大語言模型在留學生“數據結構”教學中的應用探索

摘"要：隨著我國綜合國力的不斷攀升和改革開放進一步擴大，來華留學生的規模也在持續增大。“數據結構”是軟件工程專業的核心基礎課程，其本身理論難度大、實踐要求高。為提高教學質量，針對留學生的學習基礎和特點，本文對大語言模型在授課內容、教學形式、實驗環節、引入思政元素等中的應用進行初步探索，并取得較為理想的效果，幫助留學生更好地理解和掌握數據結構的復雜概念，提高留學生的實踐能力和學習自驅力。

關鍵詞：大語言模型；留學生教學；數據結構；教學探索

1"概述

隨著我國改革開放力度的逐年加大以及“一帶一路”倡議對我國與沿線國家教育合作的持續促進，近年來來華留學生數量顯著增加，特別是來自“一帶一路”沿線國家的學生［1］。提高留學生教學質量是加強中外教育合作的重要環節，有助于積累我國國際聲譽并加強中外文化的深入融合，為我國的改革開放事業和“一帶一路”建設培養具有國際化視野的人才。

“數據結構”課程旨在教授數據的組織、存儲和管理方式，以及對數據進行操作的算法。該課程是軟件工程專業的核心基礎課程，合理選擇和使用數據結構可以顯著提高程序的性能和效率。同時，理解“數據結構”有助于編寫簡潔、可維護的代碼。由于“數據結構”課程抽象性高且實踐性強，該課程學習難度大［23］，學生不僅需要理解各種數據的邏輯關系和存儲方式，而且需要通過編程實現各種數據結構和算法，對編程能力有較高要求。

然而，與我國本科生相比，由于文化差異、學習習慣、學習基礎以及語言溝通有一定困難等問題［4］，該課程的教學充滿一定挑戰，難以取得令人滿意的教學效果。

大語言模型是人工智能領域的一項突破性技術，它們通過深度學習和海量數據訓練，能夠理解和生成自然語言，極大地推動了人機交互和自動化服務的發展［5］。隨著技術的不斷革新，大語言模型的能力也在逐步提升，應用潛力更為廣泛。在教育領域，大語言模型可以提供個性化學習支持。通過分析學生的學習習慣和需求，它們能夠生成適合不同水平和興趣的學習材料，幫助學生更有效地掌握知識。此外，大語言模型還能輔助教師設計課程內容，提供豐富的教學資源和創意建議，從而提升整體教學質量。

針對上述分析，本文結合留學生“數據結構”課程的一線教學經驗，對如何利用大語言模型提高該課程的教學質量進行了初步探索和實踐，取得了一定效果，對提高留學生軟件工程專業相關課程的教學質量有一定的借鑒意義。

2"課程存在問題及留學生特點

2.1"學習基礎較為薄弱且差異較大

由于留學生來自不同國家，不同的教育背景及文化差異導致了學生群體中存在較大的個體差異。在數理方面，這些學生普遍表現出基礎薄弱的情況，這不僅限制了對編程語言和數據結構等邏輯要求較高的學科的掌握，也在一定程度上限制了邏輯推理能力。在實際的課堂教學中，這種差異性表現得尤為明顯。一部分學生能夠緊跟課程進度，與教師進行有效的互動和討論，而另一部分學生則對一些基礎概念感到困惑，難以理解。這種多樣性要求教師提供具有一定差異化的教學內容，以滿足不同學生的需要。

2.2"語言水平差異較大

留學生課程采用全英文授課。雖然針對留學生開設有中文課程，但大學一、二年級的留學生的中文一般仍達不到進行簡單交流的水平。因此，課程所涉及的交流環節也以英文展開。然而，由于絕大多數留學生來自母語非英語的國家，英文水平差異較大，有的可以用英語進行流利的提問和回答，有的不能用英文對自己的疑問進行清晰描述。此外，在回答留學生問題的過程中，筆者也察覺到他們對回答理解得不充分，語言水平限制了他們進行進一步提問。因此對于部分留學生，語言水平限制了其對課程內容的有效學習。

2.3"編程能力薄弱

“數據結構”課程的學習一個關鍵途徑是通過編程語言來實現和測試算法。這不僅要求學生理解算法的原理，還需要具備將算法轉換成可執行程序的能力［6］。然而，許多學生對先修課程“C語言”的掌握并不牢固，這導致學生即使能夠理解算法的邏輯，也難以準確地將其實現。編程語言的熟練掌握對于理解抽象的算法邏輯至關重要。編程能力的薄弱已成為學生學習“數據結構”過程中的一大障礙。缺乏扎實的編程基礎，使得學生在面對復雜的數據結構和算法時感到無從下手。學生常常在實現過程中遇到困難，無法將思維轉化為代碼，影響了對課程內容的深入理解和應用。此外，編程不僅是驗證算法正確性的工具，也是幫助學生深入理解算法運作機制的重要手段。通過實際編寫和調試代碼，學生可以更好地領會算法的細節和優化方法。

2.4"課堂紀律相對較差

由于文化差異，且留學生來自不同國家，他們對彼此以及中國文化有較強的好奇心，少部分留學生在課堂上出現低聲講話較頻繁的情況，教師需要較多地強調課堂紀律，因此影響教學的連續性，并分散其他學生的注意力，影響教學質量。

2.5"參與討論的積極性較高

雖然留學生語言水平差異較大，但不少留學生在課堂的討論環節表現出較高的積極性，勇于表達自己的觀點。也有留學生敢于在授課過程中對不理解的知識點要求教師進行重新闡述。還有較多留學生對中國的學習和生活等話題表現出濃厚的興趣，在課間與教師進行了熱烈的討論。敢于表達且積極參與討論是教育過程中寶貴的品質。

3"基于大語言模型的教學方法設計與實踐

針對該課程目前存在的問題和留學生的特點，本文結合大語言模型的文本生成能力、代碼生成能力以及翻譯能力，將其應用于留學生“數據結構”的教學環節中（如圖1所示），從而對教學質量進行提升。

3.1"多難度習題生成與應用

由于留學生學習基礎普遍和國內本科生有較大的差距且不同學生間差異也較大，如果習題難度和國內本科生一致，學生的學習積極性會受到一定影響，使他們對學習失去興趣，甚至可能影響學生對基礎知識點的掌握。因此，可以通過調整習題難度，使其更貼近留學生的實際水平，從而幫助他們逐步建立起自信心和學習動力。

大語言模型為生成多種難度的習題提供了新思路。通過將原有習題和答案作為提示詞的一部分，并添加調整難度的提示詞，可以利用大語言模型生成適合不同學習水平的習題。這種方法能夠幫助學生在各自的基礎上有效練習知識點。為了讓學生更好地應用所學知識，可以從原有習題中利用大語言模型生成具有實際應用背景的題目。這種設計能夠讓學生從具體問題入手，提出解決方案，進一步激發他們的學習興趣和主動性。這種方法不僅幫助學生鞏固基礎知識，還能提高他們的學習效率。通過接觸不同難度和背景的習題，學生可以培養實踐能力和創新思維。

3.2"互動式教學內容生成與應用

由于留學生整體課堂紀律意識薄弱，讓學生較長時間專注于教師授課有一定難度。同時留學生敢于在課堂上表達自己且參與討論的積極性較高，互動式教學強調學生的主動參與與師生間的良性互動，其核心理念是通過設計有趣且富有挑戰性的問題，激發學生的興趣與思考，從而提高他們的注意力和參與度。通過這種方式，學生不僅能夠更好地理解教學內容，還能夠在課堂上鍛煉自己的批判性思維和表達能力。因此，在課堂中引入互動式教學，可以較有效地提升授課質量。

大語言模型的強大理解和生成能力為互動式教學內容的設計提供了新視角。首先，教師可以利用原始教學內容和預先構思的互動環節，設計用于大模型輸入的提示，以生成豐富多樣的互動教學內容。這些提示可以包括關鍵概念和問題導向，使得生成的內容更具針對性和吸引力，幫助學生更深入地理解課程主題。其次，大語言模型可以用于設計調查問卷，收集學生對互動式教學的反饋。這些問卷能夠深入挖掘學生的學習體驗和偏好，涵蓋從教學內容的理解難度到互動環節的參與感等多個方面。通過大模型進行數據分析，教師可以獲得詳細的反饋報告，識別出教學過程中的優勢與不足。通過反復迭代和優化，教師可以不斷調整和完善教學策略，確保內容更貼合學生的需求。這種動態調整的方式不僅提升了教學效果，還增進了師生之間的互動與溝通，推動了教學質量的持續提升。

3.3"代碼框架生成與應用

留學生普遍存在編程能力較弱的問題，這使得他們即使能夠正確理解算法，也難以用編程語言對算法進行實現和驗證。這一問題影響了學生對課程內容的深入理解和應用能力的培養。

大語言模型強大的代碼生成能力為解決該問題提供了一種新策略。教師可以將實驗題目及其對應的代碼、題目的核心知識點作為提示詞的一部分輸入大語言模型。通過這種方式，模型可以生成與原實驗題目相似的題目，并提供缺乏核心知識點部分的算法實現代碼框架。這種設計讓學生以完形填空的方式補全代碼的核心部分，通過填補代碼的空白，學生能夠更深入地理解算法的具體實現。在課堂教學中，教師可以引導學生以現場編程的方式進行講解，不僅能夠提高學生的動手能力，還能讓他們在實踐中發現問題、解決問題，從而加深對算法和編程的理解。這種教學方法使學生能夠在真實的編程環境中體驗代碼的運行過程，逐步克服編程能力不足所導致的學習障礙。對于實驗任務，學生可以結合提供的相關代碼完成算法的實現。以上方法有助于幫助學生克服編程能力不足導致的學習障礙。

3.4"多語言思政內容生成與應用

我國在計算機相關領域取得了卓越成就，我國企業在全球范圍內引領技術創新，尤其在移動支付、大模型和人工智能等前沿領域，展現了強大的研發能力和市場影響力。我國的移動支付已經引領世界，改變了人們的生活方式，而在大模型、機器人等人工智能研究方面，我國的進展也十分迅速，成為全球關注的焦點。

然而，在向留學生介紹這些成就時，語言障礙常常成為一個挑戰。由于我校軟件工程專業的絕大多數留學生的母語不是英語，直接用英語講解中國在計算機領域的成就，可能難以引起他們的強烈共鳴。大語言模型的強大翻譯能力為解決這一問題提供了有效途徑。通過大語言模型可以制作多語言的思政教學內容，使留學生能夠用母語閱讀相關信息。這種方式不僅讓留學生的感受更加直接和震撼，還能激發他們的學習熱情。理解力的提升使他們對中國的科技成就有了更深刻的認識，也讓他們意識到中國在全球科技領域的重要地位。這種認知的轉變，不僅增強了學生在課堂上的參與感，也激勵了學生在學習和職業發展上的積極性。此外，多語言教學內容還幫助留學生更全面地了解中國的文化和社會背景。這種多語言教學策略，不僅是技術與教育的結合，也是一種文化交流的方式。它讓留學生在學習專業知識的同時，更加深刻地認識了中國的科技實力和發展潛力。留學生可以看到一個快速發展的中國，意識到無論是繼續深造還是就業，中國都提供了廣闊的舞臺和無限的可能［7］。

3.5"多語言就業和深造信息生成與應用

目前，部分留學中國的本科生在畢業后有繼續在華深造或尋找工作的意愿。這一趨勢不僅反映了中國在全球教育和就業市場上的吸引力，也展示了留學生對中國文化、經濟和職業發展機會的認可。在此背景下，“數據結構”課程作為軟件工程專業的核心基礎課，其重要性更是顯而易見。在研究生入學申請和就業面試過程中，“數據結構”課程往往成為重點考查內容。掌握這門課程的知識不僅有助于通過相關考試和面試，還為學生在實際工作中解決復雜問題打下了堅實的基礎。此外，“數據結構”是進一步學習其他軟件工程課程的基石，如操作系統、編譯原理等，因而具備扎實的數據結構知識對學生未來的學術和職業發展至關重要。為了更好地支持多語言學生的學習需求，利用大語言模型的翻譯能力可以制作多語言資料，使學生能夠用母語認識到“數據結構”的重要性，從而進一步激發他們的學習積極性和參與度。

結語

中國綜合國力的增強和改革開放的進一步深化將會吸引越來越多的留學生來中國學習。“數據結構”作為軟件工程專業的核心基礎課，由于其抽象性高、實踐性強，該課程學習難度大。本文根據留學生的特點，并結合在教學過程中積累的經驗，對如何利用大語言模型優化和改進課程教學進行了初步探索，在一定程度上激發了學生的學習熱情，并提高了教學質量。

參考文獻：

［1］徐輝，王勝.教育助力“一帶一路”建設的十年成就、基本經驗與未來走向［J］.中國教育科學：中英文，2024，7（03）：4960.

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［3］魏倩，陳贊如.新工科背景下“數據結構”課程中案例教學法的應用與改革［J］.科技風，2024（25）：126128.

［4］朱瑄，朱長武，趙素芬，等.留學生數據庫原理全英文教學探索與實踐［J］.計算機時代，2014（11）：6769.

［5］陳慧敏，劉知遠，孫茂松.大語言模型時代的社會機遇與挑戰［J］.計算機研究與發展，2024，61（05）：10941103.

［6］謝莉莉，李勤，傅春，等.“C語言與數據結構”課程的教學改革實踐［J］.計算機教育，2009（07）：2326.

［7］李炳超，李俊生，張藝凡.面向留學生的大學計算機基礎教學探索與改革［J］.電腦知識與技術，2022，18（21）：139141.

項目：鄭州大學教育教學改革研究與實踐項目（留學生教育專項）（2022ZZUJGXMLXS027）

作者簡介：梁鵬鵬（1986—"），男，漢族，河南博愛人，博士研究生，副教授，主要研究方向為計算機視覺和深度學習。

*通信作者：張卓（1978—"），男，漢族，河南鄭州人，博士研究生，副教授，主要研究方向為形式概念分析、分布式數據挖掘。