AI背景下數據結構課程教學痛點分析與對策

王夢菊 李 儉 郭川軍

（哈爾濱金融學院 黑龍江哈爾濱 150000）

21世紀以來，隨著AI技術的發展，高等教育面對新型教學場景、教學對象的較強個性化需求、多學科知識融合和計算思維的推廣普及等新的變化，高校教師亟需改變傳統教學模式、創新教學方法以應對復雜多變的教育教學環境和專業能力的新要求。現代高等教育課堂教學變革的重要一環是針對現存問題中的痛點，找到適合現代大學生發展的教學良方。數據結構課程是計算機專業的一門專業基礎課程，也是計算機課程體系中的核心課程之一。該課程所介紹的數據的各種邏輯結構、存儲結構及相關的算法既是程序設計的基礎（特別是非數值程序設計的基礎），又是設計和實現系統軟件及大型應用軟件的重要基礎。學好數據結構是提高編程能力、更好地理解其他計算機類課程知識進而提升計算機類專業能力的重要因素。因此，查找教學痛點并找到解決對策對數據結構課程教學創新有重要意義。

一、Al背景下數據結構課程教學痛點分析

（一）數據結構內容豐富、知識體系龐大，學后忘前

數據結構課程的教學要求是學會分析研究計算機加工的數據對象的特征。在面對一個非數值的應用問題時，引導學生根據對軟件進行評價的基本標準，選擇最佳的邏輯結構、存儲結構和相應的算法。從而使學生逐步掌握編寫執行速度快、占用空間少、可靠性高、可讀性好的程序設計方法和技巧。這就要求學生熟知數據結構的基本概念，熟悉各種邏輯結構和存儲結構的特點，并且熟練運用各種基本算法。但數據結構的內容十分豐富，概念繁多且易混淆，算法較先行課程“程序語言設計”相對更加復雜。初學者往往感到知識點體系混亂、學后忘前，難以建立清晰的全局視野。

（二）數據結構算法繁多、過程復雜、極易混淆，自學困難

數據結構中涉及三種邏輯結構，進一步細分為線性表、棧、隊列、串、數組、廣義表、樹、二叉樹、圖；四種存儲結構為順序、鏈式、索引和散列。同一種邏輯結構可以采用不同的存儲結構，不同的邏輯結構也可以采用同一種存儲結構，但這不只是簡單的排列組合，根據某種邏輯結構特點采用的存儲結構實現大不相同。比如：循環鏈表、二叉鏈表都是鏈式存儲，但結構大不相同。這使得數據結構中的算法更加復雜繁多，同時多種算法在名稱、過程上極易混淆。以上因素使得該課程課后復習或自學相對困難。

（三）“學此何用？”

數據結構內容理論性強，對于學習計算機專業不久的學生而言，較難體會課程的應用價值，常常質疑“學這個有什么用？”。對此疑問的回答、指出學以致用的方向，有助于提高學生學習動力。尤其在面對復雜艱澀的知識時，更需要持續的意志力，解決此問題就變得更加迫切。

（四）手機分散課堂注意力

隨著個人電子產品的普及和APP功能的豐富，廣闊學習平臺和海量學習資源為學生學習帶來了便捷，但是學生對手機的過分依賴和不合理利用也成為了影響學習的不利因素。課堂上看手機成為降低抬頭率的主要因素。在尊重學生的前提下，如何將學生的注意力拉回課堂，如何利用手機功能為教學助力、化弊為利，成為關系到教學質量亟待解決的問題。

（五）學習持續力差

任何知識的學習都需要專注和持續的意志，特別是對于數據結構這樣內容豐富的課程，但學習的持續力卻一直是大多數學生所欠缺的。而且由于受到各種電子設備的影響，筆記碎片化、短時效注意力現象越來越嚴重，學生的持續學習能力也表現出弱化趨勢。

（六）忽視課堂筆記

大多數學生沒有意識到做課堂筆記的重要性和實用性，有的學生甚至根本不做筆記，這與個人電子設備的普及有著很大關系。手機拍照代替手寫記錄，但零散的照片很難作為課后復習的資料。PPT課件是教師的教案展現，不能替代學生在課堂學習梳理后的筆記。課堂筆記不僅僅是對教師課堂教學的簡單記錄，而是學生對講授知識進行理解分析后的整理，成為被咀嚼過的個性化知識體系，這對于學習的深入和鞏固至關重要。

二、Al背景下數據結構課程教學痛點對策

對于上述痛點，分別采用如下對策。

（一）采用“對分課堂”，實現“知識內化”

復旦大學心理學教授張學新提出的“對分課堂”教學模式，于2014年在復旦大學本科課程上初試成功。至今，已在全國高校廣泛實踐，獲得高度認可。該模式通過把課堂時間一分為二，一半留給教師講授，一半留給學生進行討論。在講授和討論之間引入內化環節，使學生對講授內容進行吸收之后進行討論，通過對講授與討論的有機整合，實現“教法”與“學法”的對立統一。因此，“對分課堂”教學模式的實質和目的是“知識內化”[1]。

分析“數據結構”中各類知識點的特征，結合教學實踐，采用“對分課堂”的理念，進行如下教學設計。

對于概念，運用對分課堂和翻轉課堂的理念，使學生識記于腦、內化于心、運用自如。初識概念，采用教材定義；記憶、運用后，在本節或本章末，請學生用通俗的語言向非專業的學生或低年級的學生介紹此概念，教師點評。即完成四大環節：“講授（教師）-內化（學生）-運用（學生）-介紹（學生）-點評（教師）”，實現“對分課堂”。

對于算法，采用“講授（教師）-作業/練習（學生）-分組討論（學生）-共性問題解答（教師）”實現對分課堂。除“講授”外，其他三個環節可采用雨課堂、智慧樹等線上平臺，依據不同章節的教學需求，安排在課上或課后進行。方便對學生答案進行統計，針對共性問題，教師解答。節省教學時間、促進師生互動、提高教學效果。

（二）線上模塊化視頻題集，實現“以學為中心”

算法的求解是一個動態過程，傳統紙質教材的求解過程圖示無法呈現動態過程的所有細節，具有很大的局限性。針對每個算法，錄制一個求解過程的微視頻。短小簡潔，在釘釘、微信等即時通信平臺即可發布，形成模塊化，作為線上教學資源。學生可根據自身的學習需求，隨時隨地通過線上教學視頻學習某個算法；通過暫停、快進，調整視頻速度，與學生的接受能力相匹配，促進自主學習。

（三）“問題導向”明確學習方向、“創設情境”激發學習興趣

以“問題導向”設計教學流程：“應用問題舉例（教師）-討論解決辦法（學生）-歸納原理/學習理論（教師/學生）-探索其他應用（學生）”。使學生在實際應用價值的牽引下，學習理論知識，為后面的深入學習明確方向。

課程中創設“城市規劃”等情景和名人故事，使學生身臨其境，培養學生發現問題、解決問題的能力。

（四）將手機轉化為學習工具，化弊為利

學生使用手機登錄“雨課堂”，線上回答問題，實現課堂師生互動。與傳統的課上提問相比，有如下優勢：在短時間內，全體學生都能參與，既節省課堂教學時間又能全員參與師生互動；能夠實時統計，方便教師及時掌握學情，采取對策。

學生使用手機在智慧教室投屏，進行小組間討論。數據結構的綜合題，大多需要畫圖解決，且大多答案不唯一，由學生自主地將各小組討論結果手機投屏，方便學生展示討論成果，提高學習熱情。

（五）構建線上學習共同體，促進學習持續性

大學學習更多地需要學生自主學習，在互聯網等信息技術迅速發展的背景下，教與學的時空限制得以突破，學生獲取知識的渠道更具多樣性和靈活性，線上學習成為高校學生的重要學習方式[2]。

但大多數學生在線上自主學習時的學習持續性較弱。人類是社群動物，需要在人與人之間的互動溝通中構建起對自己的認知，理解自己的價值。學習領域的研究表明，學習環境以及學生間互動和師生間互動，是幫助學生塑造人格，并且建立社會屬性的重要元素，對促進學習的持續性大有幫助。

借助QQ、微信、釘釘等線上平臺構建學習社區，可以更好地為學生提供互聯網平臺上良好的學習交互服務，激發其自我效能感，促進交互行為的產生與轉化。在虛擬空間中布置作業、答疑、點評，與學生進行實時溝通，構建“師生討論”和“生生討論”的學習共同體。同時分析互聯網學習環境下學生社會交互行為的影響因素及其內在效應關系，從提高激發學生交互內在動力的角度出發，考慮交互意愿、教師支持、學習支持、感知有用性、感知易用性、自我效能感等因素，設計適當的移動學習交互活動。同時，構建以學生為中心的移動學習交互服務，提升學習交互服務質量，促進移動學習環境下學生學習交互行為的形成與發展，從而提高學習持續性。

（六）加強過程評價，重視課堂筆記

課堂筆記即是學生進行復習時的記憶工具，也是對教師課堂教學的認識和提煉，亦是對學生課堂學習思路的整理。條理清晰的筆記需要對課堂知識的梳理總結，有助于鞏固所學知識點，更利于對聽課時的疑惑和靈感進行記錄，以便課后解決。因此，在評價體系上加入課堂筆記的評價，月末學生互評，期中期末教師評閱，取平均值作為課程總成績的10%，評選優秀筆記進行展示，組織學生進行筆記記錄心得交流，有效督促學生記錄課堂筆記。

三、結束語

任何形式的教學都離不開設計精良的教案。而“知識組織清晰、重點突出”是好教案的重要特點。為此，本課程教案圍繞“全局概述—三大數據結構—兩大算法”這條主線展開設計，力求知識體系清晰完整；通過對各章中的重點、難點及總結性知識點進行提煉，使學生易于抓住重點，便于學習。講授中，參照知識模塊的獨立性和相關性設計教學案例和應用問題，促進學生對現行課程知識點的反思，并為后續課程知識的理解打基礎，從而有利于專業知識全局視野的建立。