基于ARCS模型+线上线下混合的“数据结构”课程教学模式研究

邬志红 段喜龙

摘要 为促进新工科建设，落实教学改革“最后一公里”，文章对数据结构课程进行教学内容、方法和考核全方位的改革与实践探究，采用OBE教学理念，结合ARCS动机激励模型对学生持续激励，学生获得自我认可和学习动力，三阶段的线上线下混合教学模式，学习延展至课堂外，构建以学生为中心的教学过程。将行业发展和课程相关新知识、技术融入教学内容，适当提高课程挑战度，以能力培养为主线，增强产业融合，促进学生对理论知识的理解和实际运用，达到培养符合社会需求、能解决计算机类复杂工程问题创新人才的教学目标。

关键词 新工科；数据结构；ARCS；混合教学模式

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.11.026

教育部为促进新工科建设，先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，从《关于开展新工科研究与实践的通知》到《关于推荐新工科研究与实践项目的通知》，我们看到高等教育新的中国模式和教育强国建设的新方向。数据结构课程是计算机类专业的核心专业基础课，主要研究非数值计算问题，培养学生数据抽象的能力和进行复杂程序设计的能力。传统以教师为中心的讲授式教学模式偏重于促进学生掌握基础理论知识，为适应新工科建设，教师应注重培养学生分析和解决问题的能力，探索以学生为中心的新教学模式。本文以提高数据结构课程学习效果为目标，借助OBE教学理念，ARCS动机激励机制，针对数据结构课程实施教学改革，使学生独立解决实际应用问题，完成持续性深度学习，优化教学。

路红等人基于OBE理念对数据结构教学改革进行研究[1]，制订面向“学习产出”的教学目标，明确教学内容与教学目标的关系；徐志敏对新工科背景下的数据结构教学进行研究[2]；王巍[3]、李杰中[4]尝试对其课程进行改革探索，解决学生学习动力不足的问题；祖冰畴等人将ARCS动机模型引入翻转课堂，结合深度学习，激发学生的学习积极性[5]；本文结合李逢庆的混合式教学理论[6]和工程教育专业认证的要求，对“数据结构”课程进行ARCS模型+线上线下混合式教學模式研究。

1数据结构教学现状分析

根据新工科建设和OBE教学理念，通过数据结构课程的学习，学生可以掌握算法设计与分析的基本理论知识，同时，强调理论和实践的统一，突出动手能力，在实际工程问题中灵活应用数据结构的能力。培养具有拓展学习意识，具备面向未来工作所需的计算思维、团队协作及创新思维能力。

数据结构课程教学设计尚存的问题如下：①“以教师为中心”课程知识内化效率低，导致学生对知识理解不深入，应用所学知识解决实际问题等高阶能力不足；②教学内容陈旧，与学科前沿知识与行业应用脱节，使课程时代性、前沿性与应用性不足，学生无法获得专业成就感；③试卷考试为主的传统考核方式，教师难以及时、准确地获取学情，不利于探究式、个性化教学的精准实施。

2基于ARCS模型+线上线下混合的“数据结构”课程教学模式

兴趣是最好的老师，围绕激发学生学习兴趣和潜能深化教学改革，充分调动学生的主观能动性，提升知识内化率。转换教师教育教学理念，营造“以学生为中心”的教学理念，关注学生的学习，变“老师让我学”为“我要学，我想学”。

2.1 ARCS模型，持续激励

由于数据结构较强的理论性和技术性特征，部分学生对知识点掌握不牢，丧失信心，就会无法维持学习动机，影响甚至放弃。约翰.M.科勒提出包含注意（Attention）、相关（Relevance）、自信（Confidence）、满意（Satisfaction）四个要素的ARCS动机模型，该模型能激发维持学习者的学习动机，已有学者通过实践研究证明了ARCS模型的有效性。结合ARCS模型和数据结构课程特征制订了如表1所示的教学过程设计，持续激励学习动机贯穿课程始终。

2.2三阶段的线上线下混合教学模式

学习不仅局限于课堂，而延伸到课前和课后。现代信息技术为教学提供了丰富的教学资源，据2022年世界慕课与在线教育大会公布的数据，中国慕课数量已经达到6.19万门。优质资源开放共享，学生随时随地想学就学，遇到知识难点随时可以温习、请教。

以学生为中心的教学过程划分为课前、课堂和课后三个部分。课前学生根据教师布置的学习内容，通过中国大学生慕课等教学资源，自主学习，完成自我测试。课堂上，教师可针对自学测试中反映出来的问题、重点、难点进行讲解，采用案例任务驱动，学生进行分组讨论、学生讲解、生问生答和生生互评等多种形式，让学生成为课堂主体，积极参与。课后，教师通过PTA布置作业，学生提交作业，系统反馈、再提交，不断完善知识点，并获得满足感。课程的混合式教学模式改革示意图如图1所示。

2.3增强学科融合，产业引导

根据教育家布鲁姆认知领域的层次划分：知道、领会、应用、分析、综合和评价，我们也希望通过课程学习，不仅能让学生知道、领会和应用数据结构基础知识，更应达成分析、综合和评价的高阶目标，引导学生探索未知，增强学习能力。课程从教学内容上进行改革和探索，融入行业发展与课程相关新知识、新技术，适当提高课程挑战度。例如，队列应用中，除常用先进先出队列，还探索在实际应用中的优先队列；图的应用，从实际案例出发，关于最小生成树结合我国高速铁路规划建设进行阐述和分析；在查找应用中会提供搜索引擎相关资料。在不断探索新知识的求知驱动下，提升课程内涵，达到提升课程难度和深度的目标。课程所采用的案例任务与知识点的对应关系如表2所示（p81）。

2.4学习质量评价体系改革

传统的试卷检测，在一定程度上可以考核学生对记忆类知识点的掌握情况，但不能准确评价学生的学习质量。课程组重构学习质量评价体系，侧重于形成性考核与终结性考核相结合，加强实验课和对应用能力的考核。一方面考核内容进行多学科融和，具有一定挑战度；另一方面激发自主学习，拓宽视野，激发成就感。最终达成提升解决实际问题算法设计和程序实现的能力。课程结束后，课程组计算并分析课程目标达成情况，结合学生和同行评价，对课程进行整体评价，对上一阶段的课程教学做好总结，并作为指导下一阶段课程教学的依据。

3改革效果

基于ARCS模型+线上线下混合的“数据结构”课程教学模式已经在南昌航空大学2018―2021级网络工程专业学生中实施，最终考核成绩的占比情况如图2所示。对比可见，课程改革过程中遇到的问题，课程建立了“课程自评找弱点、学生问卷找短板、同行评价找差距”，“三位一体”面向产出的评价机制，实现了对课程教学的持续改进。

实施结果表明经过参与式学习方式和教学内容改革，学生学习积极性明显提高，提升了课程知识内化率，强化了实际问题的数据建模能力和算法设计能力，对教学质量的提升有显著促进。同时，还培养了学生软件开发与设计实践的能力、创新精神与创新能力。线上线下混合式教学模式可以兼顾提升学生自主学习、互动交流、合作学习等能力。

4结论

以课程目标为产出导向，ARCS模型与线上线下混合式教学模式的有机融合，摒弃了传统的“师讲生听”的授课模式以及“一张试卷解决问题”的考核模式，构建了“以学生为中心”的教学模式，重构教学内容，结合行业发展新成果和新趋势，提高课程的挑战度，加强过程考核及形成性评价机制，教学全过程注重加强学生获得感、成就感，激发学生学习兴趣、参与度和主动学习意识，淬炼学生坚韧不拔、精益求精的品格，提升学生的动手能力与创新能力，培养出符合社会需求、能解决计算机类复杂工程问题的创新人才。

基金项目：2022年南昌航空大学教改课题“基于ARCS模型+线上线下混合的‘数据结构课程教学模式研究”（JY22045）；2021年南昌航空大学教改课题“基于线上线下融合BOPPPS模式的‘面向对象程序设计课程改革与实践”（JY21102）。

参考文献

[1]路紅，刘红英.基于OBE理念的数据结构课程教学改革研究[J].电脑与电信，2022（4）：29-32.

[2]徐志敏.新工科背景下的数据结构教学研究[J].德州学院学报， 2022，38（2）：108-110.

[3]王巍.基于ARCS动机激励模式的大学英语智慧课堂教学改革[J].高教学刊，2022，8（4）：140-143.

[4]李杰中.基于ARCS模型的课程教学改革探析——以消费者行为学课程为例[J].成都师范学院学报，2022，38（5）：62-68.

[5]祖冰畴，何运生，陈烽，等.基于ARCS动机模型的翻转课堂设计与应用研究——深度学习的视角[J].中国医学教育技术，2022，36（3）： 259-263.

[6]李逢庆.混合式教学的理论基础与学设计[J].现代教育技术，2016，26（9）：18-24.