课程目标设计指南

数据结构课程学习目标（采用IEEE引用风格）

论证与对齐说明
本课程学习目标依据国际计算机科学教育基准（ACM/IEEE CS2013与CC2020）中关于“编程基础（PF）”与“算法与复杂性（AL）”知识单元的建议能力要求制定，强调对抽象数据类型、实现、分析与应用的系统掌握[1]–[2]。目标同时对齐ABET计算类专业认证的核心学生产出，尤其是对复杂计算问题的分析、基于需求的设计与实现、团队协作与专业规范[3]。动词选择与层级参照修订版布鲁姆认知目标分类学，以确保可测量性与认知进阶[4]。此外，目标隐含鼓励基于证据的教学（如主动学习与基于项目的评估），其在STEM领域已被证实能显著提升学习成效[5]。

一、课程层级学习目标（Course Learning Outcomes，CLOs）
完成本课程后，学生应能够（括号内为主要认知层级）：
1) 阐释抽象数据类型（ADT）概念，并用清晰的操作契约与性能规格描述常见ADT（如列表、映射、优先队列），区分接口与实现（理解/说明）[1], [4]。
2) 对典型数据结构及其操作进行渐近时间与空间复杂度分析，覆盖最坏、平均与摊还情形；能在给定前提下推导并比较不同实现的复杂度界（分析）[1], [6]。
3) 在给定功能与非功能需求（性能、内存、并发性、可维护性）与约束（输入规模、数据分布）下，选择并论证合适的数据结构，阐明权衡与理由（评价）[1]–[3]。
4) 使用主流编程语言实现并测试核心数据结构（数组/链表，栈/队列/双端队列，堆/优先队列，哈希表，搜索树，图表示），满足明确的正确性与性能规格（应用/实现）[6], [7]。
5) 设计并实现体现抽象与模块化原则的接口、泛型与迭代器；保证信息隐藏、不可变性或复制语义等设计约束（创造/设计）[1], [7]。
6) 实现并应用基础图算法（BFS/DFS、拓扑排序、Dijkstra、Kruskal/Prim）于不同图存储表示，分析其复杂度并在测试数据上验证正确性（应用/分析）[1], [6], [7]。
7) 运用循环不变式、结构归纳、势能函数等方法，对数据结构操作的正确性与（摊还）复杂度进行部分形式化论证（分析/评价）[6]。
8) 设计并执行可重复的性能实验：制定基准协议、控制变量、收集与可视化数据，解释异常与偏差，并提出针对性的优化建议（评价）[3], [5]。
9) 在团队环境中分工协作完成小型数据结构系统或库的迭代开发，进行代码评审、单元/集成测试与文档撰写，并进行技术汇报（应用/沟通/协作）[3]。
10) 识别并遵循与数据结构实现相关的专业与伦理规范，包括基准测试可重复性、复杂度声明的透明性与开源合规（价值/态度层面，落实到可观察行为）[3]。

达成度说明（建议）：每一CLO应映射到至少两类评估证据（自动化编程作业与书面分析/证明、实验报告、项目展示），并设定量化阈值（如：CLO2在闭卷推导题与编程插桩分析中均达≥70%）。

二、模块层级学习目标（Module Learning Objectives，MLOs）
建议模块与对应目标如下（可据学时裁剪）：
- 渐近与摊还分析
  - 使用O/Ω/Θ与小o/ω符号刻画增长率，并能在常见函数族间进行比较（分析）[6]。
  - 应用主定理、代换法解决分治递归的复杂度（分析）[6]。
  - 使用聚合法、记账法或势能法完成动态数组、哈希表等操作的摊还分析（分析）[6]。
- 线性结构与内存模型
  - 比较数组、链表及动态数组在访问、插入、删除上的复杂度与缓存局部性影响（分析/评价）[7]。
  - 实现带迭代器的线性容器并通过单元测试验证边界条件（应用）[7]。
- 栈、队列与优先队列
  - 实现栈/队列/双端队列的多种实现并验证复杂度主张（应用/分析）[7]。
  - 实现二叉堆与堆排序；分析build-heap与插入/删除最值的复杂度（分析）[6], [7]。
- 散列
  - 解释装载因子、均匀散列假设；实现链地址法与开放寻址（线性/二次/双重散列）的哈希表（应用/分析）[6], [7]。
  - 对哈希表插入/查找/删除进行摊还复杂度分析，并通过实验评估装载因子与哈希函数对性能的影响（分析/评价）[6]。
- 树与平衡
  - 实现二叉搜索树的基本操作；解释退化情形及其代价（应用/分析）[6], [7]。
  - 实现一种自平衡搜索树（AVL或红黑树），并利用旋转证明高度界与操作复杂度（分析/评价）[6]。
  - 选学：B-树/Trie用于外存或字符串场景，比较其适用性（评价）[6], [7]。
- 图与算法
  - 选择合适的图表示（邻接表/矩阵/压缩稀疏格式）以满足规模与稀疏性需求（评价）[6], [7]。
  - 实现并验证BFS/DFS、拓扑排序、最短路与最小生成树算法，比较理论与实测复杂度（应用/分析）[6], [7]。
- 抽象与泛型编程
  - 以契约驱动方式为核心ADT撰写接口说明、复杂度承诺与单元测试桩（应用/创造）[1]。
  - 设计可组合的比较器/哈希器，讨论不可变性与相等性契约（分析/评价）[7]。
- 测试、验证与性能评测
  - 构建断言与不变式检查以捕捉边界与错误情形（应用）[5], [7]。
  - 设计可重复的基准测试，报告统计摘要与可视化图表，附原始数据与脚本以支持复现（评价）[3], [5]。

实施与评估建议（简要）
- 采用多元评估：闭卷笔试（分析与证明）、编程实验（实现与验证）、性能实验报告（证据与解释）、团队项目（综合与沟通），以保证对CLOs的覆盖[3], [5]。
- 以低风险、频密的形成性评价支撑高阶目标达成（如阅读测验+课堂问题驱动练习），并在关键门槛概念（摊还分析、平衡树、哈希）处设置针对性反馈环节[4], [5]。

参考文献（IEEE风格）
[1] ACM/IEEE-CS Joint Task Force on Computing Curricula, “Computer Science Curricula 2013: Curriculum Guidelines for Undergraduate Degree Programs in Computer Science.” ACM and IEEE Computer Society, 2013.
[2] CC2020 Task Force, “Computing Curricula 2020 (CC2020): Paradigms for Global Computing Education.” ACM and IEEE Computer Society, 2020.
[3] ABET Computing Accreditation Commission, “Criteria for Accrediting Computing Programs, 2023–2024.” ABET, Baltimore, MD, 2023.
[4] L. W. Anderson and D. R. Krathwohl, Eds., A Taxonomy for Learning, Teaching, and Assessing: A Revision of Bloom’s Taxonomy of Educational Objectives. New York, NY, USA: Longman, 2001.
[5] S. Freeman, S. L. Eddy, M. McDonough, et al., “Active learning increases student performance in science, engineering, and mathematics,” Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 111, no. 23, pp. 8410–8415, 2014.
[6] T. H. Cormen, C. E. Leiserson, R. L. Rivest, and C. Stein, Introduction to Algorithms, 4th ed. Cambridge, MA, USA: MIT Press, 2022.
[7] R. Sedgewick and K. Wayne, Algorithms, 4th ed. Upper Saddle River, NJ, USA: Addison-Wesley, 2011.

Learning Objectives for “Project Management Practice”

Rationale and design notes:
- The objectives below are written as measurable, performance-oriented statements aligned to the revised Bloom’s taxonomy to support constructive alignment between intended learning, teaching strategies, and assessment (Anderson & Krathwohl, 2001; Biggs & Tang, 2011).
- Content selection is anchored in internationally recognized project management standards and bodies of knowledge to ensure relevance and transferability to practice, including PMI’s PMBOK Guide (7th ed.), ISO 21502 guidance on project management, PRINCE2 7, ISO 21508 on EVM, and ISO 31000 on risk management (PMI, 2021; International Organization for Standardization [ISO], 2018, 2020; PeopleCert, 2023).

By the end of the course, learners will be able to:
1) Differentiate major project management frameworks and governance approaches and justify their appropriate use for varying contexts, including predictive, agile, and hybrid delivery modes (Understand/Analyze; PMI, 2021; ISO, 2020; PeopleCert, 2023).

2) Construct a comprehensive project charter that articulates business justification, measurable success criteria, high-level scope, key risks, and stakeholder roles, aligned with organizational governance (Apply/Create; PMI, 2021; ISO, 2020).

3) Elicit, analyze, and prioritize stakeholder requirements; translate them into a validated scope baseline and work breakdown structure with acceptance criteria (Apply/Analyze; PMI, 2021; ISO, 2020).

4) Develop an integrated project schedule and budget using defensible estimating techniques (e.g., bottom-up, parametric, three-point), determine the critical path and float, and establish baselines for performance measurement (Apply/Analyze; PMI, 2021; ISO, 2020).

5) Design and implement a risk management approach that includes risk identification, qualitative and quantitative analysis, selection of response strategies, and maintenance of a risk register, consistent with ISO 31000 principles (Apply/Evaluate; ISO, 2018; PMI, 2021).

6) Apply earned value management to monitor cost/schedule performance (e.g., CPI, SPI, EAC), interpret variances and trends, and recommend corrective and preventive actions in status reports (Apply/Evaluate; ISO, 2018, 2020).

7) Produce an integrated project management plan that coherently aligns subsidiary plans (scope, schedule, cost, quality, resource, communications, risk, procurement, and stakeholder engagement) and defines change control and configuration management (Create/Evaluate; PMI, 2021; ISO, 2020).

8) Execute formal integrated change control by assessing impacts of change requests across scope, schedule, cost, quality, risk, and benefits, and documenting decisions and updates to baselines (Apply/Evaluate; PMI, 2021; ISO, 2020).

9) Plan and manage procurements, including make-or-buy analysis, solicitation documentation, bid evaluation, contract selection, and ethical supplier management throughout contract administration (Apply/Evaluate; PMI, 2021; ISO, 2020).

10) Design and enact a stakeholder engagement and communications plan that tailors message content, media, frequency, and feedback mechanisms to stakeholder salience and information needs (Apply/Evaluate; PMI, 2021; ISO, 2020).

11) Lead and develop project teams by allocating resources, resolving conflict, and fostering collaboration and psychological safety; evaluate leadership choices relative to team performance and project constraints (Apply/Evaluate; PMI, 2021; IPMA, 2015).

12) Plan for benefits realization and closure by defining transition criteria, validating deliverables against acceptance criteria, capturing lessons learned, and producing a closure report and knowledge artifacts for organizational learning (Apply/Create; PMI, 2021; ISO, 2020; PeopleCert, 2023).

13) Tailor processes, artifacts, and metrics to organizational maturity, regulatory constraints, sustainability goals, and project complexity and uncertainty, providing an evidence-based rationale for tailoring decisions (Analyze/Evaluate; PMI, 2021; PeopleCert, 2023).

14) Demonstrate professional and ethical conduct in decision-making, including transparency in reporting, responsible risk-taking, and consideration of social and environmental impacts aligned with contemporary governance and sustainability expectations (Evaluate/Create; PMI, 2021; PeopleCert, 2023).

References (APA 7th edition)
- Anderson, L. W., & Krathwohl, D. R. (Eds.). (2001). A taxonomy for learning, teaching, and assessing: A revision of Bloom’s Taxonomy of Educational Objectives. Longman.
- Biggs, J., & Tang, C. (2011). Teaching for quality learning at university (4th ed.). Open University Press.
- International Organization for Standardization. (2018). ISO 21508:2018: Earned value management in project and programme management. https://www.iso.org/standard/70357.html
- International Organization for Standardization. (2018). ISO 31000:2018: Risk management—Guidelines. https://www.iso.org/standard/65694.html
- International Organization for Standardization. (2020). ISO 21502:2020: Project, programme and portfolio management—Guidance on project management. https://www.iso.org/standard/75706.html
- IPMA. (2015). IPMA Individual Competence Baseline, version 4.0. International Project Management Association.
- PeopleCert. (2023). PRINCE2 7: Managing successful projects. PeopleCert Publishing.
- Project Management Institute. (2021). A guide to the Project Management Body of Knowledge (PMBOK Guide) and the Standard for Project Management (7th ed.). Project Management Institute.

以下学习目标面向小学中高年级（约四至五年级）的“分数加减”单元，遵循可测量、可观察、与评估对齐的设计原则，并依据权威课程标准与研究证据设置分层目标与成功标准。设计强调数感与表征并重、概念与技能并进、应用与论证相结合，这与实证研究关于“分数量感”和多表征教学促进运算理解的结论一致（Institute of Education Sciences, 2010；Lamon, 2012；Ni & Zhou, 2005），并与国际通行课程标准在分数加减的目标范围与表述相一致（Common Core State Standards Initiative, 2010）。

总体目标
- 学生能够在理解分数等值与大小关系的基础上，正确、有效地完成同分母与异分母（含带分数）加减运算，能用多种表征解释算法原理，在真实问题中合理应用，并具备估算与结果检验的意识。

具体学习目标与成功标准
1) 概念理解（Understand）
- 目标1.1：解释分数的多重意义（如测量、商、部分—整体）及“同一整体/同一单位”的前提，并在数轴上定位常见分数与其大小关系。
  成功标准：能用数轴或分数条说明1/2、1/3、3/4等的相对大小；能阐明“整体变化将改变分数意义”的理由。
- 目标1.2：阐明为什么需要“通分”以及等值分数的原理（分子分母同乘/同除不改变分数大小）。
  成功标准：能以图示或语言论证通分的必要性与等值性，不依赖记忆式说明。

2) 程序与技能（Procedural Fluency）
- 目标2.1：熟练进行同分母分数与带分数的加减，结果化为最简分数或带分数（视情境需要）。
  成功标准：在限定时间内完成≥10道同分母加减题，正确率≥90%，书写格式规范。
- 目标2.2：准确完成异分母分数与带分数的加减，能寻找公分母（包含但不限于最小公分母），并进行约分与必要的互化（带分数↔假分数）。
  成功标准：在包含最小公分母与非最小公分母两类策略的题组中，正确率≥85%，并能标注关键步骤（通分—同分母运算—化简）。
- 目标2.3：运用估算（如基准值1/2、1、整化策略）对结果合理性进行快速判断。
  成功标准：给出每道计算题的估算区间，并能指出与精确值的偏差来源。

3) 表征与建模（Represent/Model）
- 目标3.1：在选择与构建表征（数轴、面积模型、分数条、等分网格）方面做出恰当决策以支持解题与解释。
  成功标准：针对一道分数加减题，能给出至少两种不同表征并说明二者如何相互验证。
- 目标3.2：将文字情境转化为数学模型（方程或图示），明确“同一整体”的约束与单位一致性。
  成功标准：在包含单位转换或多步骤的应用题中，建模过程完整、单位标注清晰，正确率≥80%。

4) 应用与问题解决（Apply）
- 目标4.1：解决涉及长度、时间、配比、数据解读等真实场景的分数加减问题，能够区分“总量合并”与“差量比较”的语义。
  成功标准：在多样化情境题中选择合适的运算结构和表征，叙述解题路径，正确率≥80%。
- 目标4.2：在含有干扰信息或隐含条件的任务中，进行信息筛选并做出合理假设。
  成功标准：能明确列出已知、未知与条件，说明假设的合理性，并据此完成求解。

5) 推理与论证（Reasoning and Proof）
- 目标5.1：对分数加减的关键步骤（如通分、化简、借位）进行逻辑论证，能够检验同伴解答的正确性。
  成功标准：对至少三种常见错误给出判定依据与更正性解释（非仅给出结论），论证结构清晰。
- 目标5.2：比较不同算法或策略（最小公分母 vs. 任意公分母、先化简后运算 vs. 先运算后化简）的效率与适用范围。
  成功标准：在同一问题上，给出两种策略的步骤、计算量与适用情境对比，并形成基于证据的策略选择理由。

6) 数学交流（Communication）
- 目标6.1：使用准确的数学语言与符号（如“通分”“等值分数”“最简分数”“同一整体/单位”）清晰表达思考过程。
  成功标准：书面解答中符号使用规范、步骤标注完整；口头报告能自洽回答追问。
- 目标6.2：利用图表与例证支撑论断，避免仅凭直觉结论。
  成功标准：每个关键结论至少配套一个可视化证据或数值检验。

7) 元认知与错误监控（Metacognition）
- 目标7.1：识别并克服“整数偏见”（如把1/3+1/4误作2/7）等典型误解，形成自我检查清单（单位一致、是否通分、是否化简、估算合理性）。
  成功标准：在错例诊断任务中，能分类并解释≥3类错误的机制，并使用清单完成自纠。
- 目标7.2：在复杂任务中进行计划—监控—反思，依据结果对策略进行调整。
  成功标准：学习日志中体现对策略有效性的反思，并给出后续改进计划。

对齐说明（标准与证据基础）
- 与课程标准对齐：上述目标覆盖同分母与异分母分数（含带分数）加减、等值分数与通分、数轴表征、情境建模与问题解决等关键要求，符合CCSSM 4.NF与5.NF关于用视觉模型解释、通分与解决实际问题的规定（Common Core State Standards Initiative, 2010）。
- 证据基础：实践指南与研究指出，强调分数量感（特别是数轴表征）、多表征转换、显性教授等值与通分原理、以及对“整数偏见”等常见误解的识别与矫正，有助于提升分数运算的准确性与迁移（Institute of Education Sciences, 2010；Lamon, 2012；Ni & Zhou, 2005）。

参考文献
- Common Core State Standards Initiative. (2010). Common Core State Standards for Mathematics. Washington, DC: National Governors Association Center for Best Practices & Council of Chief State School Officers.
- Institute of Education Sciences. (2010). Developing effective fractions instruction for kindergarten through 8th grade (What Works Clearinghouse Practice Guide; R. S. Siegler et al., Panel). U.S. Department of Education.
- Lamon, S. J. (2012). Teaching fractions and ratios for understanding: Essential content knowledge and instructional strategies (3rd ed.). Routledge.
- Ni, Y., & Zhou, Y.-D. (2005). Teaching and learning fraction and rational numbers: The origins and implications of whole number bias. Educational Psychologist, 40(1), 27–52.