù)結(jié)構的理解分析能力、算法設計能力、程序?qū)崿F(xiàn)能力，提高學生解決復雜工程問題的能力，提升學生的團隊協(xié)作能力以及終身學習的能力。吉首大學張家界學院作為西部高校，學生理論基礎相對薄弱，根據(jù)課程團隊構建的課程目標，結(jié)合我院應用型人才的培養(yǎng)定位以及學生的實際情況，將本課程分為理論課和實踐課，其中，理論課刪除與課程目標聯(lián)系不緊密的內(nèi)容：串、數(shù)組和廣義表，理論課共計50學時；實踐課增加設計性與綜合性實驗，減少驗證性實驗，部分驗證性實驗學生課后在學習通平臺自主完成學習，共計42學時。

4.2基于BOPPPS教學模型與對分課堂教學模型的混合式教學設計

4.2.1 BOPPPS教學模型

BOPPPS教學模型源于加拿大教師技能培訓，以教學目標為導向、以學生為中心，由引入（Bridge-in）、目標（Objective/Outcome）、前測（Pre-assessment）、參與式學習（Participatory Learning）、后測（Post-assessment）、總結(jié)（Summary）6個教學環(huán)節(jié)構成[2]。

該模型的理論依據(jù)是認知理論與構建主義，教學理念強調(diào)以“學生為中心、教師為主導”。對教學目標的達成構建了完整的教學過程和理論框架，為課堂教學目標的達成提供了清晰的思路和有效保障[3]。教學目標設定明確，符合認知規(guī)律，便于達成度的評價。教學過程注重互動與反思，強調(diào)參與式學習，目標達成情況反饋教學，促進課堂教學持續(xù)改進，提升教學目標達成度，提高課程教學質(zhì)量。

4.2.2對分課堂教學模型

對分課堂又稱PAD課堂，是一種基于構建主義教育理念，在教師講授的基礎上，強調(diào)學習的自主建構性和教學的情景互動性，把教師的“講”與學生的“學”和“思”結(jié)合起來，是構建主義與傳統(tǒng)教學模式的獨特結(jié)合[4]。對分課堂理念是將課堂時間錯開，一半時間在前分配給教師進行課堂知識講授，一半時間在后留給學生內(nèi)化吸收和交流討論，體現(xiàn)“以學生為中心”，激勵學生自主積極地學習。

4.2.3混合式教學設計與實踐

針對本課程教學過程中存在的問題，根據(jù)課程團隊構建的超星泛雅平臺，課程教學融合“BOPPPS教學模型”+“對分課堂教學模型”進行教學設計與實踐，將課堂教學分為課前、課中、課后三個環(huán)節(jié)展開。課前由BOPPPS教學模型中的引入、目標以及前測三個環(huán)節(jié)構成，課中的參與式學習，將對分課堂重構，由四個環(huán)節(jié)構成：教師精講留白；學生獨學，內(nèi)化吸收；小組討論；教師答疑。課后由BOPPPS教學模型中的后測以及總結(jié)兩個環(huán)節(jié)構成[5]。以課程目標達成為核心，組織實施教學活動的各環(huán)節(jié)，具體如圖1所示。

①課前準備。由BOPPPS教學模型中的引入、目標以及前測構成。

引入：教師充分利用已有教學資源，選取實際應用案例引出教學內(nèi)容，收集并分享身邊的人和事以期吸引學生的注意力，引起學生對本課程的學習意圖、學習動機，激發(fā)學生的學習興趣、學習積極性以及學習挑戰(zhàn)性。例如，教師通過超信泛雅平臺、QQ、微信收集并分享歷屆優(yōu)秀畢業(yè)生在校學習經(jīng)歷以及畢業(yè)后的工作情況，高年級學生通過本課程的學習，參加各種競賽的獲獎情況等。

目標：目標是教學的基本依據(jù)，也是目標達成的評價標準。通過超星泛雅教學資源平臺、QQ、微信，教師將課堂教學目標發(fā)布給學生，讓學生明確課堂教學目標，明了課堂學習方向，學生對課堂中的重、難點知識做到心中有數(shù)。

前測：通過綜合分析學情、教學內(nèi)容和課堂目標，設定前測內(nèi)容，以微課視頻、教案、課前小測驗、話題討論等各種不同方式，利用超星泛雅教學資源平臺、QQ、微信多種工具發(fā)布給學生。學生通過在線自主學習微課視頻、教案，完成課前小測驗，將學習過程中的疑難點記錄下來并分享至討論區(qū)，師生、生生在討論區(qū)針對疑難點相互討論，學習交流，加深對重難點的理解和掌握。教師通過問題反饋、討論記錄、前測情況了解學生對知識基礎的掌握程度，學習興趣以及學習能力，進而調(diào)整課程內(nèi)容的深度與進度，為后續(xù)課程教學做好鋪墊。

②課中學習。課中學習強調(diào)參與式學習，是整個教學過程的關鍵環(huán)節(jié)，讓學生積極主動參與到課堂教學過程中，體現(xiàn)以“學生為中心“的教育理念。本課程的參與式學習重構對分課堂教學模式，分為以下四個環(huán)節(jié)。

教師精講留白：教師從宏觀上告訴學生為什么學，學什么以及如何學，讓學生了解知識框架，明確知識的重難點，結(jié)合留白的藝術手段，使學生有思考的時間與空間，激發(fā)學生的學習興趣以及學習積極性。例如，在講授哈夫曼樹時，通過哈夫曼樹的應用場景讓學生明白解決哪些問題會用到哈夫曼樹，哈夫曼樹的邏輯結(jié)構是什么，存儲結(jié)構是什么，為什么要采用這種存儲結(jié)構，哈夫曼樹是如何構造的。

學生獨學、內(nèi)化吸收：學生根據(jù)自身的情況個性化學習，理解和內(nèi)化課程內(nèi)容，形成課程知識體系架構。獨學后，學生還需要總結(jié)所學以及疑惑，為小組討論環(huán)節(jié)做好鋪墊。例如在哈夫曼樹的獨學環(huán)節(jié)，學生明白哈夫曼樹的存儲結(jié)構以及構造過程，但對哈夫曼樹構造算法存在疑問。

小組討論：學生帶著自學和思考結(jié)果與班級同學進行討論交流，以分組或者通過超星泛雅、QQ、微信進行15分鐘左右的交流討論，生生互幫互助，答疑解惑，形成最終的討論結(jié)果。例如，學生帶著算法存在的問題與同組同學交流討論，設計正確算法并分析算法的時空效率。

教師答疑：根據(jù)學生的獨學與討論情況，教師總結(jié)學生學習的難點所在，就學生的疑問以及遺漏的知識點進行查漏補缺。

③課后復習。后測：通過科學的評測方案針對性地評測學生學習狀況，了解學生是否達成了預定的課程目標。根據(jù)課程性質(zhì)以及教學內(nèi)容的差異，采用發(fā)布隨堂測試、章節(jié)作業(yè)、實驗等有效展開，題型可以是選擇題、簡答題、程序分析與設計題等，教師依據(jù)評測結(jié)果改進與完善教學過程，提高教學目標的達成度。

總結(jié)：教師在課后根據(jù)課程各個教學環(huán)節(jié)反饋學生的學習動機、學習興趣以及學習能力，及時調(diào)整教學策略與教學手段，階段性地促進教學目標的有效達成。

5構建多元化動態(tài)課程評價體系

為合理評價課程目標的達成情況，充分發(fā)揮課程評價對課程教學持續(xù)改進的指導作用，數(shù)據(jù)結(jié)構課程評價從課程考核評價與學生課程目標達成問卷調(diào)查兩個方面展開。課程考核評價采用形成性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合的方式進行，采用百分制，各占比50%。形成性評價從平時測驗、課堂表現(xiàn)、上機實踐等方面進行評價，每個評價項目根據(jù)課程目標設置不同權值，終結(jié)性評價采用期末測試展開，期末測試題型包括選擇題、填空題、簡答題以及程序設計編寫題，每種題型根據(jù)課程目標設置不同權值。學生課程目標達成問卷調(diào)查按照課程目標設置問題，每個課程目標設置兩個不同的問題，據(jù)此了解課程目標的達成情況，為課程教學持續(xù)改進提供有力的參考依據(jù)。

6結(jié)語

數(shù)據(jù)結(jié)構是計算機類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎課程，本文研究以OBE為導向的數(shù)據(jù)結(jié)構課程教學設計與實踐，按照反向設計的原則，制訂課程目標，依據(jù)課程目標設計課程教學內(nèi)容，深度融合BOPPPS教學模式與對分課堂教學模式進行課程教學設計與實踐，基于課程目標制訂多元化的動態(tài)課程評價體系。在工程教育專業(yè)認證背景下，其他課程工程化的教學設計提供了理論與實踐指導，具有一定的推廣價值。

基金項目：2022年湖南省普通高等學校教學改革研究項目（HNJG-2022-1412）。

參考文獻

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