以生成式人工智能賦能“數據與數據結構”項目學習的探索

隨著人工智能，尤其是生成式人工智能新銳代表DeepSeek大模型的開源，基于數據與算法的教學、教研正迎來新的變革。本期欄目從一線的視角來及時觀察數據結構教學及網頁數據組織教研如何應用人工智能賦能，啟發一線教學教研的實踐創新。

摘要：本文結合以DeepSeek為代表的生成式人工智能（GAI）技術，探索以“淄博之旅線路規劃”為主題的數據與數據結構項目式學習，實施以GAI賦能的課程設計與項目學習，以期能夠提升學生對GAI的正確認知與應用素養。

關鍵詞：GAI賦能；數據結構；項目式學習

中圖分類號：G434" 文獻標識碼：A" 論文編號：1674-2117（2025）07-0000-04

項目背景

無論是現行的信息技術課程，還是即將革新的信息科技課程，都對“數據與數據結構”模塊的學習非常重視。當前，數據結構教學主要集中于對單一知識的講解，教學方式存在一定的局限性。例如，在傳統教學中，教師往往花費大量時間闡述線性結構、樹形結構和圖狀結構各自的概念、特點及操作方法，卻較少將它們置于綜合性的、貼近實際生活的情境中去展現其相互關系與應用差異。本文以“淄博之旅線路規劃”項目式學習為例，探討基于生成式人工智能（GAI）賦能的項目式學習，探索如何讓學生深度理解數據處理與分析的核心要義，精準把握數據結構等關鍵概念，并實際運用數據結構解決現實難題。

項目設計

1.項目目標

①學會根據實際需求選擇合適的數據結構來組織和處理數據。

②激發對數據結構及算法實現的學習興趣，激發對數據結構相對抽象但極具應用價值的知識領域的探索欲望，認識其被廣泛應用的價值和重要作用。

③增強對淄博的文化和旅游資源的了解與熱愛，培養運用數據結構解決生活實際問題的意識，提升計算思維的實踐能力。

2.項目選題

“數據與數據結構”課程內容包括線性結構（如數組、鏈表）、樹形結構（如二叉樹、多叉樹）以及圖狀結構（如有向圖、無向圖）等多種數據結構，還涉及相關算法（如迪杰斯特拉算法等）的學習與應用。筆者選擇“淄博之旅線路規劃”作為項目主題，將這些核心知識巧妙地融入其中，使項目不再局限于數據與數據結構的學習。

3.項目內容

（1）項目啟動與知識導入

目標：激發學生對項目的興趣，明確項目目標與任務，回顧數據結構基礎概念。

內容：播放淄博旅游宣傳視頻，展示周村古商城、聊齋城等景點，組織學生分享感受，引出項目主題。認知線性、樹形、圖狀數據結構概念。

（2）數據收集方法與實踐

目標：讓學生掌握旅游信息來源，開始收集景點基本數據并整理。

內容：教師講解數據收集的網站等多種渠道，為高效教學推薦使用DeepSeek模型，避免網絡受阻，同時提供數據記錄模板。學生收集淄博景點名稱、位置、特色等，將其整理到電子表格，教師巡視指導并答疑。

（3）線性與樹形數據結構

目標：運用線性結構存儲景點數據，構建樹形結構進行景點分類管理。

內容：以DeepSeek生成Python程序為例，分組探究創建列表、數組或鏈表存儲景點名稱、開放時間等基本數據，并嘗試生成查詢、添加、刪除景點的功能函數。學生在探索生成后，嘗試調試。

（4）圖狀數據結構

目標：構建圖狀結構，表示旅游交通網絡，實現數據結構可視化展示。

內容：學生借助iodrwa等繪圖軟件，繪制線性、樹形、圖狀結構圖形，展示并分享成果。教師點評并指出問題。

（5）迪杰斯特拉最短線路規劃算法

目標：借助DeepSeek生成原理與解釋，小組探討理解迪杰斯特拉算法原理，分析其在旅游線路規劃中的應用要點。

內容：小組生成該算法的“簡化版”程序代碼并運行，分析程序中使用字典構建的鄰接表的數據結構特點，并觀察程序運行結果，實驗算法在最短路徑實現情況。

（6）線路規劃與算法應用實踐

目標：運用迪杰斯特拉算法結合數據結構規劃旅游線路，進行多種實際因素優化。

內容：學生根據之前構建的數據結構，以小組為單位，針對不同游客需求，如時間最短、費用最低等情況，生成數據模型。嘗試借助GAI設計迪杰斯特拉算法，規劃線路進行推演計算。然后，根據具體需求的提示詞（如“用迪杰斯特拉算法原理規劃淄博的五個景點的任意兩個費用最低的路線”）生成程序代碼，并推演路線權重計算，實驗代碼進行結論驗證。

（7）項目成果整合與展示評價

目標：整合項目成果，進行展示匯報，開展多維度評價與總結反思。

內容：小組內整合線路規劃方案、數據結構代碼、算法代碼、說明文檔等成果，組織項目評價。最后教師總結項目，表彰優秀小組，提出改進期望。

項目實施

1.情境導入，項目選題

教師展示淄博的周村古商城、聊齋城、淄博陶瓷琉璃博物館、潭溪山等景點的魅力風光，激發學生對家鄉旅游資源的興趣，進而引出本項目的數據組織結構主題——淄博旅線路規劃。

2.分工協作，項目規劃

將學生分成若干小組，選擇淄博具有代表性的景點作為研究問題，填寫淄博景點交通信息記錄模板，為后面的線路規劃做好準備。

3.結構搭建，項目實踐

活動1：初探淄博旅游景點，認識線性結構。

每個小組基于收集的景點數據，使用線性結構，如列表來存儲景點屬性。例如，info=[[\"周村古商城\"， 80]， [\"聊齋城\"， 40]， [\"淄博陶瓷琉璃博物館\"， 免費]， [\"潭溪山\"， 80]， [\"齊文化博物院\"， 免費]]。遍歷列表可以快速輸出各個景點的名稱和門票價格，讓游客對淄博景點的消費情況有初步了解。

活動2：探究淄博旅游景點分類，構建樹形結構。

引導學生以旅游主題分類為基礎構建樹形結構（如上頁圖1）。每個景點作為對應子節點的葉子節點。通過構建樹形結構，讓學生理解樹形結構在數據分類和層次化組織方面的作用，如快速查找某一類主題下的景點，通過節點之間的關聯構建樹形結構。

活動3：推薦淄博旅游景點，構建圖狀結構模型。

各小組基于淄博景點交通數據記錄模板中所收集的內容，將景點作為頂點，景點之間的交通路線作為邊，交通時間或費用作為邊的權重，構建圖狀結構模型（如圖2）。

學生通過構建淄博旅游景點的圖狀結構模型，深入了解圖狀結構的構建原理、節點與邊的定義及設置方法、確定邊的權重（如交通時間、費用）等關鍵知識，將抽象的數據結構概念轉化為具體可操作的圖形，加深對數據結構的理解和記憶，提高對數據結構的應用能力。在構建過程中，教師引導學生思考如何準確地表示景點之間的復雜連接關系和交通成本，如考慮不同交通方式的切換、交通擁堵因素對時間的影響等，讓學生深入理解圖狀結構在表示多對多關系問題方面的優勢。

活動4：生成式人工智能賦能，編程實現擇優線路的算法。

各小組基于構建的淄博旅游圖狀結構模型，借助DeepSeek在編程環境中實現算法，生成構建好的圖狀結構數據（景點、邊、權重），輸出最優線路規劃結果，包括線路順序、總時間、總費用等。

在活動過程中，教師運用迪杰斯特拉算法，解決淄博旅游線路規劃問題，引導學生深入探究數據結構與算法的實現，并推演、實驗、理解算法步驟，包括初始化距離、不斷更新鄰接頂點距離以及確定最短路徑的回溯過程等。這樣就即將原本抽象的算法理論轉化為可操作、可感知的實踐應用，提升對復雜算法的理解深度和運用熟練度，培養學生的邏輯思維與數學建模能力，提升問題解決與優化思維。

4.項目展示與評價

活動5：開展“旅游規劃師”評比活動。

小組選派代表展示規劃的淄博景點最優線路，參加評選。展示的內容包括線路規劃圖、行程安排表（包含景點游覽順序、交通方式、時間節點、費用預算等）以及算法實現代碼和結果。教師組織全班學生進行討論，引導學生對各小組的線路規劃進行評價和分析。

通過互動交流，促進學生之間的思想碰撞和知識共享，提高其問題解決能力和創新思維。同時，教師在學生討論交流的基礎上總結評價，從線路規劃方案質量、數據結構模型構建的準確完整度、算法應用的正確率，以及小組在整個項目過程中的協作、溝通等多維度，對各小組的表現進行綜合評價，肯定優點，指出存在的問題和不足，并提出改進建議。評價結果可作為學生本次評選的成績評定依據，學生也可通過評價結果了解自己的優勢和不足。

5.總結與拓展

教師對“淄博之旅線路規劃”項目式學習進行總結，回顧項目實施過程中涉及的數據結構、算法應用等主要內容。強調數據結構和算法在實際問題解決中的不同作用，培養學生運用數據結構及GAI來解決實際問題的意識和能力。另外，教師布置項目拓展作業，建議學生選擇家鄉或其他感興趣的城市，運用所學數據結構與算法知識，重新規劃多日游的旅游線路項目

項目式學習的思考

1.激發學習興趣與內在動力

“淄博之旅線路規劃”項目具有很強的趣味性和現實意義，它緊密聯系學生的生活實際，使學生能夠在熟悉的情境中感受到數據結構與GAI相結合應用的意義。學生在為淄博之旅規劃線路的過程中，以一名專業的旅游規劃師的身份，深入了解淄博的各個景點，挖掘其文化內涵，探索不同景點之間的最佳路線。這一過程能夠極大地激發學生的學習興趣和內在動力，使學生更加主動地進行項目學習。

2.知識整合與應用的有效平臺

項目活動以“淄博之旅線路規劃”項目為載體，將數據結構、算法、數據收集與處理等知識、技術緊密地整合在一起。該真實項目情境的知識應用，使學生深刻體會到不同知識之間的聯系，提高了知識的遷移運用能力，為以后解決復雜問題奠定初步基礎。

3.團隊協作與溝通交流能力的塑造

該項目以小組形式開展，小組成員之間的協作與溝通至關重要。通過團隊協作過程，學生參考別人的意見和建議，發揮各人優勢共同解決難題，提高了團隊的凝聚力，培養了良好的團隊協作與溝通交流能力，這對于學生未來在任何領域的發展都不可或缺。

參考文獻：

中華人民共和國教育部.普通高中信息技術課程標準（2017年版2020年修訂）[S]北京：人民教育出版社，2020.