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

摘要：為了提升數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程的教學效果，激發(fā)學生的學習興趣，提高學生學習的主動性，文章針對課程教學中的挑戰(zhàn)，提出了以能力培養(yǎng)為目標的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、方法和評價五個方面進行SPOC模式混合教學創(chuàng)新設計與實踐，通過線上線下結(jié)合、講練結(jié)合、任務驅(qū)動等方式，有效提升了學生的編程能力和算法思維能力。實踐結(jié)果表明，該混合模式顯著提高了學生的學習成效。

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

中圖分類號：G642" " " 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）16-0149-03

開放科學（資源服務） 標識碼（OSID）

0 引言

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

1 傳統(tǒng)教學過程中存在的弊端

1.1 課程內(nèi)容多、學時少、實踐環(huán)節(jié)不足

隨著教育改革的推進，該課程從早期的總學時數(shù)為72學時壓縮至64學時，其中理論內(nèi)容學時為48，實踐學時數(shù)為24。想要系統(tǒng)地完成理論教學內(nèi)容，難度較大，通常的解決方案是縮減教學內(nèi)容，或者對于部分內(nèi)容少講或不講；這就為后續(xù)課程的教學以及學生的學習帶來較大困難。并且，僅有的24個實踐學時也多以驗證型實驗為主，實驗內(nèi)容主要偏向于課本中的基礎實驗，難度較低。在這種模式下，對課程的學習大多只停留在理論分析階段，尤其是對于鏈式存儲、函數(shù)、指針等知識理解不透徹，對于結(jié)構(gòu)體類型的使用掌握相對較差，學生的編程能力和算法思維能力都難以得到鍛煉與提升，學生利用所學知識解決問題的能力明顯不足。

1.2 難度大，學習積極性不高

在課程教學過程中，知識有難、有易，對于簡單的知識點，如線性表、棧與隊列，學生學習積極性較高；但是對于難度較高的知識點，如廣義表、樹、圖、查找和排序，學生理解困難，導致學習積極性較差。同時，往年的考試成績也可以看出，這部分內(nèi)容的得分率相對較低，甚至有少數(shù)學生出現(xiàn)不得分情況。加之，傳統(tǒng)教學主要以教師講授為主，學生處于被動學習狀態(tài)，學習者沉浸度不高。

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)的目標要求學生有工程應用開發(fā)能力，傳統(tǒng)的考試以命題型考試為主，重點考查數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的基本理論，對于學生實際編程能力只能以卷面形式呈現(xiàn)。這種方式難以考核學生分析程序、調(diào)試程序、運行程序的能力，無法掌握學生解決實際問題的能力。

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

1.4 線上學習任務重，課余時間分配少

視頻課程沒有受到課時的限制，教師會將更多、更細的知識呈現(xiàn)在視頻課程中。而學生的開課數(shù)目也相對較多，如果教師都采用普通的混合教學模式，那么對于學生來說，則學習相對較重。另外，學生除了正常的學習任務之外，還有其他的課外活動，這樣，學生能夠支配的時間就會相對較少。如果每一位教師都要求學生認真學習線上視頻課程，課后再完成一定數(shù)量的課后作業(yè)，會導致大多數(shù)學生忽略學習效果、疲于應付，實際學習內(nèi)容的完成度不高。課前環(huán)節(jié)形同虛設，誤導了教學中對學前狀態(tài)的判斷，影響課堂教學效果。即使教師發(fā)現(xiàn)了課前這些問題，及時調(diào)整教學內(nèi)容和教學的方式方法，這也難免影響了教學進度與教學任務的完成。

1.5 分組教學中，團隊意識不夠

團結(jié)協(xié)作和心齊勁足是團隊合作的關(guān)鍵，同樣，一個團隊要實現(xiàn)最終的目標，必須確保目標明確、一致，并相互認同和支持。團隊協(xié)作可以極大提高工作效率，當團隊成員共同合作、分工明確時，可以更快地完成任務。通過各個成員的專業(yè)知識和技能的結(jié)合，可以充分利用每個人的優(yōu)勢，有效地解決問題。然而，在實際教學過程中發(fā)現(xiàn)：學生的團隊意識不強，學習好的學生更愿意獨立解決問題，這些學生不愿意讓其他學生影響自己的進度，他們更愿意用自己的方法獨立解決問題；而學習弱的學生不好意思求助別人，這就導致分組成為虛設，難以達到團隊協(xié)作的目的。

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

2.1 創(chuàng)新理念

SPOC由加州大學的阿曼德.福克斯教授最早提出和應用的。SPOC能根據(jù)教學的每個環(huán)節(jié)、針對小范圍的學生進行針對性的在線教學設計，既克服了傳統(tǒng)教學方法單一片面的缺點，又彌補了MOOC（Massive Open Online Courses，大型開放式網(wǎng)絡課程） [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混合模式課程教學堅持以學生為中心，還課堂于學生，把知識性學習和理論性學習等都轉(zhuǎn)移到線上由學生以自己的節(jié)奏去學習，這樣不同理解力學習能力的同學都能獨立完成理論學習[3-4]。

通常的教學過程是理論與實踐相分離，理論課上講理論，實踐課上做實驗，一般情況下實踐課時間滯后于理論課時間，這種理論與實踐相分離的模式，使得一個完整的教學內(nèi)容需要很長時間來完成，且完成周期較長[5-7]。這種模式導致學生理論與實踐脫節(jié)，理論知識無法指導實踐內(nèi)容，學生進度較慢，不但會很快遺忘理論知識，且對于理論知識理解不透徹。

為了實施SPOC混合模式教學改革，課程教學團隊因地制宜地為學生制作了優(yōu)秀的微課教學資料，包含微課視頻、微課PPT和教學案例等，其中微課視頻建設是重點，總計106個，時長近39小時。課堂教學的采用講練結(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生的訓練有機結(jié)合，使講與練在教學目標的統(tǒng)領(lǐng)下，互相促進、相得益彰，迅速而高效地完成教學任務，達成教學目標。教師的講只須快速梳理知識點，精講重難點，重點突出、難點突破，節(jié)約了講授所花費的時間，縮短了理論到實踐的轉(zhuǎn)化過程，增加了編程訓練的時間；以編程能力培養(yǎng)和計算思維能力培養(yǎng)為目標，加快了知識內(nèi)化的進程。

以任務驅(qū)動、小組討論、啟發(fā)教學為主，以學生為主、教師為輔的模式構(gòu)建學生課堂任務的學習。教師引導性地進行課堂教學，學生協(xié)同完成相關(guān)任務，這是一個“啟發(fā)—引導—提問—答疑”循環(huán)往復的過程，這樣的方式真正做到了理論融入學習、講練結(jié)合、沉浸與放松相結(jié)合。

2.2 SPOC教學模式改革

教學改革過程中將教學分為三個主要階段：課前線上學習、課中知識梳理與課后知識鞏固。

課前線上學習內(nèi)容主要包括視頻學習和瀏覽PPT。這一環(huán)節(jié)不要求學生完全理解并掌握相關(guān)內(nèi)容，尤其是較難知識點只要求學生了解相關(guān)知識，以便在課堂教學中盡快與教師達成同步，能夠更好地理解和掌握相關(guān)知識；同時，也有助于教師了解學生線上學習情況，以便課堂教學時更多地掌握學生的理解程度，及時調(diào)整教學進度和教學方式。

課堂教學主要以學生參與為主，教師講解為輔。教師使用少部分時間進行重難點知識梳理，以便使學生高效理解理論知識。學生參與為主，主要是教師通過任務驅(qū)動、啟發(fā)式教學、探究式學習、小組討論等多種形式進行以學生為主體的教學，學生針對線上學習后出現(xiàn)的問題進行研討，教師針對問題在課堂上進行講解；對于共性問題和普遍存在的問題進行統(tǒng)一講解，對于個性問題可以在課堂上進行解答，也可以在私下向?qū)W生解答。

課后知識鞏固主要是對所學知識進行一個完整的閉合。首先，學生可以依據(jù)自身情況進行視頻的再次學習，并完成每一章的章節(jié)測試；其次，教師在超星平臺發(fā)布與教學內(nèi)容相關(guān)的作業(yè)以檢驗學習效果和鞏固學習內(nèi)容。章節(jié)測試和作業(yè)包括有主觀題和客觀題，客觀題由系統(tǒng)自動批閱，主觀題需要教師及時批閱，并對作業(yè)情況再次進行答疑解惑，此時的答疑并不占用課堂時間，而是每周一次的課余固定時間。

2.3 過程性考核與上機考核并重

過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的20%，線上考核主要是課程視頻和PPT的學習、章節(jié)測試、課后做業(yè)；線下考核占最終考試成績的80%包括程序設計、實驗報告撰寫以及末期考核。末期考核將通常試卷命題考試方式更改為系統(tǒng)自動組卷方式，盡可能做到一人一卷，試卷覆蓋面廣、知識點全、題型多樣等特點，試題更側(cè)重實踐能力的考核而非記憶性知識的重組。

3 教學改革效果

從超星平臺導出的數(shù)據(jù)可以看出，較之前的教學效果，此次教學改革后的教學成果顯著有效，學生對于算法的理解能力有所增強，編程能力和計算思維能力均有大幅提升。2023年秋季學期，學院的3個專業(yè)共8個班同時開設數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程，學院對其中的6個班進行了教學改革，兩個班的教學沒有參與教學改革，學期結(jié)束后從教務系統(tǒng)導出的學生成績分布數(shù)據(jù)如表1表示，上述班級的良好率、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，雖然八個的標準差沒有明顯的差異，但從等級率、及格率和平均分上可以看出：實施教學改革班級的整體成績明顯優(yōu)于未實施教學改革班級的成績，其中計科2202班級的優(yōu)秀率為4.40%，計科2322班級的優(yōu)秀率為3.57%，而未實施教學改革的班級均未出現(xiàn)考核優(yōu)秀的學生；良好率在20%以上的3個班級均為教學改革的班級；及格率達到80%以上的4個班級均為參與教學改革的班級，及格率低于50%的班級為智能2201，此班級未進行教學改革。從此表的數(shù)據(jù)可以看出，實施教學改革班級的教學效果明顯優(yōu)于未實施教學改革的班級。

在課程進行過程中，不間斷與學生溝通，將學生反饋意見進行總結(jié)，大致可以歸納為以下幾點：1） 共同認知：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程相對較難，理論知識理解較難；2） 未實施教學改革的班級：傳統(tǒng)教學方式對學習過程沒有明顯改善，對于較難理解的知識和算法實現(xiàn)通常借助于多種方式解決或是等待下次上課時與教師溝通解決；3） 實施教學改革的班級：初期不太適應這種教學方式，但幾周后發(fā)現(xiàn)通過“課前—課中—課后”和講練結(jié)合的學習方式，更容易理解相關(guān)內(nèi)容，對于沒有掌握的知識可以通過線上視頻多次學習，尤其是鏈表、圖、樹等知識的學習；團隊協(xié)作效果明顯優(yōu)于自己獨立完成，尤其是編程實現(xiàn)各種算法時，以“優(yōu)帶弱”的團隊效果非常顯著，編寫代碼所用的時間明顯縮短；課程設計期間，團隊協(xié)作，成員發(fā)揮各自所長，使得項目完成率及完成效果大幅提升。

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

4 結(jié)束語

本課程以金課建設為目標，針對新工科人才培養(yǎng)需求，課程團隊建設了優(yōu)質(zhì)的微課視頻、電子教案、教學案例和教學設計等，基于這些開展的以能力培養(yǎng)為目標的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程SPOC混合模式的教學改革與實踐，改變了教學模式及考核方式，充分調(diào)動了學生學習的積極性，真正做到以學生為中心，以教師為指導，達到了為學生賦能的目標。但是教學改革還有進一步改進的空間，例如，如何縮小學生學習效率的差距，在現(xiàn)有基礎上如何提高學生的良好率和優(yōu)秀率，這是以后教學改革研究的重點。

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【通聯(lián)編輯：王 力】