金课背景下GIS专业数据结构教学改革研究*

熊立伟 邹滨 方新 王平

1 湖南城市学院 湖南益阳 413000 2 中南大学 长沙 410083

0 引言

“金课”的概念是2018年由时任教育部部长的陈宝生在新时代全国高等学校本科教育工作会议上第一次提出，此后时任教育部高教司司长吴岩又系统阐述了“金课”概念，并将“金课”的特性归结为高阶性、创新性和挑战度，简称“两性一度”。“金课”概念的提出得到了各高校的积极响应，一场有关“金课”的“课堂革命”随即在全国各高校迅速蔓延。混合式教学模式在近几年的教学改革实践中脱颖而出，成为“课堂革命”的主流，混合式教学包括线上和线下两个部分，翻转课堂、雨课堂、SPOC[1]、MOOC[2]等都是混合式教学的具体形式和应用。

地理信息科学（Geographic Information Science，GIS）作为一门交叉性学科，发展非常迅速[3]，目前，我国开设了GIS 专业的高校多达200多所。通过调研，发现大多数高校将数据结构作为GIS 专业的专业基础课，学生在学习数据结构过程中普遍存在难以将理论知识应用到实际的困境[4]，原因在于数据结构具有内容丰富且抽象的特点，更为关键的是其在GIS 专业课程体系中起着承前启后的作用，其先导课程为程序设计语言类基础课，如C/C++程序设计，后续课程大多为软件开发类课程，如面向对象的程序设计、计算机图形学、GIS 二次开发、软件工程等，这些课程对学生专业素养的形成具有重要的影响作用[5]。传统的数据结构课程教学中存在教学模式单一、教学内容陈旧和理论教学与实践脱节等问题[6]。因此，在课堂革命的时代大背景下对GIS 专业数据结构课程的教学改革势在必行，笔者所在学校为应用型本科院校，担任GIS 专业数据结构课程的主讲教师已有13年，下面对数据结构混合式教学改革进行探讨。

1 混合式教学改革的探讨

传统的数据结构教学过程存在的问题，其原因是多方面的，研究表明在众多影响数据结构教学效果的因素中，教学模式的选择已成为最关键的因素。混合式教学模式的最大优势就是极大地拓展了学生的学习时间和空间，学生可以利用“互联网+各种终端+各种在线学习APP”随时随地地进行学习，混合式教学是对以“教为中心”向以“学为中心”的教学理念的转变。

1.1 混合式教学的必要性

2020年上学期，受新冠疫情的影响，各高校按照教育部的要求积极开展线上教学活动，然而，在经历了一个学期的线上教学之后，教学效果并不理想。主要原因在于一方面大学生线上学习的注意力和集中度远不如课堂学习，教师通过在线点名、答题和测试也难以保证线上的学习效果[7]；另一方面教师通过直播教学时无法知道学生是否在认真听讲。实践表明仅通过线上教学很难达到预期的教学效果，而混合式教学可以将传统课堂教学与线上教学的优点结合起来，对学生而言，混合式教学的学习过程和学习时间更加灵活，更有利于因材施教，因此，混合式教学才是大学课堂教学改革的正确方向。

1.2 混合式教学改革的内容

笔者以GIS 专业数据结构课程为例，从教学大纲修订、知识点碎片化与微视频制作、教学平台的选择、在线课程资源的优化建设、翻转课堂教学设计、线下答疑与作业讲解、教学考核评价等六个方面对混合式教学改革的内容进行探讨。

1.2.1 教学大纲的修订

混合式教学必将打破传统教学模式，对数据结构课程原有教学大纲的修订势在必行，在修订教学大纲之前要结合本专业学生的实际情况进行广泛的调研。目前学校GIS 专业数据结构的课时为64，其中理论48 课时，实验16 课时，理论课时相对不足，因此，教师需要对教学内容进行适当取舍和整合，一些理论性太强，在专业内应用面不够广泛的内容比如广义表、动态存储管理以及外部排序等内容就可以略讲[8]。其次，教师可使用2 课时对C++程序设计中的一些重要内容如函数、结构体、指针等进行复习，以做到前导课与后继课的有机衔接，从而较好地解决数据结构教学中学生上机困难的问题[9]。

1.2.2 知识点碎片化与微视频制作

知识点的碎片化是与当前大学生的学习生活模式相适应的，研究表明，大学生能集中精力完整的观看教学视频的时间一般在6-12 分钟，短而精的视频有利于学生的消化吸收，学习效果最佳。数据结构课程内容抽象，知识点繁多，为更好地服务混合式教学，有必要将知识点进行分解即知识点碎片化，微教学视频的制作是教师对碎片化知识点最为直接有效的表达方式，但微视频的制作需要资金与技术的支持以及需要教师投入大量的时间与精力。在学校教务处的资助与指导下，对学校GIS 专业数据结构课程的28 个知识点（表1）拍摄了微视频并上传到智慧树平台供学生自主学习。

表1 数据结构微视频涉及的主要知识点

1.2.3 线上教学设计

1）教学平台的选择。目前，国内成熟的网络教学平台比较多，像中国大学MOOC 平台、超星、学堂在线、学银在线、智慧树、雨课堂、云班课等等，这些网络教学平台大多具备以下功能：直播课、录播、签到、发布作业、批改作业、随机提问、在线测试、创建题库、学习进度监控、在线辅导答疑等功能。只有经过一段时间的尝试才能知道哪种网络教学平台更适合自己，笔者所在学校GIS 专业的数据结构选择的是智慧树平台，教师通过智慧树平台上传了各种教学资源，在混合式教学过程中布置了各种线上作业及单元测试题，注重对学生学习的过程监控及过程评价，经过两年多的教学实践，表明智慧树能较好地满足混合式教学的需求。

2）在线课程资源的优化建设。目前，许多高校已建立了数据结构精品课程网站，由于985、211 高校与地方本科院校的学生在综合能力上存在较大差异，所以在数据结构课程资源建设过程中地方本科院校一定要考虑本校学生的实际水平，对其他高校的精品课程资源不能照搬。学校作为应用型本科院校，其数据结构课程教学团队也早已建立了自己的课程资源，如ppt 课件、电子教案、实验指导书、教学大纲、考试大纲、单元测试题、期末检测题等。考虑到混合式教学的需要，数据结构课程团队在原有课程资源的基础上，建设了题型多样、数量足够多的在线测试题库。但需要指出的是在线题库的难度要适中，要让学生在做题的过程中觉得数据结构课程有一定的难度，又要保证学生有获得感，以提高其学习的积极性。

3）线上学习任务的布置。智慧树提供了强大的线上教学功能，教师可以通过智慧树给学生布置各种线上学习任务，如教师在课堂讲授之前给学生布置一些视频、PPT 的学习任务，这样学生往往会带着问题来到课堂，有利于课堂互动。教师每讲授几个知识点后可布置一些线上作业，以便学生及时巩固所学知识点，线上作业以选择题、判断题、填空题为主，由系统自动批改作业，大大减轻了教师负担。另外，教师可安排几次线上单元测试，以了解学生的学习效果以及教学过程中存在的问题，由此教师可及时调整教学计划，开展更加有针对性的教学。

1.2.4 翻转课堂教学设计

数据结构传统教学模式最大的弊端就是教学过程中学生参与的积极性不高、与教师的互动性不强，而混合式教学是一种学生自主参与的教学模式，在教学过程中，学生首先通过线上学习从而有准备地带着问题来到课堂，此时，教师不能再采用传统授课模式了，而要采用以学生为中心的翻转课堂模式。为此，教师需要进行二次备课，对翻转课堂的教学过程进行精心设计和引导，对学生在线上学习中可能产生的疑问要提前设想，对学生提问的时间、教师讲授的时间要进行合理分配，这对教师的知识面和对课堂的掌控能力要求更高。总之，翻转课堂的教学设计没有现成的模板和规律，教师要结合学生的实际情况不断摸索、总结。

1.2.5 线下答疑与作业讲解

数据结构内容较多而课时相对有限，且知识点前后衔接紧密，学生往往不能立马接受，会存在一些疑惑，虽然线上答疑不受时间与空间限制，但效率低下，因此，适量的开展线下答疑是提高教学质量的有效途径。为此，教师可以在每个星期确定一个时间进行现场答疑解惑，这样做会占用教师的一部分休息时间，但也体现了教师的奉献精神。除了线下答疑，教师在讲授完一个章节之后要给学生布置适量的作业，作业也分为线上、线下两种方式，线上作业的客观题可由系统批阅，但主观题仍需教师批阅，从教学实践来看，线下纸质档作业必不可少，尤其是算法设计题，学生在写算法的过程中可能会出现各种各样的错误，教师应认真批改，在错误的地方做好批注，对错误率较高的题目在课堂上要进行重点讲解。

1.2.6 教学考核评价

传统教学模式注重结果评价，而混合式教学应注重于过程评价，目前学校教务系统设置的课程考核其平时成绩与期末成绩的比例为40%与60%。平时成绩评定的主要依据是学生对线上课程资源的学习、上课出勤、课堂表现、课后作业、线上单元测试、上机实验等的综合评价结果，所占比重如表2所示。

表2 数据结构混合式教学考核方式

由于平时成绩的评定有充分的依据且只要教师保持公平公正，故在班上公示的时候学生都很认同，运用好平时成绩这个杠杆，在整个教学过程中可充分调动学生的积极性，譬如大多数学生都会进行课前预习，课堂上会积极回答教师的提问，会很在乎教师批改作业或实验报告时给的等级。虽然平时成绩的统计会花费教师一定的精力，但提高了教学质量，实现了以学生为中心的教学目标，教师付出再多的努力也是值得的。

2 教学反思

混合式教学已成为“课堂革命”的主流，混合式教学没有统一的模式，智慧树、云班课、学堂在线等线上教学平台是混合式教学的重要支撑条件，而翻转课堂、SPOC、雨课堂等则是混合式教学的具体形式和应用。在混合式教学过程中，有些教师只注重形式上的混合式教学，而忽略了混合式教学的本质与内涵，其教学效果并不好。从教学实践来看，影响数据结构混合式教学质量的主要因素为：1）课堂采用了翻转课堂的教学方式，但没有与线上丰富的教学资源对应起来，混合式教学流于形式；2）教学视频的质量有待提高，如视频内容重点、难点不突出，对知识点的分解不合理，导致学生学习兴趣不高，自学效果不佳；3）线上教学平台的功能没有得到充分利用，线上教学资源没有发挥出应有的价值。

3 结束语

本文在金课背景下针对GIS 专业数据结构教学过程中存在的问题，提出了混合式教学改革的目标及实施路径。近两年的混合式教学改革表明，采用混合式教学既可提高学生的学习积极性，也能促进教师教学水平的提高，实现了教学相长，教学质量显著提高，笔者所授课班级的学生近两年在参加湖南省大学生测量程序设计竞赛及GIS 应用竞赛中获一等奖6 项、二等奖3 项；同时，数据结构混合式教学改革为其他课程的混合式教学提供了借鉴与参考。在“互联网+”时代下，混合式教学已是大势所趋，每一位高校教师都肩负着“课堂革命”的重任，要勇于从传统教学模式中走出来，努力打造适合本校本专业的线上+线下混合式“金课”。