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工程教育认证下的数据结构课程改革

2019/08/20 阅读:

摘要:分析传统数据结构课程的教学模式,然后针对工程教育专业认证的大背景,分别从授课模式、在线题库构建、基于CG系统的多形式考核及精细粒度成绩分析等方面进行阐述,通过针对一个年级9个班级的具体实施的介绍,说明课程取得较好的教学效果。

关键词:数据结构;工程教育认证;CG系统;教学模式

引言

在我国,工程教育专业认证是由专门的职业或行业协会同该领域的教育工作者及企业专家一起进行的,针对高等教育本科工程类专业开展的一种合格评价。教育部从2007年开始重点推行“工程教育认证”,旨在提高我国高校的工程教育质量,同时提升我国工程人才的国际竞争力[1]。近年来,结合工程教育专业认证的指标体系[2],越来越多从事计算机专业教学的学者们纷纷就基于工程教育认证的计算机专业人才培养模式进行了研究与探讨。张旭[3]就工程教育认证背景下操作系统教学改革进行了有益的探索,提出了基于网络学习平台的多种模式相结合的教学方式。刘永彬等人[4]就工程教育认证下的应用型软件人才培养模式进行了探索。罗卫兰等人[5]深入研究了专业认证下的计算机专业课程体系改革。赵姝等人[6]在面向工程教育专业认证背景下,重点对计算机组成与体系结构课程的建设进行了研究。陈淑红等人[7]对工程教育专业认证驱动下的计算机网络教学进行了研究。数据结构课程是计算机科学与技术专业、软件工程专业甚至于其他电气信息类专业的重要专业基础课程,它所讨论的知识内容和提倡的技术方法,无论对进一步学习计算机领域的其他课程,还是对从事大型信息工程的开发,都是重要而必备的基础。因此,如何结合工程教育专业认证,更好地对数据结构课程进行改革,从而提高学生分析解决实际工程问题的能力显得尤为迫切。

1传统数据结构教学存在的问题

1.1过度依赖“PPT加板书”模式

教师通过PPT进行主要内容的讲解,针对复杂问题再配以板书讲解,通常可以较好地解决教学过程中“教”的过程,但并不能很好地保证“学”的质量,尤其在工程教育专业认证背景下显得更为突出。

1.2考核方法单一且低效

传统教学中,作业与考试主要通过纸质媒介进行,考核方法单一,且效率低下。作业抄袭现象严重,考试也只是满足于算法思想的描述,算法代码往往无法正常运行。

1.3实验环节的优势与不足

实验环节是传统教学中一项可以提高学生实际编程能力的手段,但由于缺乏必要的验证手段,往往是一名教师应付多个相同版本的检查,最后变成几个学生做出一个标准版,其他学生在界面上稍作修改应付检查。

1.4成绩分析粒度不够精细

由于考核方式单一,成绩统计工作量繁杂,在传统教学中很难实现成绩的细粒度分析,而这往往导致教师不能更好地发现教学中出现的问题,无法及时地发现学生学习中隐含的问题。

2结合工程教育专业认证的数据结构教学改革

由于专业认证主要是以毕业生的培养质量来衡量教育目标是否能实现。因此首先要梳理数据结构课程与毕业要求之间的关系,进而提出本课程的教学目标,然后再针对教学目标,设置各种培养手段和考核方式。表1是数据结构课程所涉及的毕业要求中指标点与课程教学目标之间的对应关系,表2是基于毕业要求指标点设置的3个教学目标。从表1中可以看出,专业认证更看重的是工程实践能力的培养,以及分析解决问题能力的提高。针对传统教学中的问题,以及工程教育专业认证的指标要求,特从以下几个方面进行改革。

2.1采用“课堂加机房”授课模式

针对数据结构理论性和实践性都很强的特点,采用“课堂加机房”的授课模式,一方面利用传统的“PPT加板书”模式(课堂部分)来讲解理论部分,另一方面通过在机房边讲边练的方式,来解决学生编程中遇到的具体问题。机房授课方式很好地解决了学生不会编写可运行代码、不会调试的顽疾,但带来的负面影响是上课节奏偏慢,课程进度受到挑战。因此,机房授课一定要精选算法案例,遇到比较难的问题,要提前发给学生进行预习。总的来说“课堂加机房”模式较好地解决了数据结构课程教学过程中的“教”与“学”的矛盾。

2.2CG系统的引入与题库的构建

为了提高学生的实际编程能力,提高学生分析、设计及解决问题的能力,数据结构课程采用CG[8]系统实现在线提交作业与在线考试。CG(CouresGrading)系统拥有程序自动评测、相似性比较、并行程序自动评判等功能,是一款具有专业深度、安全可靠的计算机类课程一体化支撑平台。通过该平台,数据结构课程团队基于知识点构建了完整的题库,该题库在构建过程中充分考虑了学生毕业要求的指标点,力求更好地完成每个教学目标。设计多分支覆盖的高质量用例,配合完成程序自动评测,充分验证学生编写程序的准确性,极大地提高了学生的编程能力。

2.3基于CG系统的多种考核方式

课程设置了平时普通作业、平时计分作业、实验、平时考试及期末考试等多种考核方式。其中平时普通作业由任课教师自由布置,不计入学生的总分。表3是数据结构课程各部分考核的分值分配。针对平时计分作业,学生可以充分利用课外时间进行编程训练,无形中拓宽了学生学习的时间长度。CG系统的“相似性比较”功能可以很好地规避抄袭行为的发生,能力强的学生会自然生出学习的自豪感,能力弱的学生由于担心查重,也变得更加主动。总体上扭转了传统教学中平时“放羊”式的学习状态。针对实验环节,类似于平时计分作业,但强调集中在实验课堂进行,这主要从两个方面考虑:一方面通过实验指导,可以更好地解决学生在编程中遇到的问题,另一方面也是教师掌握学生薄弱环节的一种有效途径。由于同样采用CG自动评判和相似性比较,极大地减轻了教师的工作量,也较好地避免了抄袭行为的发生,对整体学生能力的提升起到了重要的作用。针对平时考试和期末考试环节,主要用来考查学生的学习情况,在传统教学中,由于采用纸质试卷,每场考试从出题、派考、监考、批改及评卷,往往要耗费大量精力,而最关键的是由于都在纸上答题,不能更好地考核学生的实际能力。

2.4精细粒度的成绩分析

由于CG系统的采用,所有成绩都可以很容易导出,这里可以包括每次试卷中的每一道题,甚至细化到每一道小题,由于在设计题库时是按照知识点和教学目标来设计的,因此可以很方便地从多个粒度来进行成绩分析;而分析结果,可以更清楚地看出课程的教学效果是否达成教学目标,是否满足毕设要求对应的指标点。

3立足于工程教育专业认证的数据结构教学效果分析

针对2017—2018(1)学年2016级的9个班级273名同学,抽样40%的学生进行达成情况分析,具体的课程毕业要求分解指标点达成情况评价表见表4。本课程支撑的3个指标点达成效果如图1所示,其中学生运用数据结构的基本原理知识解决图和二叉排序的实际问题的能力(指标点2-2)及基于算法基本思路、原理设计和实现算法的能力(指标点4-2)相对较好,但学生对概念、原理的掌握不够灵活,投入的精力也不够,因而指标点1-3的达成情况不够理想,说明学生数据结构与算法的逻辑思维能力还需加强。

4结语

针对传统数据结构课程中存在的问题,结合工程教育专业认证背景,对数据结构课程进行了教学改革。通过采用“课堂加机房”授课模式较好地解决了数据结构课程教学过程中的“教”与“学”的矛盾。CG系统的引入与题库的构建,可以充分验证学生编写程序的准确性,极大地提高了学生的编程能力。基于CG系统的多种考核方式全方位地提高了学生分析及解决问题的能力。精细粒度的成绩分析可以更清楚地看出课程的教学效果是否达成教学目标,是否满足毕设要求对应的指标点。从实际运行效果看,课程改革起到了较好的作用,达到了工程教育专业认证中相关指标点要求。

参考文献:

[1]孙宪丽,张欣,张楠.基于工程教育专业认证的计算机专业人才培养模式研究[J].大学教育,2016(4):112-113.

[2]蒋宗礼,工程教育认证的特征、指标体系及与评估的比较[J].中国大学教学,2009(1):36-38.

[3]张旭.工程教育认证背景下操作系统教学改革的探索[J].教育现代化,2018,5(2):51-53.

[4]刘永彬,欧阳纯萍,阳小华,等.基于工程教育认证的应用型软件人才培养模式探索[J].高教学刊,2016(15):63-64.

[5]罗卫兰,骆健,王海艳.基于专业认证的计算机专业课程体系改革[J].中国电力教育,2014(30):54-55.

[6]赵姝,刘晓曼,陈洁,等.面向工程教育专业认证的《计算机组成与体系结构》课程建设研究[J].合肥师范学院学报,2015,33(3):88-90

[7]陈淑红,邓奕.工程教育专业认证驱动下的计算机网络教学研究[J].湖南工程学院学报,2016,26(2):105-109.

作者:李照奎 吴杰宏 王岩 赵亮 范纯龙 刘芳 单位:沈阳航空航天大学

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