基于学习金字塔模型的课程教学模式改革与实践——以数据结构与算法课程为例

王宇英

（桂林电子科技大学计算机与信息安全学院，广西 桂林 541004）

课程改革是教学改革落实的“最后一公里”，先进的教育理念、教学内容必须通过课程改革的落实才能作用在学生身上[1]。传统的听讲式教学由于实施简单而一直被广泛应用。随着信息技术的发展、学生学习要求的提高，“听讲式”教学备受质疑。近年来兴起的线上教学、线上线下混合教学是对传统教学方式的一个改革探索。计算机类课程理论与实际应用要求都较高，传统教学模式下，学生普遍反映能做题但动手难[2]。课程组基于学习金字塔模型，在数据结构与算法课程实施了一系列教学改革，较好地提高了学生的学习效果，课程教学改革模式在本校计算机类课程进行了推广应用，能很好地支撑实践能力培养。

1 传统的课程教学模式及存在的问题

大学传统的课程教学模式是“课堂老师授课+课后定期辅导+实验室实验”，传统教学模式主要存在以下问题[3]：

（1）学生被动学习，学习保持率低，实践动手能力弱。

传统课程教学模式属于“听讲式”教学方法，教师单向灌输，学生被动学习，学习保持率低，历年教学反馈中学生普遍反映课堂知识、理论学习与课后实践脱节，上课能听懂但课后实际动手难，如数据结构与算法课程，学生普遍反映上课能听懂，但课后数据结构的具体实现、操作的运用难以实现，而传统的实验以实验室实验为主，一方面实验项目设计与工程问题、实际应用脱离，另一方面，实践面临时空约束，实践训练不足，算法效率、程序规范化意识不强，软件素养培养不足。

（2）课后辅导具有被动性，无法满足学生个性化学习要求。

教师定期线上或线下辅导，处于等待学生来答疑的状态；而学生因为个体差异，学习要求、进度差异较大，面临统一的教学进度，需要有更多形式、个性化的学业辅导。

（3）教学过程考核评价缺失，不符合OBE 理念[4]。

传统课堂教师一般通过课堂提问、课后作业方式检查学生学习效果，过程性考核评价方式单一，评价反馈不及时，不利于教师全面了解学生学习效果和教师持续改进教学。

随着信息技术和智能设备的发展，学生利用丰富的互联网资源随时随地学习成为可能，线上模式、线上线下混合教学模式逐渐走入高校[5]。但高校依然以线下课堂教学模式为主，最根本的原因是学生学习内驱力不足，自主学习能力差异较大，主动学习意识缺乏。本文基于学习金字塔模型对数据结构与算法课程教学模式进行改革，主要目标是激发学生的学习主动性和学习兴趣，实现从“要我学”到“我要学”的质变。

2 课程教学模式改革思路与实践

深度融合信息技术，提出了“研、教、学、练、测、评”六位一体课程教学新模式，包括线上线下理论教学改革、线上线下实验教学改革和线上线下评价考核改革三方面。

（1）面向“建模能力、算法设计与优化能力、计算思维”培养，基于典型问题进行教学内容的设计和重构，实施线上视频学习，线下“理论+实践”新型课堂教学结合的理论教学改革。

基于典型问题重构教学内容，建设线上微课教学视频，支持学生自主线上学习。具体做法是：改变传统以教材为本，按章节教学模式，建设典型数据结构的问题资源库，同时围绕典型问题求解对教学内容进行重构，每种数据结构的教学围绕“问题分析-建模-算法设计-算法实现-测试-性能优化”6 个步骤，训练学生计算思维、建模能力和算法设计与优化能力。

实施“理论+实践”结合，融“讲—练—测—评”于一体的新型理论课堂。数据结构与算法对解决实际问题的分析、建模和应用能力要求高，需要学生不断实践和训练，根据学习金字塔模型，“做中学”和“实际演练”“教别人”和“马上应用”两种学习方法属于主动学习的范畴，能达到75%-90%的学习保持率。课程组经过精心挑选，确定使用Educoder平台作为线上实践平台，融“讲-练-测-评”于一体的“理论+实践”新型课堂教学模式改革方案，让学生能做中学，马上应用所学算法或程序设计。具体做法是：在Educoder 平台建设典型数据结构和排序、查找等基本操作、应用实训。课堂教学中，“教师讲授，学生算法训练，课堂测试，师生点评”多种教学活动穿插进行，学生在理论学习后即时练、即时测，教师即时评，通过测、评了解学生学习短板，教师可基于课上评测结果及时采取措施改进教学，而学生可以及时训练，提高学习效果。通过多年实践，“理论+实践”新型课堂很好地解决了传统理论课堂单向灌输的问题，学生深度融入课堂教学活动，学习主动性大大提高，学习效果提升明显，实现了从“要我学”到“我要学”的转变，提升了学习保持率。

（2）面向“解决复杂问题能力、创新意识、团队合作能力”培养，实施“线上基础实验+线下综合实验”结合，优势互补的实验教学模式。

传统实验教学中，课内实验学时少，课外实验效果难以保证。课程组选择的Educoder 平台同时支持闯关式实验和金币奖励机制，教师可以设置实验项目的难度，从易到难，引导学生逐步深入、探讨和挑战实验项目，提高学生的主动思考能力和学习积极性，让他们进入一种“沉浸式”的实验教学模式，提升学生学习兴趣的同时打破传统实验模式的时空约束，让学生能随时随地闯关，并能反复训练，实验教师根据平台数据能全面掌握学生实验时间投入、实验难点和进度等。同时利用有限的课内实验学时组织学生线下进行综合实验，通过自拟课题、组队、答辩等环节训练学生的团队合作能力和解决复杂问题/实际问题的能力。

（3）为保障实验效果，构建了生生互助辅导、教师/助教线上随时答疑+线下定期答疑方式。

具体做法是：在高年级和同年级学生中征集志愿者作为辅导答疑者，每天晚上安排固定的闯关答疑时间和地点，为学生实验闯关提供帮助。辅以教师、助教在课程QQ 群的随时答疑和每周定时答疑，助力学生自主学习。

（4）基于OBE 理念，设计了全过程多维度、定量与定性结合、过程性评价与结果评价结合的评价考核模式。

以学生为中心，以课程目标达成为导向，融合MOOC、慕课堂、Educoder、线下期末考试，线上线下围绕课程目标达成对学生的精准、量化评价，进而持续改进教学。具体做法是：建设线上测试资源，用于单元测试和综合测试。使用慕课堂签到和练习功能，掌握学生到课情况和课堂学习效果；使用Educoder单元测试了解学生单元学习后知识掌握情况，使用Educoder 的实训掌握学生实际应用能力；同时使用问卷调查法收集学生对学习效果的自我评价，实现了“知识-能力”全方位过程性测试，“课前测-课堂测-课后测”，“知识点测试-单元测试-课程综合测试”。

3 课程教学模式改革实施效果

（1）成就感驱动，学生学习投入增加，学习主动性提升。

闯关模式实训方式，让学生能充分感受通过关卡时的获得感，过关时的愉悦感和成就感促使学生主动投入学习，每学期学生在线评测次数超过250 次，90%以上学生能按时完成实训闯关、测试，学习主动性提高了。

（2）课堂活起来了，学生学习效果、能力提升明显。

通过课上实训，教师将算法策略分析、算法实现搬进课堂，学生听完算法讲解后立即实操，课堂上学生的关注度提高，通过马上应用，做中学，能很快应用所学知识，学习兴趣大为提升，数据结构基本操作、算法应用实践能力明显提升。连续三年对学生的考核结果进行跟踪、统计对比可以看出学生的算法分析、设计题得分率提高，学习效果获得提升。

（3）应用知识解决实际问题的能力提升，实践作品丰富，且完成质量提高。

近两年，由学生自主选题，通过团队合作完成综合实验，学生根据日常学习生活拟定课题，题目覆盖24 点游戏、校园导航、迷宫游戏、扫雷游戏、桌面日历、压缩软件、算法可视化演示系统等近30 种不同题目的综合实验作品，作品应用价值好，界面美观，质量高。

4 结语

传统的课程教学模式下，课堂上学生睡觉、玩手机现象越来越普遍，没有吸引力和参与度的课堂越来越难以适应互联网时代的大学生，如何吸引学生在课堂上主动参与教学活动是广大教师应思考的问题。基于学习金字塔模型的教学模式取得较好的教学效果应用于在校内其他课程，本校有130 余名教师，180 余门次课程（包括C 语言、Python、Java、C++、数据结构等程序设计和算法设计类课程；数据库、Web 前端开发、Android 应用开发、网站规划与艺术、网络编程等软件设计类课程；应用密码学、网络攻防等信息安全类课程和软件测试、操作系统等）参考该课程模式进行改革。课程基于信息平台，让学生在课上忙起来，深度参与进来，改变教师讲学生听的现状，而让学生在做中学，对于计算机类或操作性强的课程有很好的借鉴意义。