以数筑基，以智提质，以享拓界：数据结构课程教学改革与实践

    一、研究背景

在新一轮科技革命与产业变革加速演进的背景下，人工智能、大数据、云计算等前沿技术正深度重塑产业格局和社会结构，数字经济已成为驱动高质量发展的核心引擎。社会对具备计算思维、实践创新能力与跨学科复合素养的新工科人才需求愈发迫切。

教育部在“新工科”建设战略和《高等学校人工智能创新行动计划》中明确提出，应主动对接国家重大战略和新兴产业发展需求，推动课程体系与产业实践深度融合，加快培养适应数字化、智能化时代的复合型人才。《教育信息化2.0行动计划》进一步强调，要全面推进教育数字化转型，构建智能化教学新模式，推动优质教育资源的开放与共享。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》和《“十四五”教育发展规划》也明确要求，深化高等教育学科专业改革，推动核心课程的数字化升级，强化“知识传授、能力培养、价值塑造”三位一体的育人机制。特别是《加快数字人才培育支撑数字经济发展行动方案（2024—2026年）》的出台，进一步凸显了数字时代人才培养的紧迫性。文件明确提出，要实施数字技术工程师培育与技能提升行动，完善人才评价与竞赛体系，推进国际交流与创业载体建设，以多元化途径支撑数字经济发展。这不仅为高校数字人才的培养提供了明确的政策指引，也对计算机类核心课程的教学改革提出了更高要求。

在这一背景下，数据结构课程作为计算机类专业的核心基础课程，是衔接硬件与软件、理论与实践的关键纽带，直接影响学生计算思维、算法设计能力与复杂工程问题解决能力的培养。其教学质量不仅关乎学生后续课程的学习与科研创新能力，更对国家信息技术人才供给质量具有基础性、战略性意义。

北京林业大学信息学院（人工智能学院）积极响应国家战略与高等教育改革导向，紧密围绕新工科建设、教育数字化战略行动以及数字人才培育方案要求，聚焦数据结构课程在人工智能与大数据人才培养中的核心作用，自2017年率先开展课程教学改革研究与实践。通过重构课程体系、创新教学模式、建设共享平台，突破传统教学局限，积极探索适应数字经济发展需求的计算机核心课程改革范式，致力于培养更多高素质技术人才，助力高等教育内涵式发展和教育公平推进。

    二、现状分析

通过对全国多所高校数据结构课程的调研，并结合团队多年的教学实践，发现传统数据结构课程中普遍存在“资源滞后、模式固化、共享缺失”三大突出问题，具体表现如下。

    （一）数字资源滞后，学用衔接断层

传统数据结构教学资源以静态教材、PPT 课件为主，更新周期长，难以跟上人工智能、大数据等领域的技术迭代速度。实践教学资源多为封闭性验证性实验，缺乏真实企业场景支撑，例如仅围绕经典算法进行代码实现练习，未结合行业实际问题开展项目式训练。这导致学生虽掌握理论知识，但在面对复杂工程场景时“不会用、用不好”，知识向能力转化的衔接断层明显。

    （二）教学模式固化，因材施教不足

数据结构课程核心概念抽象，传统教师讲授加板书与PPT演示的模式难以直观呈现栈、队列、树等数据结构的动态变化过程，学生容易陷入“死记硬背、无法理解”的困境。同时，教学过程缺乏学生学习数据的动态追踪与分析，教师难以精准掌握学生个体的知识薄弱点，个性化指导和因材施教难以实现，制约学生创新能力和个性化发展的培养。

    （三）共享机制缺失，资源价值受限

高质量教学资源（如案例库、算法演示工具、实训项目等）多集中于单一院校内部，缺乏标准化的校际共享渠道和协同建设机制。一方面导致重复建设、资源浪费；另一方面，中西部及地方应用型高校难以获取优质资源，加剧教育不均衡问题。此外，现有共享资源多聚焦知识传授，缺少思政元素融入，未能充分实现“知识传授、能力培养、价值引领”三位一体的育人目标，资源的整体育人价值未得到有效发挥。

    三、改革思路

针对传统数据结构课程“资源滞后、模式固化、共享缺失”的痛点，团队以“数智驱动、开放共享”为核心理念，创新提出“以数筑基—以智提质—以享拓界”三阶递进的改革思路，构建“一部教材引领、两大平台支撑、产教科创协同、全域资源共享”的育人体系，改革的总体框架图如图1所示。

    （一）以数筑基：构建全链条数字资源基座

针对“学用衔接断层”问题，依托100余万销量规划教材，打造分层（专业/非专业）、分类（C/Python）的教材矩阵、习题库、算法动态演示课件等理论教学资源链。联动华为、头歌共建1800余项企业级项目库与行业特色场景案例。该体系贯穿从理论学习、实践应用到能力转化的全链条培养，线上资源服务880余所高校，为不同层次学生筑牢学习根基。

    （二）以智提质：打造人机协同智慧教学模式

面向“因材施教不足”问题，依托人工智能技术赋能教学全过程。通过开发可视化算法学习平台，将抽象知识转化为动态交互内容，降低认知门槛；结合学习数据分析与智能助教，构建学生动态学情画像，实现精准教学与自主学习相融合，从而提升教学质量和个性化培养水平。

    （三）以享拓界：构建全域开放共享生态格局

针对资源价值受限问题，以“产教科创”协同为纽带，联合头部企业、出版社及兄弟院校共建协同育人共同体。通过多平台开放优质教学资源，打破校际壁垒，减少重复建设；同时将课程思政元素融入资源开发，将科技自强、绿色发展等理念贯穿其中，实现资源的知识价值与育人价值双重延伸，推动教育公平与高质量发展。

图1 成果总体框架

    四、改革措施与实施情况

自2017年1月实施课程改革以来，团队按照“以数筑基—以智提质—以享拓界”的思路，分阶段推进各项措施，形成系统化、可落地的改革方案。

具体的改革措施与实施情况如图2所示。

图2 具体的改革措施与实施情况

    （一）构建分层分类的数字教学资源

理论资源分层化建设：针对计算机专业学生，出版《数据结构（C语言版）》（“十二五”国家级规划教材，累计销量超100万册），侧重算法原理与底层逻辑；针对非计算机专业及职业教育学生，出版《数据结构（Python 版）》（首批“十四五”职业教育国家规划教材），侧重应用场景与实践能力；出版两部配套实践教材，形成“专业/非专业”“C/Python”分层分类资源矩阵。同时建设知识图谱、算法动态演示课件、微课视频、思政案例库等数字资源链，有效覆盖不同层次学生的学习需求。

实践资源场景化开发：联合华为、头歌等企业，共建200余项企业级实训项目库，涵盖智能算法优化、大数据处理、林业信息化等特色场景，如森林资源监测数据分类算法、木材加工生产线调度优化模型。配套开发在线实训平台与实践教材，支持学生在真实场景中提升实践能力与创新思维。截至2024年，相关实践资源累计服务学生超30万人次，覆盖计算机类、人工智能类、林业工程类等多个专业。

    （二）研发智慧教学工具与个性化教学体系

抽象知识可视化转化：自主研发“舞动的算法”智慧学习平台，创新“文—动—码”跨模态联动技术，将教材中100余个核心算法（如快速排序、二叉树遍历）转化为动态可交互动画，支持个人电脑端、网页端多端适配及多语言演示。该平台作为教材配套资源已推广至全国500余所高校。

个性化教学精准落地：“舞动的算法”平台内置“算法小精灵”AI助教，提供智能答疑与学习路径推荐；同时对接头歌平台，实时追踪学生预习、课堂互动、实训及考核全环节数据，生成动态学情画像。教师可依据画像精准定位学生薄弱环节（如栈与队列应用、图论算法理解），开展针对性辅导；学生可自主查看学习报告、选择补充资源，实现不同层次学生的多维化评价和个性化培养。

    （三）搭建产教科创协同共享体系

资源全域化开放共享：联合人民邮电出版社、华为、头歌等单位，打造“纸质教材、数字资源、在线评测、实训项目”一体化教学包，通过出版社官网、“舞动的算法”平台、头歌平台向全国高校开放，线上资源已服务全国880余所高校。

思政与资源深度融合：挖掘“红绿相间”思政元素，在教学案例中融入国家科技发展成果（如华为鸿蒙系统中的网络案例问题）、林业绿色发展案例，编写20余个思政案例，形成“科技自强+生态文明”双主线思政资源库（如图3所示）。通过课堂讲授、案例研讨、项目实践，引导学生树立行业责任感与家国情怀。联合出版社，定期举办教学研讨会、资源共建会、师资培训会，近三年累计举办线上/线下教师研修班10余期，培训高校教师超5000人次。

图3 成果思政与资源深度融合

    五、已取得成绩

经过4年实践检验，该成果在教学质量提升、资源辐射、人才培养及社会认可等方面取得显著成效，已成为新工科课程改革的标杆案例。

    （一）教学资源与平台影响力显著

教材方面：《数据结构（C语言版）》与《数据结构（Python版）》累计销量超115万册，被清华大学、浙江大学等500余所高校选用。其中，《数据结构（Python版）》获评“北京高校优质本科教材”。两部教材均配套实践教材，形成理论与实践完美融合的完整教学体系，为全国高校数据结构课程提供可推广复制的教学示范。

舞动的算法：平台适配不同专业（计算机/非计算机）、不同语言基础学生的学习需求，上线核心算法动态演示动画 100 余个，覆盖链表、树、图等全章节重点算法，通过交互式操作（如步骤拆解、参数调整）帮助学生直观理解抽象逻辑。平台已推广至使用教材的500多所高校。

头歌平台：已建设“数据结构（C/C++版)”和“数据结构（Python版）”的线上开放课程2门，开发包括客观题和编程题在内的实训项目总计1800余项，上线算法演示动画196个，微课视频196个,上线的课程知识图谱包括1000余个知识实体节点，建成了以课程知识图谱为面，以教材、视频、课件和实训资源为点的“四点一面”资源体系，线上资源被包含985、211院校在内的880余所高校所引用，累计服务全国师生33万余人。建设融合课程管理和在线实践评测的多元教学课堂24个，服务北京林业大学校内5届1600余名学生。

（二）人才培养质量大幅提升

学生能力提升：改革实施后，学生课程满意度持续保持在95%以上，计算思维和实践能力显著增强。近三年，学生在“蓝桥杯”全国软件大赛、全国高校程序设计大赛等省部级及以上竞赛中获奖300余项，发表核心期刊以上论文40余篇，500 余人参与大学生创新项目（其中国家级项目60余项）。

    （三）教学成果与荣誉丰硕

团队成果获国家级及省部级教学奖励20余项，其中国家级奖励8项，包括：2024 年第六届中国计算机教育大会特等奖1项、二等奖2项；2023年全国高校程序设计教育大会一等奖1项；2023年第五届中国计算机教育大会一等奖2项。省部级奖励12项，包括2023年“北京高校优质本科教材”“北京高校优质教案”，2020年“北京高校优质本科教材课件”等。

    （四）示范辐射效应广泛

成果已被中国农业大学、广东东软学院等多所高校借鉴。课程建设成果近日获得广泛关注，课程负责人李冬梅教授作为专家多次受邀作主题报告。在人民邮电出版社主办的“数智化时代AI赋能计算机教育研讨会”上，李教授以“数智赋能数据结构课程教学创新与实践”为题作主旨报告；在华为仓颉社区WORKSHOP中，就“基于仓颉语言的数据结构算法教学系统”进行专题分享。这些报告深度剖析了AI技术与教育教学的融合路径，系统展示了智慧课程建设的创新实践，其可复制、可推广的建设模式获得与会专家和师生的一致好评，充分体现了该课程建设的示范引领价值。

成果先后被北林官微、人民邮电出版社 “人邮教育”、华为官方公众号、腾讯新闻、网易新闻等媒体报道20余次，引发社会广泛关注，显示出其重要影响力和应用价值。教育部高等学校计算机类专业教指委专家评价其“在高等教育智慧化转型和人工智能创新应用方面展现出卓越的引领与示范价值”，为新工科课程改革提供了可复制的方案。