線上線下混合式教學(xué)模式在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中的探索和應(yīng)用

摘要：隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，線上線下混合式教學(xué)模式已成為一種新型的教學(xué)模式。文章以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程為例，探索和應(yīng)用線上線下混合式教學(xué)模式，旨在提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，促進(jìn)師生之間的交流和互動，全面提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：混合式教學(xué)模式；BOPPPS教學(xué)模式；學(xué)習(xí)通；問卷星

一、引言

在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)的推動下，傳統(tǒng)的以教師為中心、課堂講授為主的教學(xué)模式已經(jīng)無法滿足當(dāng)今學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，教師在探索能夠適應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)需求的新教學(xué)模式。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為計(jì)算機(jī)科學(xué)的核心課程，其教學(xué)質(zhì)量直接影響學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)的形成。因此，如何創(chuàng)新數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)模式，成為教育界關(guān)注的焦點(diǎn)。在這樣的背景下，線上線下混合式教學(xué)模式應(yīng)運(yùn)而生，它結(jié)合了線上教學(xué)和線下教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)提供了新的方向。線上教學(xué)具有靈活性、個(gè)性化、時(shí)空無限制等優(yōu)點(diǎn)，線下教學(xué)則強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性、互動性和深度思考。通過線上線下混合式教學(xué)模式，學(xué)生可以在課前預(yù)習(xí)、課中討論、課后復(fù)習(xí)等環(huán)節(jié)獲得更加豐富、多樣和高效的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

二、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的特點(diǎn)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程是東莞城市學(xué)院的軟件工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、大數(shù)據(jù)等相關(guān)專業(yè)的核心必修課程，它以離散數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)概論、程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等先修課程為基礎(chǔ)，為后續(xù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理與應(yīng)用等課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。課程教學(xué)內(nèi)容以常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型為核心，如線性結(jié)構(gòu)、樹形結(jié)構(gòu)、圖形結(jié)構(gòu)等，并對各數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本操作進(jìn)行重點(diǎn)講解。教師以邏輯結(jié)構(gòu)和存儲結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，著重培養(yǎng)學(xué)生的算法設(shè)計(jì)和分析能力，使其能夠靈活運(yùn)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)解決實(shí)際問題。

三、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)現(xiàn)狀分析

近年來，教育部積極推動新工科的發(fā)展。對計(jì)算機(jī)專業(yè)而言，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)課程，傳統(tǒng)教學(xué)模式已經(jīng)無法滿足新工科背景下的需求。另外，東莞城市學(xué)院學(xué)生的基礎(chǔ)相對薄弱，學(xué)習(xí)過程中缺少主動性，課堂教學(xué)存在以下問題。

（一）理論性強(qiáng)，內(nèi)容抽象，學(xué)生理解不透徹

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程涉及面廣，包括線性表、棧和隊(duì)列、串、數(shù)組和廣義表、樹、圖等大量的基本概念，以及插入、刪除、查找、排序等一些算法的基本思想，知識點(diǎn)涉及較多，且課程內(nèi)容抽象，基本圍繞數(shù)學(xué)模型及其基本運(yùn)算展開，學(xué)生不容易理解。很多學(xué)生對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所學(xué)概念不清晰，內(nèi)容理解不透徹，所學(xué)的知識沒有融會貫通，導(dǎo)致在學(xué)習(xí)中感覺困難重重，特別是對一些復(fù)雜的算法設(shè)計(jì)，學(xué)生更是無從下手，從而產(chǎn)生畏懼學(xué)習(xí)的心理。

（二）“灌輸式”教學(xué)，無法調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性

在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教學(xué)中，東莞城市學(xué)院大部分教師采用傳統(tǒng)的“灌輸式”教學(xué)，即教師講、學(xué)生聽，學(xué)生需要在較短的時(shí)間內(nèi)掌握大量的知識。對于東莞城市學(xué)院計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生而言，學(xué)習(xí)重點(diǎn)是靈活應(yīng)用和創(chuàng)新各種算法，而不是單純地記憶知識。由于教學(xué)忽視了獲取知識的過程，不僅難以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，而且難以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性。所以說，傳統(tǒng)的“灌輸式”教學(xué)雖然具有“短平快”的特點(diǎn)，但容易出現(xiàn)囫圇吞棗的情況。

（三）理論與實(shí)踐脫節(jié)，無法培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力

教師過分強(qiáng)調(diào)理論知識的闡述，往往忽視實(shí)際運(yùn)用的重要性，致使學(xué)生沒有真正了解這些知識，不能將所學(xué)的理論知識有效運(yùn)用于實(shí)際操作中。另外，在上機(jī)課中，學(xué)生只是機(jī)械地編寫代碼進(jìn)行模擬，缺乏針對具體問題的實(shí)踐驗(yàn)證，難以提高知識應(yīng)用能力和問題解決能力。

四、線上線下混合式教學(xué)模式的實(shí)踐

為了增強(qiáng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)效果，滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，教學(xué)團(tuán)隊(duì)精心整合教學(xué)資料，建設(shè)豐富的線上資源，并融合線上線下混合式教學(xué)模式。

（一）線上資源的建設(shè)

教學(xué)團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)梳理了線上教學(xué)內(nèi)容，明確了各個(gè)課程知識點(diǎn)的錄制需求，并積極組織團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行錄制工作，最終成功錄制了15個(gè)知識點(diǎn)視頻和8個(gè)上機(jī)實(shí)驗(yàn)視頻，總時(shí)長為312分鐘。團(tuán)隊(duì)從教學(xué)內(nèi)容、知識點(diǎn)整理、重點(diǎn)和難點(diǎn)梳理、課件美觀等角度出發(fā)，精心設(shè)計(jì)了課件，使課件內(nèi)容更豐富、更完整、更準(zhǔn)確，編排更美觀、更易讀，對提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率具有很大的幫助。

教學(xué)團(tuán)隊(duì)認(rèn)真編寫了32個(gè)教案，這些教案不僅注重培養(yǎng)學(xué)生的知識技能，還融入思政元素，21198a3b64ad6fad9f5004650fd1e6edf1382f3face9c3bb70fe4db14e3fbe4d旨在培養(yǎng)學(xué)生的理想信念、價(jià)值取向、政治信念、社會責(zé)任感。為了幫助學(xué)生鞏固知識點(diǎn)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)還精選了多個(gè)經(jīng)典題型，建立了包含132題的課程題庫；通過網(wǎng)上測試、作業(yè)提交、批改等功能，密切關(guān)注并把控學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和效果；建立課程交流群，鼓勵(lì)學(xué)生與教師互動合作，營造積極的學(xué)習(xí)氛圍。此外，教學(xué)團(tuán)隊(duì)在超星學(xué)習(xí)通平臺上傳了豐富的教學(xué)資源，讓學(xué)生在任何時(shí)間和地點(diǎn)都能學(xué)習(xí)。

（二）線上線下相融合

結(jié)合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和東莞城市學(xué)院學(xué)生的實(shí)際情況，教師采用BOPPPS教學(xué)模式重構(gòu)課堂教學(xué)。教師通過超星學(xué)習(xí)通平臺，將教學(xué)分為課前、課中、課后三個(gè)模塊，旨在增強(qiáng)師生的互動，調(diào)動學(xué)生參與課堂教學(xué)的積極性。教學(xué)流程如圖1所示。

課前，教師通過超星學(xué)習(xí)通平臺發(fā)布學(xué)習(xí)視頻和任務(wù)要求，學(xué)生觀看在線教學(xué)視頻，不僅能強(qiáng)化責(zé)任意識，還能自主學(xué)習(xí)并掌握相關(guān)的理論知識。在實(shí)際課堂教學(xué)中，教師采用BOPPPS教學(xué)模式，該教學(xué)模式包括導(dǎo)入（Bridge-in）、目標(biāo)（Objective）、前測（Pre-assessment）、參與式學(xué)習(xí)（Participatory Learning）、后測（Post Assessment）和總結(jié)（Summary）六大教學(xué)基本要素。

第一，導(dǎo)入。教師可以采用案例或提問的方式，引出課程內(nèi)容。例如，教師展示一張公園的圖片，引導(dǎo)學(xué)生思考：“如果從大門口出發(fā)，去參觀每一個(gè)景點(diǎn)，我們怎么走才能把所有景點(diǎn)都參觀一遍，并且沒有重復(fù)參觀。”最后引出圖遍歷。

第二，目標(biāo)。教師向?qū)W生明確教學(xué)目標(biāo)，包括知識目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)。例如，圖遍歷的教學(xué)目標(biāo)，使得學(xué)生熟練掌握圖的深度優(yōu)先和廣度優(yōu)先遍歷的性質(zhì)與方法，能夠靈活運(yùn)用遍歷算法，處理各種圖的應(yīng)用場景，并在學(xué)習(xí)過程中不斷提高學(xué)生的邏輯思維和分析問題的能力。

第三，前測。教師通過測試、提問等活動，根據(jù)課前視頻學(xué)習(xí)，對學(xué)生預(yù)習(xí)情況進(jìn)行綜合評估，進(jìn)而對教學(xué)過程進(jìn)行調(diào)整和完善。例如，教師根據(jù)圖遍歷的定義，詢問學(xué)生：“我們應(yīng)該遵循什么樣的規(guī)則來進(jìn)行遍歷呢？”如果學(xué)生回答深度優(yōu)先搜索和廣度優(yōu)先搜索，說明學(xué)生有進(jìn)行課前視頻學(xué)習(xí)，對圖遍歷的知識掌握得比較好，教師可以直接對圖遍歷的兩種規(guī)則進(jìn)行深入教學(xué)。如果學(xué)生回答不出來，說明學(xué)生沒有進(jìn)行課前視頻學(xué)習(xí)，那么教師要先講解圖遍歷的定義。

第四，參與式學(xué)習(xí)。教師要以學(xué)生為中心，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。例如，教師先詳細(xì)講解深度優(yōu)先搜索的原理，解釋它是如何遍歷圖。接下來，教師邀請一個(gè)學(xué)生上臺，闡述基于鄰接表結(jié)構(gòu)的深度優(yōu)先搜索算法實(shí)現(xiàn)。學(xué)生解釋如何通過第一個(gè)指針參數(shù)找到給定頂點(diǎn)的第一個(gè)鄰接點(diǎn)，并檢查這個(gè)鄰接點(diǎn)是否已被訪問過。如果鄰接點(diǎn)存在且未被訪問，則遞歸調(diào)用深度優(yōu)先搜索算法。對于已訪問過的頂點(diǎn)，學(xué)生可以通過下一個(gè)指針參數(shù)繼續(xù)尋找該頂點(diǎn)的下一個(gè)鄰接點(diǎn)。隨后，另一個(gè)學(xué)生也來分享基于鄰接矩陣結(jié)構(gòu)的深度優(yōu)先搜索算法。學(xué)生解釋在查找第一個(gè)鄰接點(diǎn)和下一個(gè)鄰接點(diǎn)時(shí)，如何遍歷給定頂點(diǎn)所在的行，并檢查哪一列的值非零且對應(yīng)的頂點(diǎn)未被訪問過。一旦找到這樣的鄰接點(diǎn)，就遞歸調(diào)用深度優(yōu)先搜索算法。最后，教師總結(jié)，強(qiáng)調(diào)鄰接矩陣和鄰接表是兩種不同的圖存儲結(jié)構(gòu)，它們在深度優(yōu)先搜索算法中的實(shí)現(xiàn)方式也有所不同。在實(shí)際應(yīng)用中，學(xué)生應(yīng)堅(jiān)持“一切從實(shí)際出發(fā)”的原則，根據(jù)問題的具體需求和圖的特性，選擇適合的存儲結(jié)構(gòu)來編寫高效的深度優(yōu)先搜索算法。此外，針對實(shí)際需要的課程內(nèi)容，教師靈活安排了課堂練習(xí)環(huán)節(jié)。例如，教師給出一個(gè)圖的鄰接表結(jié)構(gòu)，要求學(xué)生討論并編寫從頂點(diǎn)3出發(fā)的深度優(yōu)先搜索序列，答題結(jié)果如圖2所示。

第五，后測。為了評估學(xué)生在本次課程中的學(xué)習(xí)效果，教師可以根據(jù)課堂內(nèi)容的類型和特點(diǎn)，采用多種考核方式。例如，對于深度優(yōu)先搜索DFS算法的算法分析，教師采用分組討論的形式，鼓勵(lì)學(xué)生深入探究算法原理，并將討論結(jié)果通過大屏幕展示出來，如包含回溯、時(shí)間復(fù)雜度等關(guān)鍵詞。

第六，總結(jié)。教師通過思維導(dǎo)圖等方式，歸納教學(xué)內(nèi)容，突出重點(diǎn)和難點(diǎn)，幫助學(xué)生形成一張層次分明的知識網(wǎng)絡(luò)。

課后，教師通過超星學(xué)習(xí)通平臺發(fā)布作業(yè)，學(xué)生可以借助平臺回顧自己所學(xué)的內(nèi)容，完成相關(guān)作業(yè)。同時(shí)，教師通過批改作業(yè)，發(fā)現(xiàn)存在的問題并加以鞏固，及時(shí)給學(xué)生指導(dǎo)課堂上講授的知識。

五、項(xiàng)目實(shí)踐運(yùn)行情況分析

經(jīng)過教學(xué)模式的改革，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性得到了顯著提高。這一變化不僅使得期末綜合成績的優(yōu)秀率有所提高，而且增強(qiáng)了學(xué)生的編程思維，提高了學(xué)生的編程能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。通過對比表1的成績數(shù)據(jù)，筆者發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的及格率和優(yōu)秀率均有明顯提高。

通過問卷星對本次線上線下混合式教學(xué)模式進(jìn)行了深度調(diào)研，結(jié)果顯示，有20.99%的學(xué)生偏愛線上教學(xué)模式，18.52%的學(xué)生更傾向于線下教學(xué)模式，高達(dá)60.49%的學(xué)生則明確表示喜歡線上線下混合式教學(xué)模式。這種教學(xué)模式已經(jīng)取得了顯著的教學(xué)效果，并獲得學(xué)生的良好評價(jià)。以調(diào)研結(jié)果為依據(jù)，筆者后續(xù)將對線上線下混合式教學(xué)模式進(jìn)行優(yōu)化。

六、總結(jié)

作為計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心必修課程，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性日益凸顯。為了適應(yīng)這種變革，采用線上線下混合式教學(xué)模式已經(jīng)成為一種趨勢，并在課程改革過程中取得了顯著的成績。

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基金項(xiàng)目：2023—2024學(xué)年東莞城市學(xué)院高等教育教學(xué)改革一般項(xiàng)目“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的線上線下混合教學(xué)模式的創(chuàng)新與實(shí)踐探索”，項(xiàng)目編號：2023yjjg020。

（作者單位：東莞城市學(xué)院）