基于ARCS模型+線上線下混合的“數據結構”課程教學模式研究

鄔志紅 段喜龍

摘要 為促進新工科建設，落實教學改革“最后一公里”，文章對數據結構課程進行教學內容、方法和考核全方位的改革與實踐探究，采用OBE教學理念，結合ARCS動機激勵模型對學生持續激勵，學生獲得自我認可和學習動力，三階段的線上線下混合教學模式，學習延展至課堂外，構建以學生為中心的教學過程。將行業發展和課程相關新知識、技術融入教學內容，適當提高課程挑戰度，以能力培養為主線，增強產業融合，促進學生對理論知識的理解和實際運用，達到培養符合社會需求、能解決計算機類復雜工程問題創新人才的教學目標。

關鍵詞 新工科；數據結構；ARCS；混合教學模式

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.11.026

教育部為促進新工科建設，先后形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”，從《關于開展新工科研究與實踐的通知》到《關于推薦新工科研究與實踐項目的通知》，我們看到高等教育新的中國模式和教育強國建設的新方向。數據結構課程是計算機類專業的核心專業基礎課，主要研究非數值計算問題，培養學生數據抽象的能力和進行復雜程序設計的能力。傳統以教師為中心的講授式教學模式偏重于促進學生掌握基礎理論知識，為適應新工科建設，教師應注重培養學生分析和解決問題的能力，探索以學生為中心的新教學模式。本文以提高數據結構課程學習效果為目標，借助OBE教學理念，ARCS動機激勵機制，針對數據結構課程實施教學改革，使學生獨立解決實際應用問題，完成持續性深度學習，優化教學。

路紅等人基于OBE理念對數據結構教學改革進行研究[1]，制訂面向“學習產出”的教學目標，明確教學內容與教學目標的關系；徐志敏對新工科背景下的數據結構教學進行研究[2]；王巍[3]、李杰中[4]嘗試對其課程進行改革探索，解決學生學習動力不足的問題；祖冰疇等人將ARCS動機模型引入翻轉課堂，結合深度學習，激發學生的學習積極性[5]；本文結合李逢慶的混合式教學理論[6]和工程教育專業認證的要求，對“數據結構”課程進行ARCS模型+線上線下混合式教學模式研究。

1數據結構教學現狀分析

根據新工科建設和OBE教學理念，通過數據結構課程的學習，學生可以掌握算法設計與分析的基本理論知識，同時，強調理論和實踐的統一，突出動手能力，在實際工程問題中靈活應用數據結構的能力。培養具有拓展學習意識，具備面向未來工作所需的計算思維、團隊協作及創新思維能力。

數據結構課程教學設計尚存的問題如下：①“以教師為中心”課程知識內化效率低，導致學生對知識理解不深入，應用所學知識解決實際問題等高階能力不足；②教學內容陳舊，與學科前沿知識與行業應用脫節，使課程時代性、前沿性與應用性不足，學生無法獲得專業成就感；③試卷考試為主的傳統考核方式，教師難以及時、準確地獲取學情，不利于探究式、個性化教學的精準實施。

2基于ARCS模型+線上線下混合的“數據結構”課程教學模式

興趣是最好的老師，圍繞激發學生學習興趣和潛能深化教學改革，充分調動學生的主觀能動性，提升知識內化率。轉換教師教育教學理念，營造“以學生為中心”的教學理念，關注學生的學習，變“老師讓我學”為“我要學，我想學”。

2.1 ARCS模型，持續激勵

由于數據結構較強的理論性和技術性特征，部分學生對知識點掌握不牢，喪失信心，就會無法維持學習動機，影響甚至放棄。約翰.M.科勒提出包含注意（Attention）、相關（Relevance）、自信（Confidence）、滿意（Satisfaction）四個要素的ARCS動機模型，該模型能激發維持學習者的學習動機，已有學者通過實踐研究證明了ARCS模型的有效性。結合ARCS模型和數據結構課程特征制訂了如表1所示的教學過程設計，持續激勵學習動機貫穿課程始終。

2.2三階段的線上線下混合教學模式

學習不僅局限于課堂，而延伸到課前和課后。現代信息技術為教學提供了豐富的教學資源，據2022年世界慕課與在線教育大會公布的數據，中國慕課數量已經達到6.19萬門。優質資源開放共享，學生隨時隨地想學就學，遇到知識難點隨時可以溫習、請教。

以學生為中心的教學過程劃分為課前、課堂和課后三個部分。課前學生根據教師布置的學習內容，通過中國大學生慕課等教學資源，自主學習，完成自我測試。課堂上，教師可針對自學測試中反映出來的問題、重點、難點進行講解，采用案例任務驅動，學生進行分組討論、學生講解、生問生答和生生互評等多種形式，讓學生成為課堂主體，積極參與。課后，教師通過PTA布置作業，學生提交作業，系統反饋、再提交，不斷完善知識點，并獲得滿足感。課程的混合式教學模式改革示意圖如圖1所示。

2.3增強學科融合，產業引導

根據教育家布魯姆認知領域的層次劃分：知道、領會、應用、分析、綜合和評價，我們也希望通過課程學習，不僅能讓學生知道、領會和應用數據結構基礎知識，更應達成分析、綜合和評價的高階目標，引導學生探索未知，增強學習能力。課程從教學內容上進行改革和探索，融入行業發展與課程相關新知識、新技術，適當提高課程挑戰度。例如，隊列應用中，除常用先進先出隊列，還探索在實際應用中的優先隊列；圖的應用，從實際案例出發，關于最小生成樹結合我國高速鐵路規劃建設進行闡述和分析；在查找應用中會提供搜索引擎相關資料。在不斷探索新知識的求知驅動下，提升課程內涵，達到提升課程難度和深度的目標。課程所采用的案例任務與知識點的對應關系如表2所示（p81）。

2.4學習質量評價體系改革

傳統的試卷檢測，在一定程度上可以考核學生對記憶類知識點的掌握情況，但不能準確評價學生的學習質量。課程組重構學習質量評價體系，側重于形成性考核與終結性考核相結合，加強實驗課和對應用能力的考核。一方面考核內容進行多學科融和，具有一定挑戰度；另一方面激發自主學習，拓寬視野，激發成就感。最終達成提升解決實際問題算法設計和程序實現的能力。課程結束后，課程組計算并分析課程目標達成情況，結合學生和同行評價，對課程進行整體評價，對上一階段的課程教學做好總結，并作為指導下一階段課程教學的依據。

3改革效果

基于ARCS模型+線上線下混合的“數據結構”課程教學模式已經在南昌航空大學2018―2021級網絡工程專業學生中實施，最終考核成績的占比情況如圖2所示。對比可見，課程改革過程中遇到的問題，課程建立了“課程自評找弱點、學生問卷找短板、同行評價找差距”，“三位一體”面向產出的評價機制，實現了對課程教學的持續改進。

實施結果表明經過參與式學習方式和教學內容改革，學生學習積極性明顯提高，提升了課程知識內化率，強化了實際問題的數據建模能力和算法設計能力，對教學質量的提升有顯著促進。同時，還培養了學生軟件開發與設計實踐的能力、創新精神與創新能力。線上線下混合式教學模式可以兼顧提升學生自主學習、互動交流、合作學習等能力。

4結論

以課程目標為產出導向，ARCS模型與線上線下混合式教學模式的有機融合，摒棄了傳統的“師講生聽”的授課模式以及“一張試卷解決問題”的考核模式，構建了“以學生為中心”的教學模式，重構教學內容，結合行業發展新成果和新趨勢，提高課程的挑戰度，加強過程考核及形成性評價機制，教學全過程注重加強學生獲得感、成就感，激發學生學習興趣、參與度和主動學習意識，淬煉學生堅韌不拔、精益求精的品格，提升學生的動手能力與創新能力，培養出符合社會需求、能解決計算機類復雜工程問題的創新人才。

基金項目：2022年南昌航空大學教改課題“基于ARCS模型+線上線下混合的‘數據結構課程教學模式研究”（JY22045）；2021年南昌航空大學教改課題“基于線上線下融合BOPPPS模式的‘面向對象程序設計課程改革與實踐”（JY21102）。

參考文獻

[1]路紅，劉紅英.基于OBE理念的數據結構課程教學改革研究[J].電腦與電信，2022（4）：29-32.

[2]徐志敏.新工科背景下的數據結構教學研究[J].德州學院學報， 2022，38（2）：108-110.

[3]王巍.基于ARCS動機激勵模式的大學英語智慧課堂教學改革[J].高教學刊，2022，8（4）：140-143.

[4]李杰中.基于ARCS模型的課程教學改革探析——以消費者行為學課程為例[J].成都師范學院學報，2022，38（5）：62-68.

[5]祖冰疇，何運生，陳烽，等.基于ARCS動機模型的翻轉課堂設計與應用研究——深度學習的視角[J].中國醫學教育技術，2022，36（3）： 259-263.

[6]李逢慶.混合式教學的理論基礎與學設計[J].現代教育技術，2016，26（9）：18-24.