基于SPOC的《數據結構》“三階式”混合教學模式初探

梁長梅，劉艷紅，馬志剛，徐苗

（山西農業大學 信息科學與工程學院，山西 太谷）

《教育信息化十年發展規劃（2011-2020）》中明確提出：“高等教育信息化是促進高等教育改革創新和提高教育質量的有效途徑”[1]。建立基于信息技術與教育融合基礎上的新型信息化教育環境成為高等教育教學質量提升的重要手段。因而，小規模限制性在線課程（Small Private Online Course，簡稱SPOC）作為一種與時俱進的教學模式而產生。

SPOC由美國加州大學伯克利分校阿曼·福克斯教授于2013年提出[2]，針對MOOC（Massive Open Online Course）運行中存在的低完成率和高輟學率以及導師少[3]等問題導致的教學模式單一、個性化學習難以實現、評估及認證方式不明確、人文主義和情感價值觀培養缺失等[2]缺點，是一種利用MOOC資源開展的、面向小群體進行課堂教學與在線教學的混合教學模式[4]。自2014年中國大學MOOC平臺增設“SPOC專區”以來，已有百余所高校參與了SPOC課程建設，開設了300余門SPOC課程[5]。

目前，基于SPOC的混合教學模式已成為教育領域關注的熱點問題[2]。趙蕓和徐興[5]提出了基于翻轉課堂和OBE（Outcome Based Education）的《算法與數據結構》教學新模式；肖瑤星和黃鵬[3]基于超星慕課平臺試行“SPOC+對分課堂”教學模式；楊劍[3]針對《C語言程序設計》采用“MOOC+SPOC”，構建了混合教學評價指標體系，提升了課堂教學效果[4]、學生的學習主動性[6]，取得了良好的效果。但本質上，SPOC是針對小規模、特定人群，融合在線學習與傳統課堂的新的混合教學模式[2]。因而，學生的知識背景，特別是不同專業因培養目標不同而導致課程設置不同所引發的學生基礎知識的差異，必然會直接影響教學效果。但就所知，有關農林院校計算機類專業相關課程基于SPOC的教學模式尚未見報道。線上線下（Online to Offline，O2O）混合，是一種商業運營模式，有效地實現了產品和服務的無線對接，優化了用戶體驗，提高了經營效率和收益。如今，在教學中運用商業中的O2O模式，結合線上、線下教學模式，成為當前教學改革的方向[7-8]。

響應教育部“停課不停教，停課不停學”的號召，農林類院校積極組織教師自建網絡課程、開展線上線下混合教學。《數據結構》課程教學團隊在自建網絡課程教學資源的基礎上，以應用型人才培養理念為導向，以金課建設的“兩性一度”為契機，基于過程性評價方式的視角，借助“超星慕課+SPOC”混合教學模式，踐行教師、學生雙主體教學理念，體現“以學生為中心，能力培養為目的”，構建了適合農林類院校計算機專業相關課程的“三階式”（低階-中階-高階）線上線下混合教學模式。

一 《數據結構》的課程性質與任務

《數據結構》是計算機科學與技術專業本科生的專業基礎必修課程之一，是計算機程序設計的重要理論基礎[9]。在本校計算機科學與技術專業人才培養方案中，該課程在第三學期開設，學分3.5，總學時為56（課堂教學48學時+實驗教學8學時）。

《數據結構》課程知識點繁多且復雜，邏輯性強且抽象[7]，內容前后銜接密切，算法閱讀與編程難度大，學生在短時間內很難將所學到的知識運用自如。由于學生編程能力差，不能獨立解決問題，導致其學習壓力較大，教學效果較差。此外，學生個體學習能力、基礎知識及編程水平的參差不齊，教學中因材施教的難以實施，也是導致教學效果較差的原因。

二 混合教學的設計與實施

線上線下混合教學模式是在“互聯網+”時代產生的教學模式[10]，已成為高等教育教學的新常態。該教學模式以線上課程資源為依托，基于某種智慧教學平臺，充分利用線上資源和信息化技術手段，將網絡課程教學（線上）與傳統課堂教學（線下）相結合，“線下授課為主，線上授課為輔”，彰顯教師的主導地位和學生的主體地位，激發學生自主、碎片化學習，提升課程教學效果和人才培養質量。

課程教學團隊為了更好地開展“三階式”混合教學模式，首先結合農林院校計算機科學與技術專業學生特點，對現有教學資源進行了收集和重組；其次，基于OBE教育理念，根據教學大綱對教學內容進行模塊化重構，形成了“三階式”模塊；最后，優化了課程考核方式，形成了線上與線下并行、定性與定量結合的考核辦法。課程“三階式”混合教學模式如圖1所示。

圖1 數據結構“三階式”混合教學模式

1.課程資源重組與優化。教學團隊根據農林類院校學生特點，收集整理了網絡相關優質教學資源，并對課程重點和難點錄制了微視頻，依托教學大綱構建了課程章節結構；為了有效地控制學習進程，在章節中設置了任務點，形成了基于超星慕課的課程網絡平臺（圖2）。該課程共錄播視頻185個，視頻總時長2348分鐘；發布測驗和作業的習題503道，組建試題庫（61道）；上傳課程大綱、考核辦法等非視頻資源39個，發布課程公告191次。

圖2 《數據結構》網絡課程建設情況

2.教學設計。根據布魯姆認知理論，結合歷年學生反饋情況，將各章節的教學內容劃分為低階、中階和高階三段，分別與學習層次中的記憶和理解、應用和分析、評價和創造相對應（圖1），便于開展模塊化教學，進而更好地實施混合教學模式。其中，低階層次的教學內容主要是概念類、記憶類、結構性知識（點），上傳至超星慕課平臺，采用任務點的形式由學生在課前自主完成；中階層次的教學內容放在課中進行，由學生和教師共同完成；高階層次的教學內容放在課后，由學生自主完成，并進行反饋。如第六章“樹”中，關于“二叉樹的概念、形態、性質與應用”這個知識點，其中，二叉樹的概念、基本形態和性質1-3需要學生理解和記憶，屬于低價層次的教學內容；二叉樹的性質4-5屬于中階層次的教學內容，需要學生在理解的基礎上開展思考；二叉樹的應用需要學生綜合利用二叉樹性質進行求解，屬于高階的教學內容。

（1）課前。教師將該知識點相關視頻和資料上傳至超星慕課平臺，設置成任務點（6.2.1）（圖3），并采用課程公告形式通知學生自主完成視頻學習。教師根據學生反饋情況或在線答疑，或發起在線討論，及時完成在線測驗。在此過程中，學生可以利用碎片化時間充分學習，且學習自由度較高，既能保證每個學生按要求進行知識的儲備，帶著充足的先決知識走進“教室”，又能充分激發學生學習的主動性和能動性。同時，也可節省課堂上教師的講授時間，為課堂翻轉奠定了基礎。

圖3 課前（線上）學習流程

（2）課中。為了更好地激發學生主動學習，線下課堂教學內容應以問題解決、探究及知識的個性化意義建構、文化體驗與情感培養等為主[2]，實現個性化學習。在教學方法上，可采用案例式、任務式、探究式、啟發式等，以學生展示為主，教師僅做課堂的組織者，培養學生獨立思考和解決實際問題能力。首先，教師利用5分鐘對課前（線上）學習進行回憶和小結（圖4），對學生產生刺激性回憶，并根據測驗結果對存在的共性問題進行重點講授，以便學生更好地理解和掌握。其次，教師提出新的問題，并組織學生以課前分好的小組進行思考、討論10~15分鐘（圖4），促進知識的內化理解。同時，教師走下講臺，參與到各個小組的討論中，根據學生學習需求提供針對性、個性化的指導，積極引導師生、生生之間交互活動，但不做出任何提示和評價，實現個性化學習。隨后，利用20~30分鐘時間，讓各小組分別選出一名代表展示他們組的結果。期間，其他組可進行質疑，促進學生總結、反思，培養學生團隊協作精神以及批判性思維和創新性思維。全部小組展示結束后，教師對各小組的展示進行評價，歸納與總結，并將評價結果計入過程性考核中。最后，教師結合動畫演示幫助學生更好地理解遍歷遞歸算法，并進行課程小結，布置課后學生要準備和思考的課題（圖4）。

圖4 課中（線下）學習流程

（3）課后。為了鞏固所學知識，將高階（評價、創造）的知識點放到課后完成。學生首先應完成學習平臺上的章節作業（圖5），遇到遺忘或不清楚的知識還可回看相關視頻進行復習，也可以發消息請教老師或求助同學。同時，要求學生學完一章之后，將所學知識點以思維導圖的方式呈現并以作業的形式（圖6）線上提交，確保學生對知識的理解、掌握，提高歸納、總結能力。為了激發學生的學習主動性，章節作業和思維導圖均記入過程性考核中。

圖5 章節作業

圖6 思維導圖

三 課程考核的調整與優化

傳統線下教學《數據結構》的考核由兩部分組成，即實驗成績（30%）和期末考試成績（70%），僅對學生的最終學習效果進行考核，忽視了學生學習態度和學習過程的考核[4]。為了全面、科學地進行評價，特別是對學習過程進行考核，將課程考核分成期末成績（60%）和平時成績（40%）兩部分。其中，平時成績構成如表1所示。

表1 《數據結構》平時成績構成

通過對考核辦法的調整，增大了過程性考核比例，重點考核學生的學習過程、實踐環節以及其工程應用能力，實現了對知識與技能的學習全過程考核，形成了線上線下并行、定量與定性相結合的多維度、多元化考核方式，與CDIO提倡的“過程性評價”相吻合[9]。

四 “三階式”混合教學模式效果分析

選取計算機科學與技術專業18級學生采用傳統線下教學模式，選取19級、20級學生采用“三階式”混合教學模式，完成了2期實踐教學探索。《數據結構》成績統計如圖7所示。無論是傳統線下教學，還是混合教學，學生的成績呈正態分布。但不同的是，2018級學生的平均分為73.9，2019級平均分為78.4，2020級平均分為80.6分，且2019級和2020級學生最高分和最低分均高于2018級學生。這表明，采用“三階式”混合教學模式后，學生適應度較高，學習興趣、信心、主動性、能力均有明顯的提升，成績明顯提高。

圖7 《數據結構》成績統計

五 結語

經過本校2019級、2020級計算機科學與技術專業學生實踐，《數據結構》課程“三階式”線上線下混合教學模式，豐富的線上課程資源極大地拓展了學生的視野，激發了學生學習興趣，有利于學生碎片化學習；雖然學生的課業負擔增加，但其課堂參與度提高，知識獲得感明顯增強；同時，由于課程的全部教學活動在課程考核中均量化體現，極大地激發了學生主動學習，有利于培養學生獨立分析和解決問題的能力，因而教學效果明顯提高。“三階式”混合教學模式使任課教師感到備課工作量大，特別是翻轉內容、教學方法、教學手段的選擇，都需要精心設計、巧妙構思。今后，團隊將繼續完善《數據結構》課程線上資源、優化教學設計、改進評價體系，深化課程改革，進一步提高教學效果和人才培養質量。