學科競賽驅動的數據結構實踐教學研究

摘要：學科競賽是實踐教學的延伸和拓展，對于培養學生的創新實踐能力起著重要的作用。分析數據結構實踐教學中存在的問題，以學科競賽為導向，重構課程教學內容，利用學科競賽平臺，構建任務驅動式實踐教學模式，建立多元化動態實踐教學評價機制，有效激發學生的學習興趣與參與度，提高學生的創新實踐能力。校企聯合指導學生參加學科競賽，充分發揮校企合作優勢，提高學科競賽成效，提升教師實踐教學能力，促進課程教學的高質量發展。學科競賽驅動的數據結構實踐教學研究成果，為其它課程實踐教學提供了一定的借鑒與參考。

關鍵詞：學科競賽；數據結構；實踐教學；校企合作

1?概述

實踐教學是鞏固和加深理論知識的有效途徑，是培養學生掌握科學方法和提高動手能力的重要環節，也是用人單位評價學校培養人才效果的關鍵性指標[1]。學科競賽是推動高校教學與實踐相結合，培養大學生綜合素質、創新精神和應用能力的重要方式，更能培養學生的團隊合作精神、實踐能力和工程能力，激發學生自主學習和主動探索[2]。數據結構是計算機類專業一門理論性和實踐性較強的專業基礎核心課程，在課程體系中起著承上啟下的作用，該課程對培養學生程序設計能力、邏輯思維能力及解決復雜工程問題的能力起著極為重要的作用。吉首大學張家界學院作為我國西部的一所本科院校，學生主觀能動性意識不強，實踐動手能力相對較差，通過各高校普遍認可的軟件類學科競賽如ACM/ICPC競賽、藍橋杯大賽、湖南省大學生程序設計大賽、中國大學生計算機設計大賽等，能夠充分調動學生的學習積極性，激發學生的創新思維與創新意識，培養學生程序設計能力、邏輯思維能力、創新能力、溝通能力、團隊協作能力及終身學習的能力，提升學生的綜合能力和綜合技能。

2?數據結構實踐教學存在的問題

2.1?課程教學重理論，輕實踐

實踐教學是加深理論知識理解的有效方法，在傳統的課程教學中，教師重視理論知識的傳授，忽視實踐教學的重要性，實踐教學內容比較基礎簡單，大部分實驗為驗證性實驗，缺少設計性實驗和綜合性實驗，部分高校甚至取消數據結構課程設計環節，縮短數據結構課程的實踐課時。課程實踐中學生也只是根據教師布置的實踐作業，按照實踐格式要求提交實踐報告即可得到不錯的實踐成績，該方式使得學生對該門課程的學習缺乏主觀能動性以及創新性，無法培養學生分析問題和解決復雜工程問題的能力。

2.2?前驅課程基礎薄弱，未達到培養計算思維的目的

本課程的前驅課程主要有高級語言程序設計與離散數學等，前驅課程開設在大一第一學期，學生沒有從中學的灌輸式學習模式轉變為大學的自主式學習模式，第一學期教學周僅有14周，學生實踐課時不足，而高級語言程序設計知識的獲取，計算機思維能力的培養需要經過大量課程實驗和實踐。因此，本課程的前驅課程教學效果并不理想，學生不能夠利用所學知識編寫程序解決簡單實際問題，未達到培養計算思維的目的。

2.3?實踐教學內容創新性不足，教學模式單一

課程實踐教學“以教師為中心，以實驗教材為主線“，實踐教學中教師根據實驗教材布置實驗內容并給出參考代碼，學生錄入程序代碼調試運行通過，按照實驗報告格式撰寫并提交實驗報告即可完成實驗。盡管實驗教材中包含了部分設計性實驗及綜合性實驗內容，但實驗內容創新性不足，實踐教學未能以學生為中心，學生難以在實踐過程中找到“成就感”，難以激發學生的學習興趣，本課程實踐教學不能提升學生的創新實踐能力，實踐教學效果并不理想。

2.4?實踐教學課程評價不能及時反饋教學

為提高學生程序編寫的能力，培養學生解決復雜工程問題的能力，本課程實踐教學由教師布置實踐內容，學生統一在機房上機實踐，教師在側隨時輔導完成實踐項目，學生參照實踐報告格式提交實踐報告，教師根據實踐報告評定學生的實踐成績。該評價方式在某種程度上能夠反應學生的實踐情況，但評價重視終結性評價，忽視形成性評價，教師不能根據評價數據及時反饋教學，課程評價不能對課程教學持續改進起到導向作用。

3?基于學科競賽的數據結構課程實踐教學研究

3.1?以學科競賽為紐帶，重構課程教學內容

程序設計類學科競賽涉及的課程主要包括高級語言程序設計、數據結構、算法設計與分析等課程，剖析課程教學內容和教學目標，分析知識的關聯性和層次性，避免部分內容在多門課程中重復講授，注意課程內容的銜接和難度的遞進關系[3]。

高級語言程序設計要求學生掌握程序設計語言基本語法、結構化程序設計思想與方法，養成良好的編程習慣，培養計算機思維，提高程序編寫能力，在該課程教學中若單純講授語法知識，容易使得課堂枯燥乏味，難以激發學生對程序設計的興趣，導致課程教學效果并不理想?？蓪祿Y構的離散結構知識如排序、查找等知識穿插在高級語言程序設計課程中講授，適當引入簡單學科競賽題目，延伸和擴展高級語言程序設計的教學內容，使得學生初步了解學科競賽，樹立學習目標，激發學生學習熱情。數據結構課程要求學生掌握四大類結構（離散結構、線性結構、樹型結構、圖狀結構）的邏輯結構、物理存儲表示、基本運算算法、算法的時空效率分析，編寫程序實現算法，提高學生程序編寫及解決實際問題的能力，可在數據結構課程教學過程中，融入算法設計與分析的內容，如在講授最小生成樹中闡述貪心算法，在最短路徑講授中介紹動態規劃算法，結合學科競賽的中等難度題目，夯實數據結構知識。算法設計與分析課程要求學生掌握程序設計常用算法，如分治算法、貪心算法、動態規劃算法、回溯算法、分支限界算法等，在算法設計與分析課程教學中，深度融合數據結構以及高級語言程序設計內容，輔以學科競賽各種難度的題目，鞏固程序設計類課程知識，培養學生綜合運用知識解決復雜工程問題的能力，提高學生的綜合技能。

3.2?以學科競賽平臺為依托，構建任務驅動式實踐教學模式

國內已有許多比較優秀的開方式的學科競賽平臺，如洛谷平臺，力扣平臺，杭電OJ等，這些平臺收錄了豐富的實踐教學資源，學生登錄即可進行練習和訓練，對提高學生的技能起著重要作用，此類平臺學生編寫的程序需要在規定的時間內通過所有的測試數據才能得到正確的判定，對于程序設計能力欠缺的學生不太適用，容易使學生失去學習信心，不利于激發學生的學習興趣。

為了更好地開展數據結構課程實踐教學，課程組成員搭建了吉首大學張家界學院在線評測系統（Online?Judge，OJ），根據教學內容按基礎、設計、綜合三個層次設計實踐教學內容，系統功能包括題庫的維護、學生管理、高級語言程序設計實驗、數據結構實驗、算法設計與分析實驗、湖南省大學生程序設計歷屆試題、藍橋杯試題、成績分析、反作弊檢測、排行榜、論壇等，該系統既能用于日常程序設計類課程實踐教學，也可以用于開展程序類學科競賽。

任務驅動式教學法（Task?Based?Learing，TBL）是一種以構建主義學習理論為基礎的教學方法，它將傳授知識為主轉變為完成任務為主，通過完成任務來學習知識、獲得技能、形成能力、內化倫理[4]。依據課程組構建的在線評測系統，教師根據教學內容及教學進度在平臺上按三級層次篩選并布置合適的實驗任務，學生以任務為中心進行自主探索，獨立分析算法，考慮算法的時空效率，編寫提交解決任務的程序代碼，系統根據提供的測試數據通過的組數評定學生實踐成績。學生可以查看評定結果，下載查看評測數據，根據評測數據檢查程序欠考慮的邊界問題、特殊值問題以及效率問題，學生在平臺上反復提交代碼，直至結果正確，在學生完成任務的過程中，教師可以適當進行專業指導和監督，以培養學生分析問題、解決問題的能力。依據學科競賽平臺，構建任務驅動式實踐教學模式，減少了教師批改實驗作業的工作量，減輕了教師的工作負擔，通過平臺的防作弊功能，極大地降低學生投機取巧的行為。以學科競賽平臺為依托，構建任務驅動式實踐教學模式，體現以學生為中心的教育理念，學生通過解決具體實際問題不斷地獲得成就感，極大的激發學生求知欲，充分調動學生參與實踐的積極性，提高學生程序設計能力，計算思維能力，創新能力，培養獨立探索、勇于開拓進取的自學能力，提高課程實踐教學效果。

3.3?建立多元動態實踐教學評價機制

教學評價是課程教學的重要環節，對于人才培養具有重要的指導意義。實踐教學評價要以學生為中心，評價學生的綜合技能為基本準則，評價主體多元化，全方位立體評價學生的綜合能力，同時，注重形成性評價與終結性評價相結合方式，保障課程評價能夠及時反饋教學，對課程實踐教學持續改進起到導向作用。

數據結構實踐教學評價主體從學生、課程和教師三方面進行全方位立體評價，評價分為定量評價和定性評價。定量評價依據團隊構建的在線評測系統進行，評測系統根據教師提供的測試數據通過的組數給出合理的成績，自動評分能夠極大的減少教師檢查程序的工作量，使得教師有更多的時間參與其他教學活動，學生通過評測系統不斷地解決實際問題，能夠提高學生的求知欲，充分調動學生的學習興趣及學習動力。

定性評價采用課程教學滿意度調查的方式進行，課程結束后，根據實踐教學過程與教學目標設計問題，如課程實踐教學效果是否滿意，在學科競賽平臺是否經常刷題，任務驅動式的實踐教學模式是否激發了學習興趣等，教師將調查問卷通過QQ或者超星泛雅平臺發布給學生，要求每個學生對實踐教學情況進行評價，平臺直接統計評價結果，教師依據調查數據獲取學生的學習目的與學習需求，及時調整教學內容，改進教學方法與教學手段。滿意度調查體現以學生為中心的理念，從定性的角度考察學生的對本課程知識的掌握情況。

3.4?以學科競賽為載體，建設高素質實踐教學團隊

學科競賽作為課程實踐教學的拓展與延伸，是提升教師科研與教學水平的重要途徑之一。學科競賽主要目的是提升學生的知識綜合應用能力與創新實踐能力[5]，競賽題目大部分來源于實際的應用場景應用題目，知識涉及多學科、多專業的交叉融合。教師指導學生參加學科競賽，必須具備創新意識，擁有豐富全面的專業理論知識，較高的科研水平，較強的動手實踐應用能力，能夠在競賽中給予學生提供專業實踐指導，因此，教師需要通過各種形式與渠道不斷提高自身的科研能力及創新能力，提升自身的綜合素質。同時，學科競賽能夠引發教師對于教學上的反思，促進教學方法與教學手段的不斷改革，為了取得競賽成效，教師幫助學生分析解決遇到的難題，總結競賽經驗，在師生互動的過程中整合實踐教學內容，調整課程教學計劃，優化教學方法和手段，加深教師理論知識和實踐的融合深度，不斷提高教師實踐教學能力。在學生同臺競賽過程中，教師通過與其他院校師生溝通交流，能夠明確課程教學中的不足，獲取其他院校的先進經驗用于自己課程教學，學生的參賽成果也能夠融入到本課程的教學當中。以學科競賽為載體，真正達到以賽促教的目的，能夠提高教師的教學水平與育人能力，建設高素質的實踐教師隊伍。3.5?校企共同指導學科競賽，促進課程教學的高質量發展

校企合作是提高人才培養質量的重要途徑之一[6]。在校企合作辦學模式中，高校教師有著非常扎實的理論基礎和較強的學習能力，但實踐經驗和實踐能力缺乏，而企業教師有著非常豐富的前沿技術經驗，剛好彌補了高校教師實踐能力不足的短板。我院計算機科學與技術專業與達內集團在2018年開啟專業共建，軟件工程專業與青軟創新科技集團于2019年簽約開啟專業共建，通過校企合作優勢互補，校企聯合指導學生參加各類學科競賽，讓學生既能夠鞏固專業理論知識，又能夠觸摸到行業的前沿技術，更容易獲得較好的成效，例如在2022年湖南省大學生程序設計大賽應用類競賽中，校企聯合指導的《夢回湘西》作品榮獲三等獎，實現了在該賽事應用類競賽中零的突破。校企合作指導學生參加學科競賽，能夠充分調動學生和教師的參賽積極性，發揮學生的主觀能動性，激發學生的創新思維與創新意識，在教師和參賽學生通力合作完成參賽作品過程中，師生之間交流的深度和廣度遠高于課堂教學，不斷培養學生的溝通能力，團隊協作能力、項目管理能力，提高學生的綜合素質。同時，校企教師共同指導學生參加學科競賽，通過不斷交流探討，獲取企業前沿信息反饋課程教學，調整教學內容與教學計劃，實現課程教學改革不斷深化，促進課程教學的高質量發展。

結語

實踐教學是培養學生實踐動手能力的重要途徑，學科競賽是實踐教學的延伸和拓展，通過學科競賽能夠培養學生綜合運用知識解決實際復雜功能問題的能力，培養學生的實踐創新能力、團隊協作能力，提高學生的綜合素質。以學科競賽為契機，學科競賽平臺為依托，重構課程教學內容，構建任務驅動式的實踐教學模式，建立多元化實踐教學評價機制，建設一支高素質實踐教學團隊，促進課程教學的高質量發展。學科競賽導向的數據結構實踐教學研究成果，為其它課程的實踐教學提供了參考，具有一定的推廣價值。

參考文獻：

[1]黃建忠，杜博，張瀘寅，等.競賽驅動的計算機實踐教學體系設計[J].實驗室研究與探索，2018，37（4）：162-165.

[2]范建中，王秀友.基于學科競賽的數據結構實踐教學模式探討[J].福建電腦，2018，3：45-46.

[3]劉偉，黃辛迪.結合學科競賽的計算機專業程序設計類課程群建設[J].電腦知識與技術，2018，31：180-181.

[4]王文娟，孫奕，楊智，等.基于任務驅動和翻轉課堂深度融合的信息安全技術課程實踐教學模式探索[J].計算機教育，2022（08）：123-127+132.

[5]隋鳳鳳，楊百忍.以學科競賽為抓手提高人才培養質量[J].鹽城工學院學報（社會科學版），2022，35（05）：101-103.

[6]董桂才，徐磊.基于學科競賽的校企合作模式創新與實踐[J].牡丹江大學學報，2021，30（08）：102-107.

基金項目：本文系2022年湖南省普通高等學校教學改革研究項目（編號：HNJG-2022-1412）；2022年教育部產學合作協同育人項目（項目編號：220902802281259）

作者簡介：孟利華（1979—??），女，漢族，湖南新邵人，本科，講師，研究方向：計算機應用。