“產(chǎn)學(xué)研協(xié)同”視角下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程教學(xué)改革研究

摘要：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法是計算機科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的核心課程。為培養(yǎng)適應(yīng)產(chǎn)業(yè)需求的高素質(zhì)人才，本文提出了一種產(chǎn)學(xué)研協(xié)同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法教學(xué)模式。通過引入校外生產(chǎn)制造企業(yè)的實際項目，挖掘生產(chǎn)流程中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐案例，實現(xiàn)理論與實踐的緊密結(jié)合，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)與創(chuàng)新能力。同時，推動校企融合的教學(xué)模式改革，探索多元化的考核方式，全面提升學(xué)生在解決復(fù)雜問題、團隊協(xié)作等方面的能力。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法； 產(chǎn)學(xué)研協(xié)同； 校企協(xié)同育人；項目驅(qū)動學(xué)習(xí)；教學(xué)模式

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）32-0165-03 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID） ：

0 引言

以大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等為代表的新一代信息技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的深度融合，促使計算機類專業(yè)不斷發(fā)展，對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程提出了更高的要求。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計算機專業(yè)的一門核心課程，課程既注重培養(yǎng)學(xué)生的算法設(shè)計能力，也強調(diào)技術(shù)性和實踐應(yīng)用性[1]。計算機技術(shù)領(lǐng)域的迅速發(fā)展對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法教育提出了新的挑戰(zhàn)和機遇。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程通常側(cè)重基本概念和經(jīng)典算法，沒有實際的應(yīng)用案例，因而容易與產(chǎn)業(yè)需求脫節(jié)，且難以提升學(xué)生的實踐能力。然而，隨著計算機應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴展和技術(shù)的不斷演進，學(xué)生需要更廣泛的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識和更靈活的問題解決能力[2]。

針對上述問題，本文提出了一種基于“產(chǎn)學(xué)研協(xié)同”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程教學(xué)模式，將工業(yè)生產(chǎn)中的實際案例引入到課程實踐中。通過項目驅(qū)動學(xué)習(xí)的方式，使學(xué)生能夠在真實場景中應(yīng)用所學(xué)知識，提升其實踐能力與產(chǎn)業(yè)需求的契合度。

1 相關(guān)工作

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程在教學(xué)過程中存在一些普遍問題，集中體現(xiàn)在個體差異較大[3]，編程基礎(chǔ)薄弱[4]、課程難度大[5]、實驗教過效果不佳[6]等方面。國內(nèi)很多專家對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)進行了探索。例如：李娟等提出了混合教學(xué)模式下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程[7]，將線上平臺與線下教學(xué)兩種學(xué)習(xí)環(huán)境相融合，充分利用互聯(lián)網(wǎng)及信息技術(shù)優(yōu)勢，打破了傳統(tǒng)線下教學(xué)的時空界限，為學(xué)生提供了更豐富的學(xué)習(xí)渠道，充分體現(xiàn)了以學(xué)生為中心的教學(xué)理念[8-10]。余軍霞等人提出了探索成果導(dǎo)向教育（OBE） 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程的目標制定、教學(xué)設(shè)計、目標達成分析的方法[11]。

產(chǎn)學(xué)研教育是一種將學(xué)校、企業(yè)和科研單位的資源結(jié)合起來，旨在將學(xué)校教育和實踐經(jīng)驗有機結(jié)合的教育形式[12]。張迪等研究了產(chǎn)學(xué)研一體化對計算機專業(yè)人才培養(yǎng)的必要性，提出產(chǎn)學(xué)研一體化對于高校進行特色專業(yè)建設(shè)和應(yīng)用型人才培養(yǎng)有決定性的作用，是新時期教育改革的重要組成部分[13]。產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人研究與實踐始于國外，美國、加拿大等發(fā)達國家的相關(guān)研究開展較多、應(yīng)用較早，已被運用于教育改革的多項實驗中，而且已有多起成功經(jīng)驗證明其對教育改革具有重大意義。相比之下，國內(nèi)的產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人項目仍處于不斷探索的階段，尤其是在應(yīng)對新工科背景下協(xié)同育人模式所帶來的新問題和新挑戰(zhàn)時，尚有許多實踐經(jīng)驗需要積累和完善[14-15]。目前，新工科背景下產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人方面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程主要存在以下3個問題：

（1） 大多數(shù)高校的人才培養(yǎng)仍然延續(xù)著傳統(tǒng)工科育人的觀念，側(cè)重理論教學(xué)和計算機專業(yè)知識體系的構(gòu)建，然而，在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)和多學(xué)科交叉融合方面存在明顯不足。專業(yè)實踐教學(xué)缺乏充分的教育資源、環(huán)境條件，限制了學(xué)生實踐能力的全面提升。

（2） 產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人模式存在薄弱環(huán)節(jié)，尤其是高校、企業(yè)未能夠在充分協(xié)商、溝通基礎(chǔ)上建立統(tǒng)一化育人目標、育人流程及管理配套設(shè)施，導(dǎo)致學(xué)校缺乏系統(tǒng)性的課程體系，校企合作機制不完善，協(xié)同育人難以實現(xiàn)持久而深入地開展。

（3） 師資隊伍存在明顯能力缺陷，大多數(shù)院校中專業(yè)教師很少真正參與產(chǎn)業(yè)實踐，長時期與行業(yè)的脫離也導(dǎo)致其所掌握知識、技術(shù)逐漸滯后于社會發(fā)展，難以挑起產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人的職責(zé)。

本文聚焦課程實踐體系重構(gòu)、校企協(xié)同育人等方面的關(guān)鍵問題，深入研究新工科背景下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程協(xié)同育人的核心影響要素，通過更豐富的課程內(nèi)容、實踐性項目、跨學(xué)科整合以及與工業(yè)界的合作，培養(yǎng)具備卓越數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法設(shè)計能力的學(xué)生，助力國家創(chuàng)新人才戰(zhàn)略。

2“ 產(chǎn)學(xué)研協(xié)同”課程建設(shè)思路

本文提出的“產(chǎn)學(xué)研協(xié)同”課程模式旨在通過與產(chǎn)業(yè)界合作，將課堂學(xué)習(xí)與實際經(jīng)驗相結(jié)合，提升學(xué)生的就業(yè)競爭力。因此，課程特別強調(diào)實際問題的應(yīng)用案例，學(xué)生將學(xué)會如何將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法應(yīng)用于實際工程領(lǐng)域。通過項目作業(yè)，學(xué)生將有機會設(shè)計和優(yōu)化復(fù)雜的實際數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法，培養(yǎng)他們的問題解決和創(chuàng)新能力。其總體思路如圖1所示，主要包含四個階段：（1） 課程設(shè)計和內(nèi)容更新；（2） 跨學(xué)科整合；（3） 項目驅(qū)動學(xué)習(xí)；（4） 多元考核。

2.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的課程設(shè)計與內(nèi)容更新

探索產(chǎn)業(yè)界與課程的交叉融合機制，重構(gòu)實踐教學(xué)體系。通過參與學(xué)術(shù)研究、與產(chǎn)業(yè)界保持聯(lián)系，了解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法領(lǐng)域的最新發(fā)展，挖掘產(chǎn)業(yè)界內(nèi)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的實踐案例。制定課程更新的周期，通常每兩學(xué)年進行一次全面課程更新。根據(jù)當(dāng)前計算機技術(shù)發(fā)展潮流，定期審查課程的實驗內(nèi)容，刪除過時的知識點，添加新的內(nèi)容，以確保課程與最新技術(shù)和方法保持一致。

2.2 跨學(xué)科整合

將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程與多個學(xué)科領(lǐng)域的知識相融合，能夠幫助學(xué)生更深入地理解并有效應(yīng)對實際場景中的復(fù)雜挑戰(zhàn)，增強其創(chuàng)新能力和職業(yè)競爭力，同時使課程內(nèi)容更加契合產(chǎn)業(yè)需求。跨學(xué)科整合的關(guān)鍵在于跨學(xué)科課程的設(shè)計和跨學(xué)科團隊的構(gòu)建。

在跨學(xué)科課程設(shè)計方面，需要結(jié)合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的特點，引入其他學(xué)科的知識。例如，結(jié)合數(shù)學(xué)中的圖論、統(tǒng)計學(xué)中的數(shù)據(jù)分析方法、生物信息學(xué)中的序列比對算法等，拓展學(xué)生的知識面，增強學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力。在跨學(xué)科團隊建設(shè)方面，由計算機科學(xué)、數(shù)學(xué)、生物信息學(xué)、經(jīng)濟學(xué)等不同領(lǐng)域的教師組成的跨學(xué)科教學(xué)團隊。通過跨學(xué)科團隊的協(xié)作，設(shè)計和實施跨學(xué)科教學(xué)活動，確保教學(xué)內(nèi)容的多樣性和前沿性。同時，跨學(xué)科團隊的建設(shè)也有助于教師之間的交流與合作，共同提升教學(xué)水平。

2.3 項目驅(qū)動學(xué)習(xí)體系建立

通過組織學(xué)生參與跨學(xué)科項目，實施項目驅(qū)動學(xué)習(xí)，促進跨學(xué)科知識的深度整合。這類項目不僅強化了學(xué)生設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法方面的能力，還能夠提升他們將理論知識應(yīng)用于不同領(lǐng)域的綜合能力。項目驅(qū)動學(xué)習(xí)體系的建立包括：校企項目的引入和項目驅(qū)動學(xué)習(xí)。

（1） 校企項目的引入

以新工科產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求為導(dǎo)向，專業(yè)人才培養(yǎng)應(yīng)重新定位企業(yè)在教育實踐環(huán)節(jié)中的角色，擺脫其附屬地位，充分整合企業(yè)的優(yōu)質(zhì)平臺、資金、服務(wù)等育人資源，賦予企業(yè)在協(xié)同育人中的核心作用。通過拓寬企業(yè)在專業(yè)知識結(jié)構(gòu)和知識層次上的合作邊界，構(gòu)建“資源整合、優(yōu)勢互補”的企業(yè)優(yōu)質(zhì)實踐教學(xué)資源匯聚機制，實現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研深度融合。

（2） 項目驅(qū)動學(xué)習(xí)

通過與企業(yè)合作，引入企業(yè)的開發(fā)項目和案例，使學(xué)生能夠在解決實際問題的過程中，加強算法設(shè)計、程序?qū)崿F(xiàn)和團隊合作的能力。例如，引入工業(yè)生產(chǎn)個性化定制的實踐案例，從生產(chǎn)信息管理、定制需求資源匹配、最優(yōu)生產(chǎn)商推薦等流程，讓學(xué)生深入理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法在復(fù)雜應(yīng)用場景中的實際運用。因此，企業(yè)可以提供項目需求，學(xué)校負責(zé)組織學(xué)生團隊開發(fā)，并提供技術(shù)支持和指導(dǎo)。這樣，學(xué)生不僅能夠掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的基本知識，還能了解實際項目的開發(fā)流程和技術(shù)難點。

2.4 多元考核方案

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程考核總評成績由平時成績（包括課堂表現(xiàn)、小組合作情況、作業(yè)成績、實驗成績）和期末成績組成，平時成績占總評的30%（包括小組合作5%、作業(yè)10%，實驗成績占總評的15%），期末考試卷面成績占總評成績的70%。其中，課程中的所有實驗均來自企業(yè)的實際案例。

課堂表現(xiàn)包括課堂的到課率、課堂回答問題的積極性等。小組合作情況包括實驗作業(yè)的合理分工、團隊目標的達成情況以及團隊成員的協(xié)作能力。平時作業(yè)用于考查學(xué)生對課堂理論知識的掌握程度，通過PTA平臺發(fā)布，學(xué)生需在規(guī)定時間內(nèi)完成答題，結(jié)束后平臺會自動評分。實驗成績則結(jié)合企業(yè)的實際案例，由企業(yè)導(dǎo)師進行評分，包括實驗完成度、創(chuàng)新性等方面。期末考試計劃采用無紙化線上考試系統(tǒng)，除傳統(tǒng)的選擇題和填空題外，還將增加算法程序題的比重，進一步強化學(xué)生在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實際應(yīng)用方面的能力。

產(chǎn)學(xué)研協(xié)同模式下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程評價具有多維度綜合評價、突出創(chuàng)新能力、強調(diào)團隊合作及完善反饋機制等特點。多維度綜合評價不僅關(guān)注學(xué)生對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法理論知識的掌握，還注重其實踐能力的提升，通過實際項目案例的完成度、功能實現(xiàn)以及創(chuàng)新性來評估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和應(yīng)用能力。創(chuàng)新能力的評價側(cè)重學(xué)生在項目中的創(chuàng)意、創(chuàng)新思維及獨特解決方案的提出，鼓勵技術(shù)突破與方法創(chuàng)新。團隊合作則通過團隊項目中的協(xié)作情況、任務(wù)分配和溝通協(xié)調(diào)能力來衡量，進而評估學(xué)生的合作精神。最后，結(jié)合學(xué)校教師、企業(yè)導(dǎo)師的多方反饋，進行綜合性評價，確保全面反映學(xué)生的成長與發(fā)展。

3 結(jié)束語

產(chǎn)學(xué)研協(xié)同教學(xué)模式為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程的教學(xué)提供了新的思路和方法。通過理論與實踐的結(jié)合、校企合作項目的引入，有效提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，促進了校企合作，推動了科技進步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。此外，跨學(xué)科整合的引入，為培養(yǎng)復(fù)合型人才提供了更加廣闊的空間。未來，應(yīng)該進一步深化和完善這一模式，積累經(jīng)驗，不斷創(chuàng)新，為計算機專業(yè)的人才培養(yǎng)提供更加優(yōu)質(zhì)的教育。同時，探索如何將該模式推廣應(yīng)用到其他領(lǐng)域的學(xué)科課程。

參考文獻：

[1] 劉莞玲，吳英杰，傅仰耿，等.新工科背景下算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實踐教學(xué)改革探索[J].計算機教育，2021（7）：73-76.

[2] 張冰濤，王小鵬，王履程，等.基于工程認證的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程教學(xué)研究[J].軟件導(dǎo)刊，2019，18（1）：201-204.

[3] 屈衛(wèi)蘭，李曉鴻，楊曉波，等.基于“六維融合創(chuàng)新教學(xué)閉環(huán)” 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)試驗教學(xué)改革與實踐[J].計算機教育，2021（4）：77-81.

[4] 司明，厙向陽，李占利，等.突出計算思維訓(xùn)練的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)實踐[J].實驗室研究與探索，2018，37（5）：195-201.

[5] 徐新愛，朱恩芳.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程實踐教學(xué)改革探索與實踐[J]. 實驗室研究與探索，2021，40（9）：186-192.

[6] 司國東，彭利民，張義青.認知負荷視角下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗題庫設(shè)計[J].計算機教育，2023（4）：173-176.

[7] 李娟，孫方，張冰心.混合教學(xué)模式下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革與實踐[J].軟件導(dǎo)刊，2023，22（6）：129-134.

[8] HAN J Q.The online and offline blended teaching reform and exploration of Internet of Things technology and application[J].Higher Education Research，2022，7（4）：100-103.

[9] PENG Y X. Thoughts on carrying out online and offline hybrid reform in colleges and universities[J]. International Journal of Computational and Engineering， 2022， 7（2）：17-21.

[10] WANF C X， HOU H L. Research and practice of online and offline blended teaching mode[J]. Computer Era， 2022（3）：107-109.

[11] 余軍霞，董永權(quán).OBE課程教學(xué)設(shè)計與實踐：以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程為例[J].軟件導(dǎo)刊，2021，20（10）：219-224.

[12] 吳潔明，萬勵，甘金明，等.應(yīng)用型軟件工程人才培養(yǎng)產(chǎn)學(xué)研一體化實訓(xùn)體系建設(shè)探索：以梧州學(xué)院軟件工程人才培養(yǎng)為例[J].梧州學(xué)院學(xué)報，2012，22（2）：81-86.

[13] 張迪，楊守斌.基于產(chǎn)學(xué)研一體化的計算機專業(yè)人才培養(yǎng)模式[J].計算機教育，2013（16）：15-18.

[14] JIANG T T. Research on the model and operation mechanism of university-industry collaboration[J]. China University Tech?nology， 2017（6）：61-63.

[15] 單純，周斯譯，劉曉初.計算機研究生問題導(dǎo)向式產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新育人探究[J].軟件導(dǎo)刊，2022，21（12）：232-237.

【通聯(lián)編輯：王力】

基金項目：教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目（231002267113148） ；國家自然科學(xué)基金（62402415） ；揚州大學(xué)本科教育教學(xué)改革“揭榜掛帥”項目（YZUJX2023—J7）