SPOC混合模式在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程中的應(yīng)用研究

摘要：為了提升數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程的教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，文章針對(duì)課程教學(xué)中的挑戰(zhàn)，提出了以能力培養(yǎng)為目標(biāo)的SPOC混合模式改革思路。該模式圍繞“編程能力和算法思維能力培養(yǎng)”這一核心，從理念、內(nèi)容、模式、方法和評(píng)價(jià)五個(gè)方面進(jìn)行SPOC模式混合教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計(jì)與實(shí)踐，通過(guò)線上線下結(jié)合、講練結(jié)合、任務(wù)驅(qū)動(dòng)等方式，有效提升了學(xué)生的編程能力和算法思維能力。實(shí)踐結(jié)果表明，該混合模式顯著提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)成效。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法；SPOC混合模式；教學(xué)模式；任務(wù)驅(qū)動(dòng)；線上線下結(jié)合

中圖分類(lèi)號(hào)：G642" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2025）16-0149-03

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)） 標(biāo)識(shí)碼（OSID）

0 引言

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程是計(jì)算機(jī)學(xué)科的核心主干課，是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)，也是大數(shù)據(jù)和人工智能等前沿學(xué)科的理論基礎(chǔ)。在研究生入學(xué)考試、就業(yè)面試、學(xué)科競(jìng)賽中都是考試、考查的重點(diǎn)課程。SPOC（Small Private Online Course，小規(guī)模在線課程）" [1-2]它利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，把傳統(tǒng)教學(xué)轉(zhuǎn)變成互動(dòng)式、討論與反饋式的現(xiàn)代化的教學(xué)模式，是典型的傳統(tǒng)教育與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合的混合模式。傳統(tǒng)教學(xué)方式的弊端及現(xiàn)有教學(xué)改革的不足，結(jié)合新工科思想，本文提出了一種SPOC混合教學(xué)模式。這種方式主要分為三步：首先，課前的理論性知識(shí)學(xué)習(xí)，主要以課前的線上學(xué)習(xí)為主；其次，課中的分組討論與講練結(jié)合，這種方式主要學(xué)習(xí)較高難度的知識(shí)內(nèi)容，訓(xùn)練學(xué)生的編程能力和算法思維能力；最后，課后的鞏固與再學(xué)習(xí)。

1 傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中存在的弊端

1.1 課程內(nèi)容多、學(xué)時(shí)少、實(shí)踐環(huán)節(jié)不足

隨著教育改革的推進(jìn)，該課程從早期的總學(xué)時(shí)數(shù)為72學(xué)時(shí)壓縮至64學(xué)時(shí)，其中理論內(nèi)容學(xué)時(shí)為48，實(shí)踐學(xué)時(shí)數(shù)為24。想要系統(tǒng)地完成理論教學(xué)內(nèi)容，難度較大，通常的解決方案是縮減教學(xué)內(nèi)容，或者對(duì)于部分內(nèi)容少講或不講；這就為后續(xù)課程的教學(xué)以及學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來(lái)較大困難。并且，僅有的24個(gè)實(shí)踐學(xué)時(shí)也多以驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為主，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要偏向于課本中的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，難度較低。在這種模式下，對(duì)課程的學(xué)習(xí)大多只停留在理論分析階段，尤其是對(duì)于鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)、函數(shù)、指針等知識(shí)理解不透徹，對(duì)于結(jié)構(gòu)體類(lèi)型的使用掌握相對(duì)較差，學(xué)生的編程能力和算法思維能力都難以得到鍛煉與提升，學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的能力明顯不足。

1.2 難度大，學(xué)習(xí)積極性不高

在課程教學(xué)過(guò)程中，知識(shí)有難、有易，對(duì)于簡(jiǎn)單的知識(shí)點(diǎn)，如線性表、棧與隊(duì)列，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性較高；但是對(duì)于難度較高的知識(shí)點(diǎn)，如廣義表、樹(shù)、圖、查找和排序，學(xué)生理解困難，導(dǎo)致學(xué)習(xí)積極性較差。同時(shí)，往年的考試成績(jī)也可以看出，這部分內(nèi)容的得分率相對(duì)較低，甚至有少數(shù)學(xué)生出現(xiàn)不得分情況。加之，傳統(tǒng)教學(xué)主要以教師講授為主，學(xué)生處于被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)，學(xué)習(xí)者沉浸度不高。

1.3 考核方式注重理論，能力欠缺

在新工科背景下，人才培養(yǎng)的目標(biāo)要求學(xué)生有工程應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力，傳統(tǒng)的考試以命題型考試為主，重點(diǎn)考查數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的基本理論，對(duì)于學(xué)生實(shí)際編程能力只能以卷面形式呈現(xiàn)。這種方式難以考核學(xué)生分析程序、調(diào)試程序、運(yùn)行程序的能力，無(wú)法掌握學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

近年來(lái)，隨著教學(xué)改革的深入，教學(xué)方式方法也有了一定的改善，如PBL（Problem Based Learning，問(wèn)題導(dǎo)向的學(xué)習(xí)） 教學(xué)、案例教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)方式相繼進(jìn)入課堂，教師也需要不斷地摸索新的教學(xué)方式，如近年來(lái)教師更傾向于線上線下混合教學(xué)，這種方式從一定程度上解決了課時(shí)不足的問(wèn)題，教學(xué)效果有所提升。然而，在真正實(shí)施過(guò)程中依然存在以下問(wèn)題。

1.4 線上學(xué)習(xí)任務(wù)重，課余時(shí)間分配少

視頻課程沒(méi)有受到課時(shí)的限制，教師會(huì)將更多、更細(xì)的知識(shí)呈現(xiàn)在視頻課程中。而學(xué)生的開(kāi)課數(shù)目也相對(duì)較多，如果教師都采用普通的混合教學(xué)模式，那么對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，則學(xué)習(xí)相對(duì)較重。另外，學(xué)生除了正常的學(xué)習(xí)任務(wù)之外，還有其他的課外活動(dòng)，這樣，學(xué)生能夠支配的時(shí)間就會(huì)相對(duì)較少。如果每一位教師都要求學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)線上視頻課程，課后再完成一定數(shù)量的課后作業(yè)，會(huì)導(dǎo)致大多數(shù)學(xué)生忽略學(xué)習(xí)效果、疲于應(yīng)付，實(shí)際學(xué)習(xí)內(nèi)容的完成度不高。課前環(huán)節(jié)形同虛設(shè)，誤導(dǎo)了教學(xué)中對(duì)學(xué)前狀態(tài)的判斷，影響課堂教學(xué)效果。即使教師發(fā)現(xiàn)了課前這些問(wèn)題，及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)的方式方法，這也難免影響了教學(xué)進(jìn)度與教學(xué)任務(wù)的完成。

1.5 分組教學(xué)中，團(tuán)隊(duì)意識(shí)不夠

團(tuán)結(jié)協(xié)作和心齊勁足是團(tuán)隊(duì)合作的關(guān)鍵，同樣，一個(gè)團(tuán)隊(duì)要實(shí)現(xiàn)最終的目標(biāo)，必須確保目標(biāo)明確、一致，并相互認(rèn)同和支持。團(tuán)隊(duì)協(xié)作可以極大提高工作效率，當(dāng)團(tuán)隊(duì)成員共同合作、分工明確時(shí)，可以更快地完成任務(wù)。通過(guò)各個(gè)成員的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能的結(jié)合，可以充分利用每個(gè)人的優(yōu)勢(shì)，有效地解決問(wèn)題。然而，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)不強(qiáng)，學(xué)習(xí)好的學(xué)生更愿意獨(dú)立解決問(wèn)題，這些學(xué)生不愿意讓其他學(xué)生影響自己的進(jìn)度，他們更愿意用自己的方法獨(dú)立解決問(wèn)題；而學(xué)習(xí)弱的學(xué)生不好意思求助別人，這就導(dǎo)致分組成為虛設(shè)，難以達(dá)到團(tuán)隊(duì)協(xié)作的目的。

2 以能力培養(yǎng)為目標(biāo)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程教學(xué)創(chuàng)新改革

2.1 創(chuàng)新理念

SPOC由加州大學(xué)的阿曼德.福克斯教授最早提出和應(yīng)用的。SPOC能根據(jù)教學(xué)的每個(gè)環(huán)節(jié)、針對(duì)小范圍的學(xué)生進(jìn)行針對(duì)性的在線教學(xué)設(shè)計(jì)，既克服了傳統(tǒng)教學(xué)方法單一片面的缺點(diǎn)，又彌補(bǔ)了MOOC（Massive Open Online Courses，大型開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)課程） [1-2]疏于管理、難以交互的缺陷，是 MOOC 的繼承、發(fā)展與超越。SPOC混合模式課程教學(xué)堅(jiān)持以學(xué)生為中心，還課堂于學(xué)生，把知識(shí)性學(xué)習(xí)和理論性學(xué)習(xí)等都轉(zhuǎn)移到線上由學(xué)生以自己的節(jié)奏去學(xué)習(xí)，這樣不同理解力學(xué)習(xí)能力的同學(xué)都能獨(dú)立完成理論學(xué)習(xí)[3-4]。

通常的教學(xué)過(guò)程是理論與實(shí)踐相分離，理論課上講理論，實(shí)踐課上做實(shí)驗(yàn)，一般情況下實(shí)踐課時(shí)間滯后于理論課時(shí)間，這種理論與實(shí)踐相分離的模式，使得一個(gè)完整的教學(xué)內(nèi)容需要很長(zhǎng)時(shí)間來(lái)完成，且完成周期較長(zhǎng)[5-7]。這種模式導(dǎo)致學(xué)生理論與實(shí)踐脫節(jié)，理論知識(shí)無(wú)法指導(dǎo)實(shí)踐內(nèi)容，學(xué)生進(jìn)度較慢，不但會(huì)很快遺忘理論知識(shí)，且對(duì)于理論知識(shí)理解不透徹。

為了實(shí)施SPOC混合模式教學(xué)改革，課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)因地制宜地為學(xué)生制作了優(yōu)秀的微課教學(xué)資料，包含微課視頻、微課PPT和教學(xué)案例等，其中微課視頻建設(shè)是重點(diǎn)，總計(jì)106個(gè)，時(shí)長(zhǎng)近39小時(shí)。課堂教學(xué)的采用講練結(jié)合的模式，以講帶練，練中有講，融講于練，講練一體化，旨在將教師的講授和學(xué)生的訓(xùn)練有機(jī)結(jié)合，使講與練在教學(xué)目標(biāo)的統(tǒng)領(lǐng)下，互相促進(jìn)、相得益彰，迅速而高效地完成教學(xué)任務(wù)，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。教師的講只須快速梳理知識(shí)點(diǎn)，精講重難點(diǎn)，重點(diǎn)突出、難點(diǎn)突破，節(jié)約了講授所花費(fèi)的時(shí)間，縮短了理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)化過(guò)程，增加了編程訓(xùn)練的時(shí)間；以編程能力培養(yǎng)和計(jì)算思維能力培養(yǎng)為目標(biāo)，加快了知識(shí)內(nèi)化的進(jìn)程。

以任務(wù)驅(qū)動(dòng)、小組討論、啟發(fā)教學(xué)為主，以學(xué)生為主、教師為輔的模式構(gòu)建學(xué)生課堂任務(wù)的學(xué)習(xí)。教師引導(dǎo)性地進(jìn)行課堂教學(xué)，學(xué)生協(xié)同完成相關(guān)任務(wù)，這是一個(gè)“啟發(fā)—引導(dǎo)—提問(wèn)—答疑”循環(huán)往復(fù)的過(guò)程，這樣的方式真正做到了理論融入學(xué)習(xí)、講練結(jié)合、沉浸與放松相結(jié)合。

2.2 SPOC教學(xué)模式改革

教學(xué)改革過(guò)程中將教學(xué)分為三個(gè)主要階段：課前線上學(xué)習(xí)、課中知識(shí)梳理與課后知識(shí)鞏固。

課前線上學(xué)習(xí)內(nèi)容主要包括視頻學(xué)習(xí)和瀏覽PPT。這一環(huán)節(jié)不要求學(xué)生完全理解并掌握相關(guān)內(nèi)容，尤其是較難知識(shí)點(diǎn)只要求學(xué)生了解相關(guān)知識(shí)，以便在課堂教學(xué)中盡快與教師達(dá)成同步，能夠更好地理解和掌握相關(guān)知識(shí)；同時(shí)，也有助于教師了解學(xué)生線上學(xué)習(xí)情況，以便課堂教學(xué)時(shí)更多地掌握學(xué)生的理解程度，及時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度和教學(xué)方式。

課堂教學(xué)主要以學(xué)生參與為主，教師講解為輔。教師使用少部分時(shí)間進(jìn)行重難點(diǎn)知識(shí)梳理，以便使學(xué)生高效理解理論知識(shí)。學(xué)生參與為主，主要是教師通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)、啟發(fā)式教學(xué)、探究式學(xué)習(xí)、小組討論等多種形式進(jìn)行以學(xué)生為主體的教學(xué)，學(xué)生針對(duì)線上學(xué)習(xí)后出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行研討，教師針對(duì)問(wèn)題在課堂上進(jìn)行講解；對(duì)于共性問(wèn)題和普遍存在的問(wèn)題進(jìn)行統(tǒng)一講解，對(duì)于個(gè)性問(wèn)題可以在課堂上進(jìn)行解答，也可以在私下向?qū)W生解答。

課后知識(shí)鞏固主要是對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行一個(gè)完整的閉合。首先，學(xué)生可以依據(jù)自身情況進(jìn)行視頻的再次學(xué)習(xí)，并完成每一章的章節(jié)測(cè)試；其次，教師在超星平臺(tái)發(fā)布與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的作業(yè)以檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果和鞏固學(xué)習(xí)內(nèi)容。章節(jié)測(cè)試和作業(yè)包括有主觀題和客觀題，客觀題由系統(tǒng)自動(dòng)批閱，主觀題需要教師及時(shí)批閱，并對(duì)作業(yè)情況再次進(jìn)行答疑解惑，此時(shí)的答疑并不占用課堂時(shí)間，而是每周一次的課余固定時(shí)間。

2.3 過(guò)程性考核與上機(jī)考核并重

過(guò)程性考核包含線上考核與線下考核。線上考核占最終考試成績(jī)的20%，線上考核主要是課程視頻和PPT的學(xué)習(xí)、章節(jié)測(cè)試、課后做業(yè)；線下考核占最終考試成績(jī)的80%包括程序設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)以及末期考核。末期考核將通常試卷命題考試方式更改為系統(tǒng)自動(dòng)組卷方式，盡可能做到一人一卷，試卷覆蓋面廣、知識(shí)點(diǎn)全、題型多樣等特點(diǎn)，試題更側(cè)重實(shí)踐能力的考核而非記憶性知識(shí)的重組。

3 教學(xué)改革效果

從超星平臺(tái)導(dǎo)出的數(shù)據(jù)可以看出，較之前的教學(xué)效果，此次教學(xué)改革后的教學(xué)成果顯著有效，學(xué)生對(duì)于算法的理解能力有所增強(qiáng)，編程能力和計(jì)算思維能力均有大幅提升。2023年秋季學(xué)期，學(xué)院的3個(gè)專(zhuān)業(yè)共8個(gè)班同時(shí)開(kāi)設(shè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程，學(xué)院對(duì)其中的6個(gè)班進(jìn)行了教學(xué)改革，兩個(gè)班的教學(xué)沒(méi)有參與教學(xué)改革，學(xué)期結(jié)束后從教務(wù)系統(tǒng)導(dǎo)出的學(xué)生成績(jī)分布數(shù)據(jù)如表1表示，上述班級(jí)的良好率、中等率、及格率以及平均分的數(shù)據(jù)如圖1所示。

從表1和圖1可以看出，雖然八個(gè)的標(biāo)準(zhǔn)差沒(méi)有明顯的差異，但從等級(jí)率、及格率和平均分上可以看出：實(shí)施教學(xué)改革班級(jí)的整體成績(jī)明顯優(yōu)于未實(shí)施教學(xué)改革班級(jí)的成績(jī)，其中計(jì)科2202班級(jí)的優(yōu)秀率為4.40%，計(jì)科2322班級(jí)的優(yōu)秀率為3.57%，而未實(shí)施教學(xué)改革的班級(jí)均未出現(xiàn)考核優(yōu)秀的學(xué)生；良好率在20%以上的3個(gè)班級(jí)均為教學(xué)改革的班級(jí)；及格率達(dá)到80%以上的4個(gè)班級(jí)均為參與教學(xué)改革的班級(jí)，及格率低于50%的班級(jí)為智能2201，此班級(jí)未進(jìn)行教學(xué)改革。從此表的數(shù)據(jù)可以看出，實(shí)施教學(xué)改革班級(jí)的教學(xué)效果明顯優(yōu)于未實(shí)施教學(xué)改革的班級(jí)。

在課程進(jìn)行過(guò)程中，不間斷與學(xué)生溝通，將學(xué)生反饋意見(jiàn)進(jìn)行總結(jié)，大致可以歸納為以下幾點(diǎn)：1） 共同認(rèn)知：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程相對(duì)較難，理論知識(shí)理解較難；2） 未實(shí)施教學(xué)改革的班級(jí)：傳統(tǒng)教學(xué)方式對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程沒(méi)有明顯改善，對(duì)于較難理解的知識(shí)和算法實(shí)現(xiàn)通常借助于多種方式解決或是等待下次上課時(shí)與教師溝通解決；3） 實(shí)施教學(xué)改革的班級(jí)：初期不太適應(yīng)這種教學(xué)方式，但幾周后發(fā)現(xiàn)通過(guò)“課前—課中—課后”和講練結(jié)合的學(xué)習(xí)方式，更容易理解相關(guān)內(nèi)容，對(duì)于沒(méi)有掌握的知識(shí)可以通過(guò)線上視頻多次學(xué)習(xí)，尤其是鏈表、圖、樹(shù)等知識(shí)的學(xué)習(xí)；團(tuán)隊(duì)協(xié)作效果明顯優(yōu)于自己獨(dú)立完成，尤其是編程實(shí)現(xiàn)各種算法時(shí)，以“優(yōu)帶弱”的團(tuán)隊(duì)效果非常顯著，編寫(xiě)代碼所用的時(shí)間明顯縮短；課程設(shè)計(jì)期間，團(tuán)隊(duì)協(xié)作，成員發(fā)揮各自所長(zhǎng)，使得項(xiàng)目完成率及完成效果大幅提升。

綜上所述，教學(xué)資源的整合與優(yōu)化為優(yōu)秀學(xué)生提供了更為廣闊的學(xué)習(xí)平臺(tái)，使得他們獲取知識(shí)的方式更多樣化，對(duì)知識(shí)的理解更全面和更透徹，對(duì)知識(shí)的掌握更持久，對(duì)理論知識(shí)的運(yùn)用更靈活，因此教學(xué)改革取得了較好的效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

本課程以金課建設(shè)為目標(biāo)，針對(duì)新工科人才培養(yǎng)需求，課程團(tuán)隊(duì)建設(shè)了優(yōu)質(zhì)的微課視頻、電子教案、教學(xué)案例和教學(xué)設(shè)計(jì)等，基于這些開(kāi)展的以能力培養(yǎng)為目標(biāo)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程SPOC混合模式的教學(xué)改革與實(shí)踐，改變了教學(xué)模式及考核方式，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，真正做到以學(xué)生為中心，以教師為指導(dǎo)，達(dá)到了為學(xué)生賦能的目標(biāo)。但是教學(xué)改革還有進(jìn)一步改進(jìn)的空間，例如，如何縮小學(xué)生學(xué)習(xí)效率的差距，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上如何提高學(xué)生的良好率和優(yōu)秀率，這是以后教學(xué)改革研究的重點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳鳳琴.“MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂” 教學(xué)模式在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代職業(yè)教育，2022（10）：28-30.

[2] 孫寶珍，華彪.后MOOC時(shí)代SPOC物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)混合教學(xué)模式探索與實(shí)踐[J].高教學(xué)刊，2024，10（15）：120-123.

[3] 白倩，沈書(shū)生，李藝.審視與啟示：發(fā)生建構(gòu)論視野中的知識(shí)觀探析[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2022，32（8）：26-33

[4] 章麗玲.新工科教育中以提高程序設(shè)計(jì)能力為目標(biāo)的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].湖北第二師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2023，40（8）：95-100.

[5] 曲宏山，王淼.計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中計(jì)算思維能力培養(yǎng)探索與實(shí)踐[C]//全國(guó)高等院校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育研究會(huì).北京：清華大學(xué)出版社，2012.

[6] 段群，李紅，王曉妮.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程思政案例的設(shè)計(jì)探析[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2024，20（10）：150-152.

[7] 吳粉俠，李紅，唐云凱.“C++語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)” 線上線下混合教學(xué)模式探索與實(shí)踐[J].無(wú)線互聯(lián)科技，2021，18（1）：127-129.

【通聯(lián)編輯：王 力】