基于SPOC的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》“三階式”混合教學(xué)模式初探

梁長梅，劉艷紅，馬志剛，徐苗

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太谷）

《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020）》中明確提出：“高等教育信息化是促進高等教育改革創(chuàng)新和提高教育質(zhì)量的有效途徑”[1]。建立基于信息技術(shù)與教育融合基礎(chǔ)上的新型信息化教育環(huán)境成為高等教育教學(xué)質(zhì)量提升的重要手段。因而，小規(guī)模限制性在線課程（Small Private Online Course，簡稱SPOC）作為一種與時俱進的教學(xué)模式而產(chǎn)生。

SPOC由美國加州大學(xué)伯克利分校阿曼·?？怂菇淌谟?013年提出[2]，針對MOOC（Massive Open Online Course）運行中存在的低完成率和高輟學(xué)率以及導(dǎo)師少[3]等問題導(dǎo)致的教學(xué)模式單一、個性化學(xué)習難以實現(xiàn)、評估及認證方式不明確、人文主義和情感價值觀培養(yǎng)缺失等[2]缺點，是一種利用MOOC資源開展的、面向小群體進行課堂教學(xué)與在線教學(xué)的混合教學(xué)模式[4]。自2014年中國大學(xué)MOOC平臺增設(shè)“SPOC專區(qū)”以來，已有百余所高校參與了SPOC課程建設(shè)，開設(shè)了300余門SPOC課程[5]。

目前，基于SPOC的混合教學(xué)模式已成為教育領(lǐng)域關(guān)注的熱點問題[2]。趙蕓和徐興[5]提出了基于翻轉(zhuǎn)課堂和OBE（Outcome Based Education）的《算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)新模式；肖瑤星和黃鵬[3]基于超星慕課平臺試行“SPOC+對分課堂”教學(xué)模式；楊劍[3]針對《C語言程序設(shè)計》采用“MOOC+SPOC”，構(gòu)建了混合教學(xué)評價指標體系，提升了課堂教學(xué)效果[4]、學(xué)生的學(xué)習主動性[6]，取得了良好的效果。但本質(zhì)上，SPOC是針對小規(guī)模、特定人群，融合在線學(xué)習與傳統(tǒng)課堂的新的混合教學(xué)模式[2]。因而，學(xué)生的知識背景，特別是不同專業(yè)因培養(yǎng)目標不同而導(dǎo)致課程設(shè)置不同所引發(fā)的學(xué)生基礎(chǔ)知識的差異，必然會直接影響教學(xué)效果。但就所知，有關(guān)農(nóng)林院校計算機類專業(yè)相關(guān)課程基于SPOC的教學(xué)模式尚未見報道。線上線下（Online to Offline，O2O）混合，是一種商業(yè)運營模式，有效地實現(xiàn)了產(chǎn)品和服務(wù)的無線對接，優(yōu)化了用戶體驗，提高了經(jīng)營效率和收益。如今，在教學(xué)中運用商業(yè)中的O2O模式，結(jié)合線上、線下教學(xué)模式，成為當前教學(xué)改革的方向[7-8]。

響應(yīng)教育部“停課不停教，停課不停學(xué)”的號召，農(nóng)林類院校積極組織教師自建網(wǎng)絡(luò)課程、開展線上線下混合教學(xué)?！稊?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)團隊在自建網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)資源的基礎(chǔ)上，以應(yīng)用型人才培養(yǎng)理念為導(dǎo)向，以金課建設(shè)的“兩性一度”為契機，基于過程性評價方式的視角，借助“超星慕課+SPOC”混合教學(xué)模式，踐行教師、學(xué)生雙主體教學(xué)理念，體現(xiàn)“以學(xué)生為中心，能力培養(yǎng)為目的”，構(gòu)建了適合農(nóng)林類院校計算機專業(yè)相關(guān)課程的“三階式”（低階-中階-高階）線上線下混合教學(xué)模式。

一 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》的課程性質(zhì)與任務(wù)

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)必修課程之一，是計算機程序設(shè)計的重要理論基礎(chǔ)[9]。在本校計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案中，該課程在第三學(xué)期開設(shè)，學(xué)分3.5，總學(xué)時為56（課堂教學(xué)48學(xué)時+實驗教學(xué)8學(xué)時）。

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程知識點繁多且復(fù)雜，邏輯性強且抽象[7]，內(nèi)容前后銜接密切，算法閱讀與編程難度大，學(xué)生在短時間內(nèi)很難將所學(xué)到的知識運用自如。由于學(xué)生編程能力差，不能獨立解決問題，導(dǎo)致其學(xué)習壓力較大，教學(xué)效果較差。此外，學(xué)生個體學(xué)習能力、基礎(chǔ)知識及編程水平的參差不齊，教學(xué)中因材施教的難以實施，也是導(dǎo)致教學(xué)效果較差的原因。

二 混合教學(xué)的設(shè)計與實施

線上線下混合教學(xué)模式是在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代產(chǎn)生的教學(xué)模式[10]，已成為高等教育教學(xué)的新常態(tài)。該教學(xué)模式以線上課程資源為依托，基于某種智慧教學(xué)平臺，充分利用線上資源和信息化技術(shù)手段，將網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)（線上）與傳統(tǒng)課堂教學(xué)（線下）相結(jié)合，“線下授課為主，線上授課為輔”，彰顯教師的主導(dǎo)地位和學(xué)生的主體地位，激發(fā)學(xué)生自主、碎片化學(xué)習，提升課程教學(xué)效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量。

課程教學(xué)團隊為了更好地開展“三階式”混合教學(xué)模式，首先結(jié)合農(nóng)林院校計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生特點，對現(xiàn)有教學(xué)資源進行了收集和重組；其次，基于OBE教育理念，根據(jù)教學(xué)大綱對教學(xué)內(nèi)容進行模塊化重構(gòu)，形成了“三階式”模塊；最后，優(yōu)化了課程考核方式，形成了線上與線下并行、定性與定量結(jié)合的考核辦法。課程“三階式”混合教學(xué)模式如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)“三階式”混合教學(xué)模式

1.課程資源重組與優(yōu)化。教學(xué)團隊根據(jù)農(nóng)林類院校學(xué)生特點，收集整理了網(wǎng)絡(luò)相關(guān)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，并對課程重點和難點錄制了微視頻，依托教學(xué)大綱構(gòu)建了課程章節(jié)結(jié)構(gòu)；為了有效地控制學(xué)習進程，在章節(jié)中設(shè)置了任務(wù)點，形成了基于超星慕課的課程網(wǎng)絡(luò)平臺（圖2）。該課程共錄播視頻185個，視頻總時長2348分鐘；發(fā)布測驗和作業(yè)的習題503道，組建試題庫（61道）；上傳課程大綱、考核辦法等非視頻資源39個，發(fā)布課程公告191次。

圖2 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)情況

2.教學(xué)設(shè)計。根據(jù)布魯姆認知理論，結(jié)合歷年學(xué)生反饋情況，將各章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容劃分為低階、中階和高階三段，分別與學(xué)習層次中的記憶和理解、應(yīng)用和分析、評價和創(chuàng)造相對應(yīng)（圖1），便于開展模塊化教學(xué)，進而更好地實施混合教學(xué)模式。其中，低階層次的教學(xué)內(nèi)容主要是概念類、記憶類、結(jié)構(gòu)性知識（點），上傳至超星慕課平臺，采用任務(wù)點的形式由學(xué)生在課前自主完成；中階層次的教學(xué)內(nèi)容放在課中進行，由學(xué)生和教師共同完成；高階層次的教學(xué)內(nèi)容放在課后，由學(xué)生自主完成，并進行反饋。如第六章“樹”中，關(guān)于“二叉樹的概念、形態(tài)、性質(zhì)與應(yīng)用”這個知識點，其中，二叉樹的概念、基本形態(tài)和性質(zhì)1-3需要學(xué)生理解和記憶，屬于低價層次的教學(xué)內(nèi)容；二叉樹的性質(zhì)4-5屬于中階層次的教學(xué)內(nèi)容，需要學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上開展思考；二叉樹的應(yīng)用需要學(xué)生綜合利用二叉樹性質(zhì)進行求解，屬于高階的教學(xué)內(nèi)容。

（1）課前。教師將該知識點相關(guān)視頻和資料上傳至超星慕課平臺，設(shè)置成任務(wù)點（6.2.1）（圖3），并采用課程公告形式通知學(xué)生自主完成視頻學(xué)習。教師根據(jù)學(xué)生反饋情況或在線答疑，或發(fā)起在線討論，及時完成在線測驗。在此過程中，學(xué)生可以利用碎片化時間充分學(xué)習，且學(xué)習自由度較高，既能保證每個學(xué)生按要求進行知識的儲備，帶著充足的先決知識走進“教室”，又能充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習的主動性和能動性。同時，也可節(jié)省課堂上教師的講授時間，為課堂翻轉(zhuǎn)奠定了基礎(chǔ)。

圖3 課前（線上）學(xué)習流程

（2）課中。為了更好地激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習，線下課堂教學(xué)內(nèi)容應(yīng)以問題解決、探究及知識的個性化意義建構(gòu)、文化體驗與情感培養(yǎng)等為主[2]，實現(xiàn)個性化學(xué)習。在教學(xué)方法上，可采用案例式、任務(wù)式、探究式、啟發(fā)式等，以學(xué)生展示為主，教師僅做課堂的組織者，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和解決實際問題能力。首先，教師利用5分鐘對課前（線上）學(xué)習進行回憶和小結(jié)（圖4），對學(xué)生產(chǎn)生刺激性回憶，并根據(jù)測驗結(jié)果對存在的共性問題進行重點講授，以便學(xué)生更好地理解和掌握。其次，教師提出新的問題，并組織學(xué)生以課前分好的小組進行思考、討論10~15分鐘（圖4），促進知識的內(nèi)化理解。同時，教師走下講臺，參與到各個小組的討論中，根據(jù)學(xué)生學(xué)習需求提供針對性、個性化的指導(dǎo)，積極引導(dǎo)師生、生生之間交互活動，但不做出任何提示和評價，實現(xiàn)個性化學(xué)習。隨后，利用20~30分鐘時間，讓各小組分別選出一名代表展示他們組的結(jié)果。期間，其他組可進行質(zhì)疑，促進學(xué)生總結(jié)、反思，培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作精神以及批判性思維和創(chuàng)新性思維。全部小組展示結(jié)束后，教師對各小組的展示進行評價，歸納與總結(jié)，并將評價結(jié)果計入過程性考核中。最后，教師結(jié)合動畫演示幫助學(xué)生更好地理解遍歷遞歸算法，并進行課程小結(jié)，布置課后學(xué)生要準備和思考的課題（圖4）。

圖4 課中（線下）學(xué)習流程

（3）課后。為了鞏固所學(xué)知識，將高階（評價、創(chuàng)造）的知識點放到課后完成。學(xué)生首先應(yīng)完成學(xué)習平臺上的章節(jié)作業(yè)（圖5），遇到遺忘或不清楚的知識還可回看相關(guān)視頻進行復(fù)習，也可以發(fā)消息請教老師或求助同學(xué)。同時，要求學(xué)生學(xué)完一章之后，將所學(xué)知識點以思維導(dǎo)圖的方式呈現(xiàn)并以作業(yè)的形式（圖6）線上提交，確保學(xué)生對知識的理解、掌握，提高歸納、總結(jié)能力。為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習主動性，章節(jié)作業(yè)和思維導(dǎo)圖均記入過程性考核中。

圖5 章節(jié)作業(yè)

圖6 思維導(dǎo)圖

三 課程考核的調(diào)整與優(yōu)化

傳統(tǒng)線下教學(xué)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》的考核由兩部分組成，即實驗成績（30%）和期末考試成績（70%），僅對學(xué)生的最終學(xué)習效果進行考核，忽視了學(xué)生學(xué)習態(tài)度和學(xué)習過程的考核[4]。為了全面、科學(xué)地進行評價，特別是對學(xué)習過程進行考核，將課程考核分成期末成績（60%）和平時成績（40%）兩部分。其中，平時成績構(gòu)成如表1所示。

表1 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》平時成績構(gòu)成

通過對考核辦法的調(diào)整，增大了過程性考核比例，重點考核學(xué)生的學(xué)習過程、實踐環(huán)節(jié)以及其工程應(yīng)用能力，實現(xiàn)了對知識與技能的學(xué)習全過程考核，形成了線上線下并行、定量與定性相結(jié)合的多維度、多元化考核方式，與CDIO提倡的“過程性評價”相吻合[9]。

四 “三階式”混合教學(xué)模式效果分析

選取計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)18級學(xué)生采用傳統(tǒng)線下教學(xué)模式，選取19級、20級學(xué)生采用“三階式”混合教學(xué)模式，完成了2期實踐教學(xué)探索?！稊?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》成績統(tǒng)計如圖7所示。無論是傳統(tǒng)線下教學(xué)，還是混合教學(xué)，學(xué)生的成績呈正態(tài)分布。但不同的是，2018級學(xué)生的平均分為73.9，2019級平均分為78.4，2020級平均分為80.6分，且2019級和2020級學(xué)生最高分和最低分均高于2018級學(xué)生。這表明，采用“三階式”混合教學(xué)模式后，學(xué)生適應(yīng)度較高，學(xué)習興趣、信心、主動性、能力均有明顯的提升，成績明顯提高。

圖7 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》成績統(tǒng)計

五 結(jié)語

經(jīng)過本校2019級、2020級計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生實踐，《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程“三階式”線上線下混合教學(xué)模式，豐富的線上課程資源極大地拓展了學(xué)生的視野，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習興趣，有利于學(xué)生碎片化學(xué)習；雖然學(xué)生的課業(yè)負擔增加，但其課堂參與度提高，知識獲得感明顯增強；同時，由于課程的全部教學(xué)活動在課程考核中均量化體現(xiàn)，極大地激發(fā)了學(xué)生主動學(xué)習，有利于培養(yǎng)學(xué)生獨立分析和解決問題的能力，因而教學(xué)效果明顯提高?！叭A式”混合教學(xué)模式使任課教師感到備課工作量大，特別是翻轉(zhuǎn)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段的選擇，都需要精心設(shè)計、巧妙構(gòu)思。今后，團隊將繼續(xù)完善《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程線上資源、優(yōu)化教學(xué)設(shè)計、改進評價體系，深化課程改革，進一步提高教學(xué)效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量。