基于線上線下融合的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)模式探究

王濤春　陳付龍　俞慶英　孫麗萍　郭良敏　左開中

關(guān)鍵詞：驗證性實驗；綜合性實驗；線上線下融合；考核方案

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）14-0137-03

1 引言

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計算機(jī)類相關(guān)專業(yè)重要的基礎(chǔ)課程。要求學(xué)生在掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本知識的基礎(chǔ)上，能為實際問題選擇合適的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的算法[1]，并編程實現(xiàn)。實驗教學(xué)是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)的重要組成部分，能夠進(jìn)一步加深學(xué)生對理論知識的理解，實驗教學(xué)與理論教學(xué)相輔相成。此外，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗不僅是對前導(dǎo)程序設(shè)計課程的鞏固和加強，也是后續(xù)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等課程的重要基礎(chǔ)。因此，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)對計算機(jī)類相關(guān)專業(yè)學(xué)生非常重要[2]，需要探究實驗課程的教學(xué)效果，提高學(xué)生實踐能力[3]。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程具有知識點多和抽象性高等特點，且教材普遍采用偽代碼描述算法，編程能力相對較弱學(xué)生完成實驗相對困難，造成實驗作業(yè)存在抄襲現(xiàn)象[4]。為了保證數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)效果，本文提出了基于線上線下融合的實驗教學(xué)模式，根據(jù)理論課程內(nèi)容，教師設(shè)計與理論教學(xué)同步的實驗內(nèi)容，并利用在線評測系統(tǒng)通過線上方式發(fā)布給學(xué)生，學(xué)生在線完成實驗試題。學(xué)生通過實驗作業(yè)鞏固并加強所學(xué)的理論知識，并了解自身存在的短板，教師根據(jù)學(xué)生的完成情況動態(tài)調(diào)整實驗內(nèi)容和進(jìn)度。同時，教師通過線下方式發(fā)布與綜合性實驗以鍛煉學(xué)生運用所學(xué)知識解決現(xiàn)實復(fù)雜的工程問題。在此基礎(chǔ)上，對每個環(huán)節(jié)設(shè)置對應(yīng)的考核方案，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

2 實驗教學(xué)存在的問題

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程知識面廣、理論性強和難點多等特點[5]使得部分學(xué)生將主要精力放在理論知識學(xué)習(xí)上，對于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗的興趣和積極性不足，且普遍存在目標(biāo)不明確，實驗內(nèi)容單一固定，考核方案不夠合理等問題，具體表現(xiàn)如下：

1）目標(biāo)不明確。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗是在程序設(shè)計課程的基礎(chǔ)上對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論知識的驗證和鞏固，以及提高運用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識解決實際復(fù)雜工程問題的能力，并為操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫等后續(xù)課程打下堅實的基礎(chǔ)。然而，很多任課教師主要關(guān)注數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)本身知識點，即根據(jù)理論課程內(nèi)容設(shè)計相應(yīng)的驗證性實驗內(nèi)容，對提高學(xué)生運用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識解決復(fù)雜工程問題能力不夠重視，為后續(xù)數(shù)據(jù)庫等課程項目類實驗支撐力度有待進(jìn)一步提高。

2）實驗內(nèi)容單一固定。高校擴(kuò)招使得大多數(shù)教學(xué)班人數(shù)超過60人，由于采用人工方式檢查費時費力，使得教師很難實時掌握全班學(xué)生實驗總體完成情況，教師只能根據(jù)歷史經(jīng)驗設(shè)計實驗內(nèi)容，不能根據(jù)班級學(xué)生實驗情況動態(tài)調(diào)整實驗內(nèi)容，實驗內(nèi)容單一固定。此外，學(xué)生之間理論知識掌握和實驗?zāi)芰Σ町愝^大，造成部分學(xué)生感覺實驗題目難度和數(shù)量偏少，而另一部分同學(xué)不能按時完成教師發(fā)布的實驗作業(yè)，實驗內(nèi)容沒能充分考慮學(xué)生的差異性。

3）實驗教學(xué)效果不理想。通常數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗課程以某種語言為基礎(chǔ)，按理論知識講解并布置相應(yīng)的驗證性實驗作業(yè)。學(xué)生根據(jù)教師講解基本能夠完成的驗證性實驗，但運用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的邏輯結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)和操作等理論知識解決現(xiàn)實復(fù)雜工程問題的能力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。同時，學(xué)生的表達(dá)、文檔撰寫和協(xié)作等能力培養(yǎng)也有待加強，實驗教學(xué)效果需要進(jìn)一步提高。

4）考核方案不夠合理。由于現(xiàn)有實驗內(nèi)容主要為驗證性實驗且存在抄襲情況，學(xué)生的考核結(jié)果普遍較好，不能正確反映學(xué)生實際能力和工作量，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。同時，由于班級人數(shù)較多，部分教師完成依靠在線評測系統(tǒng)給學(xué)生評分，學(xué)生的源代碼的撰寫質(zhì)量和表達(dá)能力等沒有體現(xiàn)在考核方案中，考核方案不夠合理，考核方案需要體現(xiàn)學(xué)生綜合實驗?zāi)芰Α?/p>

基于上述存在的問題，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗課程包括2 個環(huán)節(jié)：線上驗證性實驗環(huán)節(jié)和線下綜合性實驗環(huán)節(jié)。① 為了進(jìn)一步鞏固學(xué)生理論知識，給出與理論課程內(nèi)容同步的驗證性實驗。同時，教師利用在線評測系統(tǒng)具有的實時驗證和統(tǒng)計等功能實時掌握班級學(xué)生實驗完成情況并以此動態(tài)調(diào)整實驗內(nèi)容。此外，將驗證性實驗分為必做部分和選做部分，從而滿足不能層次學(xué)生的學(xué)習(xí)要求。② 為了提高學(xué)生運用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識解決復(fù)雜工程問題能力以及培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力，教師發(fā)布基于現(xiàn)實問題的綜合性實驗作業(yè)，學(xué)生在完成源代碼的同時，需要撰寫實驗報告并進(jìn)行一對一講解，以此來培養(yǎng)和提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)。在上述2個實驗環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上設(shè)置合理的考核方案，調(diào)動學(xué)生的積極性，提升數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗的教學(xué)效果。

3 實驗教學(xué)

結(jié)合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗課程目標(biāo)，設(shè)計了分層的實驗教學(xué)內(nèi)容，如下圖所示，主要包括：① 驗證性實驗，鞏固理論知識的學(xué)習(xí)和能力的提高，通過線上形式發(fā)布，并利用在線評測系統(tǒng)經(jīng)常評分；② 綜合性實驗，培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)知識解決實際問題的能力和思維創(chuàng)新能力，通過線下方式發(fā)布，并通過檢查源代碼、實驗報告和一對一講解及問答等進(jìn)行評分。

3.1 線上實驗內(nèi)容

基于在線評測系統(tǒng)的實驗內(nèi)容與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論教學(xué)內(nèi)容基本同步，學(xué)生通過在線評測系統(tǒng)實現(xiàn)并驗證所學(xué)理論知識，并以此鞏固和加強理論知識的掌握，理論聯(lián)系實際，通過實驗內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時，實驗內(nèi)容設(shè)計要兼顧不同層次的學(xué)生，設(shè)計不同難度和數(shù)量的實驗題以滿足不同水平學(xué)生的需求。以學(xué)生為中心，將實驗內(nèi)容分為必做部分和選做部分，具體如下表所示：

3.2 線下實驗內(nèi)容

在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)過程中，為了更好地培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用理論知識解決復(fù)雜的工程問題的能力，授課教師根據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)類型凝練幾組復(fù)雜的實驗內(nèi)容并發(fā)布。同時，為了同時培養(yǎng)學(xué)生的文檔撰寫能力，學(xué)生在完成相關(guān)問題代碼開發(fā)的基礎(chǔ)上完成實驗報告等相關(guān)文檔的撰寫。綜合性實驗內(nèi)容如表3所示。

此外，綜合實驗要求每位學(xué)生對完成的源代碼和相關(guān)文檔進(jìn)行講解，且設(shè)置了問答環(huán)節(jié)，不僅培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)能力，還使得教師更直觀準(zhǔn)確了解每位同學(xué)的學(xué)習(xí)情況，同時該環(huán)節(jié)能大大降低學(xué)生的抄襲現(xiàn)象。

4 考核方案

合理的考核方案是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)重要的組成部分，也是調(diào)動學(xué)生積極主動完成實驗操作的關(guān)鍵因素。除了考勤等常規(guī)考核以外，還包括線上驗證性實驗環(huán)節(jié)考核和線下綜合性實驗環(huán)節(jié)。

1）驗證性實驗環(huán)節(jié)

教師在完成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論內(nèi)容教學(xué)之后通過線上發(fā)布同步的驗證性實驗為主的題目，由于不同學(xué)生的理論內(nèi)容掌握情況不同，且實驗?zāi)芰Σ罹噍^大，如果教師發(fā)布固定的實驗作業(yè)，可能出現(xiàn)下面情況：學(xué)習(xí)成績好的同學(xué)感覺題目數(shù)量和難度不夠，達(dá)不到進(jìn)一步提升的效果；學(xué)習(xí)成績相對落后的同學(xué)很難在規(guī)定的時間內(nèi)完成實驗作業(yè)，甚至出現(xiàn)抄襲情況。同時，人工批改實驗作業(yè)很難及時發(fā)現(xiàn)上述情況并，也就不能及時調(diào)整實驗內(nèi)容，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，不能完全達(dá)到實驗教學(xué)的目的。針對上述情況，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗課程的驗證性實驗環(huán)節(jié)通過線上的方式發(fā)布給學(xué)生，利用在線評測系統(tǒng)的實時評測和統(tǒng)計功能讓教師能夠?qū)崟r掌握學(xué)生的完成情況，同時，教師發(fā)布的實驗作業(yè)包括必做部分和選做部分來滿足不同學(xué)習(xí)情況的同學(xué)。此外，利用在線評測系統(tǒng)的查重功能以及提交時間、代碼長度等相關(guān)信息能夠部分解決學(xué)生作業(yè)抄襲情況。每次實驗作業(yè)評分包括完成度（70%）+完成時間（15%）+其他（15%），再通過加權(quán)平均得到該環(huán)節(jié)的得分。

2）綜合性實驗環(huán)節(jié)

綜合性實驗主要考查學(xué)生運用所學(xué)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論知識解決復(fù)雜的工程問題的能力，包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的邏輯結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)和相關(guān)操作，并對解決方案進(jìn)行時空性能的分析。為了保證綜合實驗成績的公平性，以及進(jìn)一步提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力等。綜合性實驗環(huán)節(jié)，學(xué)生在提交源代碼和實驗報告等文檔的基礎(chǔ)上，每位學(xué)生還需要進(jìn)行源代碼解釋和功能展示，在此過程中，教師隨機(jī)提問，學(xué)生給予解答。最終，教師分別給每個部分進(jìn)行打分，再按比例計算出每位同學(xué)的綜合實驗環(huán)節(jié)得分，具體為實驗報告（25%）+源代碼質(zhì)量（15%）+講解及問題回答（30%）+功能實現(xiàn)及性能（30%），教師再通過加權(quán)平均得到該環(huán)節(jié)的得分。

3）課程綜合考核

驗證性實驗和綜合性實驗的考核模式的目標(biāo)能夠兼顧到各個層次的學(xué)生，鞏固數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論知識，提升解決復(fù)雜問題的實踐能力，以及語言表達(dá)、文檔撰寫和自主學(xué)習(xí)等綜合能力。教師對每個環(huán)節(jié)進(jìn)行多次評價，最終給出綜合考核成績，具體為平時表現(xiàn)（10%）+驗證性實驗環(huán)節(jié)（50%）+綜合性實驗環(huán)節(jié)（45%）。

5 結(jié)束語

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程是計算機(jī)類專業(yè)核心課程，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的必要環(huán)節(jié)，是近年來計算機(jī)類教育教學(xué)關(guān)注的重點。為了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗滿足各個層次學(xué)生的實驗需求，通過線上驗證性實驗和線下綜合性實驗相結(jié)合的教學(xué)和考核模式是對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)改革的一次有意義的嘗試。線上驗證性實驗必做部分和選做部分能夠滿足不同層次的學(xué)生的基本知識鞏固需求，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。同時，OJ的自動評分使得教師能夠及時掌握每道題的學(xué)生完成情況，并根據(jù)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的針對性調(diào)整。線下綜合實驗?zāi)軌蚺囵B(yǎng)學(xué)生運用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論知識解決實際復(fù)雜工程問題的能力，為后續(xù)課程打下堅實基礎(chǔ)。