1、113计 算 机 教 育Computer Education第 4 期2023 年 4 月 10 日中图分类号：G642基金项目：广东第二师范学院“软件工程”（校级重点学科建设）项目；广东第二师范学院特色专业软件工程建设项目（2020tszy01）；教学质量与教学改革工程建设项目“基于 Powerdesiner 的软件工程技术的教学研究”（2020jxgg15）。作者简介：陈忆群，女，副教授，研究方向为信息检索、数据挖掘、人工智能，cyq_；张钢（通信作者），男，讲师，研究方向为机器学习、网络安全，。0引 言传统的工科课程往往在强调技术、知识传播的同时忽略了情感教育与课程思政。国家教育部高等学
2、校课程思政建设指导纲要 指出：“高等学校人才培养是育人和育才相统一的过程。建设高水平人才培养体系，必须将思想政治工作体系贯通其中，必须抓好课程思政建设，解决好专业教育和思政教育两张皮 问题。”习近平总书记指出：“当代中国青年是与新时代同向同行、共同前进的一代，生逢盛世，肩负重任”“广大青年要肩负历史使命，坚定前进信心，立大志、明大德、成大才、担大任，努力成为堪当民族复兴重任的时代新人，让青春在为祖国、为民族、为人民、为人类的不懈奋斗中绽放绚丽之花”1。在传统观念中，思政教育多描述抽象层面的内容，对于工科课程而言通常会有实践性不足的困扰。在实际的教学活动中应该如何将课程思政融入专业知识的教学，同
3、时实现育人和育才，突破传统工科课程教学活动重知识轻情感教育的现状，使教学满足社会主义核心价值观的需求，基于 OBE 的数据结构与算法课程思政课堂建设探索陈忆群1，张 钢2，周如旗1（1.广东第二师范学院 计算机学院，广东 广州 510303；2.广东工业大学 自动化学院，广东 广州 510006）摘 要：针对传统工科课程教学活动中存在的一些痛点，提出进行数据结构与算法课程的教学改革，基于新工科建设背景和 OBE 教育理念，总结出一套新的教学设计，阐述课程目标和课程设计的具体实现方法，并介绍教学法的应用过程，最后说明教学效果。关键词：课程思政；新工科；混合教学；OBE；数据结构与算法文章编号：1
4、672-5913(2023)04-0113-05满足新工科2建设的需要，是众多一线教师的 困惑。1基于OBE的数据结构与算法课程思政课堂建设1.1教学目标在数据结构与算法课程“二叉树”一章中有一节内容为“哈夫曼树”，要求学生在掌握理论原理的基础上，能够具体应用哈夫曼编码技术解决实际问题，能够编写程序进行哈夫曼编码和解码，本章节设定教学目标见表 1。为了达成课程思政建设目标，按照成果导向设计以学生为中心的教学内容和活动环节，见表 2。1.2教学设计1.2.1 课程总体设计本教学团队以“分层培养”为目标，设计了一种可灵活组合叠加学习活动的教学方法，称为“汉堡包”。“汉堡包”可叠加线上线下混合教学设
5、计，提供相应的分层教学资源，理论、实践与科研相结合，既保障学生的基本产出，又挖掘DOI:10.16512/ki.jsjjy.2023.04.0282023114计 算 机 教 育Computer Education潜力，实现开发实践、科研深造齐开花（如图 1 所示）。点，并进行先修基础知识回顾，引导学生进行课前思考；学生在教师带领下完成课堂学习（B层必选、线下），进行理论知识与实践技能学习；总结巩固（C 层必选、线上），主要完成知识点总结回顾，进行理论和实践技能的练习，将该资源放在线上是为了方便课堂上掌握不够扎实的学生课后可以再次进行练习，加强巩固；有兴趣的学生可进行深度和广度拓展（D、E 层
6、可选、线上），在 D 层增加课程深度，进行学术科研，在 E 层进行综合应用实践能力拓展以及各类综合应用的开发。教师引领学生完成基础的 3 层（ABC）学习，学生可自主拟定目标达成层次，拓展完成 4 层（ABCD 或 ABCE）或 5 层（ABCDE）“汉堡包”，充分体现了“学生为本”的个性化分层培养。数据结构与算法课程网站提供了 A 层的内容，以及部分 C 层的教学资源。程序设计类辅助教学平台（PTA）提供了部分 C 层的教学资源和所有的 D 层练习拓展资源。E 层深度实践线上资表 1 教学目标目标分类目标内容知识目标明确哈夫曼树的定义、带权路径长度计算方法掌握哈夫曼编码技术能力目标能正确使用
7、哈夫曼编码技术实现报文编码和解码编写程序实现哈夫曼编码技术思政目标以谍报人员的事迹引导学生坚定理想信念，激发爱国情感，激励使命担当，砥砺爱国奋进强化工程文化、工程意识和工程伦理教育，培养工匠精神培养综合评价能力、学科思维能力、批判创新能力和刻苦钻研的科学精神表 2 课程思政目标达成措施课程思政建设目标教学内容和活动设计激发爱国情感，激励使命担当，砥砺爱国奋进结合本堂课内容，播放以李侠烈士为原型的电影片段，再现谍战情景，使学生沉浸于战争环境，在发送报文以及被定位抓捕的视频内容中，体会技术的重大影响，引发学习兴趣，激励学生“立大志、明大德、成大才、担大任”强化工程文化、工程意识和工程伦理教育 采用
8、了案例驱动教学法，精心设计的案例和课后练习具有开放性，提供有缺陷的初步方案，引导学生思考优化，强化工程文化、工程意识，培养爱思考、善思辨、深耕耘的学习习惯，以及精益求精的工匠精神培养工程沟通能力、综合评价能力、学科思维能力和批判创新能力设计小组讨论环节，通过引导学生进行讨论分析，突出学生主体地位，使学生在分析过程中加深对所学知识的理解针对案例组织学生评价，提出改进意见；针对练习采用生生互评，培养学生的评价能力、学科思维能力和批判创新能力培养精益求精的工匠精神利用程序设计类辅助教学平台进行练习实践，学生在一次次的提交中，体验“跳一跳才能够得着”的学习挑战，增强“经过刻苦学习收获能力与素质的提高”
9、的成就感，培养精益求精的工匠精神、刻苦钻研的科研精神教学资源A 层课前思考和引入（线上）B 层课堂讲解与实践（线下）C 层知识总结与测验（线上）D 层深度：课程实践（线上）E 层广度：综合应用（线上）学生可选以下 4 种组合之一进行学习ABC3 层汉堡（基础）ABCD4 层汉堡（拓展课程深度）ABCE4 层汉堡（拓展应用广度）ABCDE5 层汉堡（拓展课程深度和应用广度）图 1 “汉堡包”可叠加线上线下混合课堂该设计使学习活动可灵活叠加，实现学生分层培养。学生通过课程网站完成“课前思考和引入（A 层必选、线上）”，本环节将明确预习重2022 年中国高校计算机教育大会（三）第 4 期115源放在
10、课程网站上，供有兴趣的学生进一步拓展综合应用项目。1.2.2 课堂教学设计在“哈夫曼树”这一章节的教学设计中，在课程网站上的 A 层完成对“完全二叉树、满二叉树、二叉搜索树、平衡二叉树、堆的概念”的回顾复习。通过启发式问答，用不同形状的树引导学生对比并思考二叉树的应用。B层和C层在课堂教学中完成，如图2所示，其中穿插了表 2 的思政建设活动，将思政建设融入教学内容和教学活动中，与学生学习过程紧密结合，达到润物细无声的效果。图 2 中的练习 1是 C 层活动内容，设计了一个哈夫曼编码练习，让学生动手实现编码。通过小组活动发现哈夫曼树的构造不唯一，从而引发对工程实践过程中细节的讨论和确定。图 2
11、B 层和 C 层的教学活动表 3 定性考核评价标准评价等级等级描述评价依据通过 P基本素质掌握哈夫曼编码的定义和使用良好MM1决策能力能应对实际问题，科学地选择某种数据结构或其组合来构成解决方案M2执行能力能用计算机程序设计语言正确地进行哈夫曼编码的实现，有效解决开发过程中遇到的问题M3表述能力能清楚区分并阐述应用案例中不同数据所采用的数据结构的优缺点和实现方式优秀DD1反省能力适时反思，总结不同数据结构在同一个应用案例中的优缺点，能简练准确地指出方案的改进方向D2协作能力能协同小组成员完成所承担的工作，协调小组意见冲突，共同完成小组任务D3创新能力能有效提高程序性能，通过设计新的数据结构方案
12、改进策略与方法，高质量地满足实践问题需要D 层使用教材配套的实验手册中的实践题目，应用哈夫曼编码技术检验某编码内容的合法性，在 PTA 平台中发布。该平台可设置多组测试数据并设置每组数据的得分值，检验学生提交代码的正确性。学生在一步步修改提交中一点点提高程序得分，体验“跳一跳才能够得着”的成就感，在提高工程实践能力的同时培养精益求精的工匠精神。E 层提供了一个小组活动的课程设计题目，并在定量评估的基础上增加定性考核评价标准，突出学生工程实践创新能力要求。结合课程内容设计了 P（通过）、M（良好）、D（优秀）的分层考核目标，从“决策、执行、表述、反省、协作、创新”突出学生工程实践创新能力培养（见
13、表 3）。2教学法应用以“哈夫曼树”章节为例2.1利用视频资源实施沉浸式情景教学讲解哈夫曼编码技术，该技术应用于报文传输中，因此，摘取以烈士李侠为原型的电影片段引入课堂内容，利用谍战片中发送报文以及被定位抓捕的视频内容，介绍本节课程内容的应用领域，让学生身临其境感受到技术的力量，树立“成大才、担大任”的理想信念，引发学习2023116计 算 机 教 育Computer Education兴趣，激发爱国情感，激励使命担当，砥砺爱国奋进。2.2以学生为中心设计教学活动，使用案例驱动教学法设计 4 个案例和 1 个练习（见表 4），这 5个例子中嵌入了不同层次的知识技能，引导学生由浅入深逐步思考、探
14、讨，最终掌握相关知识原理和技能。在引入工程文化、工程意识和工程伦理教育的同时帮助学生掌握复杂知识的学习规律，形成解决问题的思路与有效方法，培养综合评价能力、学科思维能力、批判创新能力以及精益求精的工匠精神。表 4 教学案例设计序号案例作用1报文传输速度的影响因素讨论不同编码方法对报文长度的影响，引导学生思考如何编码才能使报文长度缩短2码串解码的二义性问题及避免方法通过不同的解码结果，引导学生思考为什么解码会有二义性，如何才能避免二义性3哈夫曼树构造通过一步步演示，让学生学会哈夫曼树构造方法4哈夫曼编码技术通过一步步演示，让学生学会哈夫曼编码技术5练习：哈夫曼编码该练习中含权值相同的字符，将出现
15、结构不同的哈夫曼树，引导学生对实现细节进一步定义2.3配套实验平台进行实验法教学采用 PTA 平台供学生进行实验，培养学生精益求精的工匠精神。实验平台上不仅使用多组测试数据考查正确性，而且对程序的时间复杂度和空间复杂度都有对应的考核要求3。学生在初次接触时容易只关注正确性，甚至只满足一组示例数据的正确处理，忽略测试技术的应用，忽视时间、空间复杂度要求，导致程序不能通过平台测试。除了培养综合应用能力，学生也在一次次提交中，体验“跳一跳才能够得着”的学习挑战，增强“经过刻苦学习收获能力与素质的提高”的成就感，培养精益求精的科学精神与工匠精神、刻苦钻研的科研精神（如图 3 所示）。图 3 实验平台考
16、核设置3实施总结本课程经过 5 轮的课堂教学，贯彻“持续改进”，逐年改进教学设计，获得同行专家的高度认可。学生评价逐年提高，近 3 年广东第二师范学院学生对本课程满意度评价均达到 95%及以上，大部分学生认为：“该课堂效率高，收获大，帮助我提高认识问题、分析问题和解决问题的能2022 年中国高校计算机教育大会（三）第 4 期117力，提高了学习能力，增加了学科专业兴趣；该门课拓展了专业课程的广度、深度和温度，从课程所涉专业、行业、国家、国际、文化、历史等角度，增加了课程的知识性、人文性，提升了引领性、时代性和开放性；课程注重科学研究方法、科学思维方法的训练以及科学伦理的教育；该课程教师注意引导强化工程伦理教育，注重培养学生精益求精的大国工匠精神并激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。”课程思政建设成果可以体现在学生的各类活动中。在 PTA 平台，学生能够不断地优化代码，尝试不同的方案，这也体现了精益求精的工匠精神和刻苦钻研的科研精神，以及“立大志、明大德、成大才、担大任”的坚定信念。另一方面，本课程学生取得了多项成果，包括参加中国大学生计算机设计大赛多次获国家二等奖，参加“挑战杯”获省
