《数据结构》线上线下混合式教学探索

摘要：《数据结构》课程具有算法设计和算法实现的特点。对于学生来说，传统的单一教学难于理解和掌握，为突破学生学习《数据结构》课程难于理解难于操作的瓶颈，笔者对《数据结构》线上线下混合式教学进行了探索与实践。

关键词：数据结构；线上线下混合式教学

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.10.070

中图分类号：G 4；TP 393 文献标志码：A 文章编码：1672-7274（2024）10-0-03

Exploration of blended online and offline teaching for "Data Structure"

Abstract： The course "Data Structure" has the characteristics of algorithm design and implementation. For students， traditional single teaching is difficult to understand and master. To break through the bottleneck of students' difficulty in understanding and operating the course "Data Structure"， the author has explored and practiced blended online and offline teaching of "Data Structure".

Keywords： data structure; online and offline blended teaching

0 引言

计算机的诞生使得数据处理变得高效，如何使用计算机来进行数据处理，为人们服务，这在整个计算机类专业的教学中都是至关重要的问题。《数据结构》课程研究的就是现实中各种各样的数据，将不同的数据类型分成了集合、线性结构、树结构及图结构等。每种结构对应了不同的数据关联，不同的数据关联对应了不同的操作，操作的实现就是设计算法的工作[1]。从《数据结构》课程来看，教会学生理解算法并运行算法不难，而让学生会设计算法、提高算法的执行效率才是教学中的难点。传统的课堂教学形式单一，教师将知识灌输给学生，学生被动地接收一个个知识点，知其然，却不知其所以然，学习没有目的性。随着线上教学资源的发展，线上学习的方式获得很多学生的青睐，线上学习可以突破时间空间的限制，让学生灵活安排学习时间、学习地点。线上线下混合式教学模式应运而生，这种方式结合线上学习资源和线下课堂教学的优势，为教师和学生提供了一种新的教学和学习模式。大学计算机类专业的《数据结构》课程，应用性操作性比较强，同时理论知识原理的掌握又是必不可少的基础，为突破学生学习《数据结构》课程难于理解难于操作的瓶颈，笔者对《数据结构》线上线下混合式教学进行了探索与实践，设计总结出一种三维教学模式：第一维是学生线上学习+教师线下课堂教学的教学模式；第二维是创新整合的理论课教学案例+创新整合的实验教学案例模式；第三维是线上学习数据+线下学习数据的平时成绩评价模式。通过设计和实施这种三维教学模式来实现数据结构课程线上线下混合式教学过程。

1 教学方式设计

首先，设计三维立体教学模式的第一维，笔者选用了网上精品课程资源，为学生提供线上学习视频，学生既可以在课前的预习阶段自行学习，也可以在课后复习巩固阶段进行学习观看。笔者教学探索实施的班级为21级某班，学生人数61人。在学习《数据结构》课程前，学生对计算机导论和至少一种计算机编程语言进行了先修学习，对计算机工作原理和计算机程序设计有一定的理解和掌握。因此，在进行《数据结构》线上自学的时候不会产生完全无法理解的问题，先修课程成绩优秀的学生可以很快理解基本算法的实现方法。线上《数据结构》[2]课程学习视频按照选用的教材内容分为十一章，分别为概论、线性表、堆栈、队列、树、图、查找、排序等知识点。教师根据教学进度安排，在知识点对应课堂教学的前一周设置开放学习视频资源，布置学生预习任务。

教师线下课堂教学选用的是与课程资源关联的慕课堂[3]作为线下学习数据统计平台，包括教师发表的学生实时签到情况、教师课堂发布的练习、发表的课后作业、主管讨论题、课堂点名学生表现等。根据《数据结构》课程知识内容，在教学模式设计实施学期共发布了72次课堂活动。

其次，设计三维立体教学模式第二维，在课堂教学过程中，根据笔者多年教学经验，结合查阅多本《数据结构》教材及习题集，整合出一些数据结构理论课程和实验课程的教学案例及任务，选用了部分学生易于理解，能充分表达数据结构对应知识点的例题或应用，杜绝多数以数学计算为例题的教学案例，提高教学效果的同时提高学生学习的积极性和主动性。包括三个线性结构案例、两个树结构案例、三个图结构案例及十个整合实验案例[4]。

最后，设计三维立体教学模式第三维，以学生线上学习数据和线下学习数据为依据，设计科学立体的平时成绩评价模式。其一学生线上学习情况，包括完成教学视频学习、完成自主讨论题和预习练习题的情况；其二学生线下学习情况，包括出勤、课堂练习、课堂提问表现、课堂讨论、课后作业、实验作业。以教学模式设计实施的班级为例，出勤签到28次，课堂练习8个，课堂点名8次，课堂讨论10个，课后作业8个题集，实验作业10个，半期测试1次。

2 线上线下混合式教学的实施

第一部分，完成第一维学生线上学习+教师线下课堂教学和第二维创新整合的理论课教学案例+创新整合的实验教学案例模式。在《数据结构》课程的教学开始前，搭建准备好线上学习平台和资源，使用某网络平台的精品课程资源《数据结构》[2]，为21级某班的线上学习提供优质学习视频资源和平台，在培养学生自主学习能力、分析问题能力和解决问题能力上提供重要条件，为线上线下混合式教学提供重要保障。通过教师按时间编辑设置后进行发布。学生加入慕课堂[3]班级就可进行查看学习。从期末的学习数据来看，整个课程包含123个学习视频，学生的平均学习进度为85%，绝大部分学生完成了线上教学资源的学习。预习阶段自主讨论题和预习练习题完成情况为45%，一部分同学能够在预习阶段完成；超过一半的学生回答不准确。

线下课堂教学以课程中比较典型的二叉树的遍历[4]为例，教师提前一周发布线上教学资源并安排学生进行预习工作。

（1）在线下课堂上，先进行摸底提问：二叉树的遍历指的是什么操作呢？一部分学生进行了回答：对结点的访问。这个回答不完全正确，说明一部分学生进行了认真的预习，但对知识点的掌握还不够全面，针对这种现象，给全班学生两分钟的时间，在教材书上找出二叉树遍历的定义。

（2）课堂进入新知识学习阶段，第二次提问：现在知道二叉树遍历指的是什么吗？这个时候绝大部分学生都能找到正确答案，为防止个别学生开小差，教师进行个别提问：请一个同学来给大家说说这个答案。在此完成了正确定义的学习：树的遍历是指访问数的每个结点，且每个结点仅被访问一次[4]。通过慕课堂进行点名，可以记录回答结果的评分。

（3）新知识应用举例阶段。由于线上教学视频对于例题有比较详细的讲解，认真完成的学生可以处于理解阶段，但还不能正确运用。因此，在课件上展示自创案例内容，与学生一起完成案例的求解过程。已知树结构（J（I（A）P（U））），写出该二叉树的中序遍历、后序遍历和后序遍历序列[4]。先让学生回答中序遍历的顺序是什么？接着把二叉树结构图画出，将二叉树分为左子树、根、右子树。按照中序遍历的顺序来找这三部分，遇到有多个结点的子树，则递归地使用以上步骤重复进行。学习完中序遍历以后，再看后两种遍历的时候就会有部分学生已经能够掌握二叉树的遍历方法了。通过这个过程，不管是认真线上学习的还是没有完成线上学习的学生，都能够跟着线下课堂节奏完成例题的学习。该自创教学案例结点不多，但包括了根结点J、左右子树齐全的结点J、只有左子树的结点P和只有右子树的结点I，即二叉树的所有形态。

最后，请学生着重查看对该案例二叉树进行先序遍历的结果序列JIAPU，这就是中文“家谱”的拼音。引入本次课的思政元素：根据树结构的特点，跟家谱结构是一样的，说到家谱，那是我们这个人根深蒂固的家理念，我们中国人根深蒂固的家国情怀。引导学生热爱祖国，报效祖国。

（4）新知识练习阶段。随着例题讲解完成后，立刻给出对应练习，一棵新的二叉树，要求学生完成该二叉树的中序遍历、先序遍历和后序遍历。该练习题发布在慕课堂中的讨论题，学生完成以后立即提交。教师则在电脑端进行检查，查看学生完成情况及进行评分。通过例题的学习，大部分学生能写出正确序列，有几个学生在写后序遍历的地方有错误出现。教师当场提出问题并指导纠正。

（5）在慕课堂布置对应课后作业，进一步巩固二叉树遍历知识点。

（6）在对应实验课进行运用。

第二部分，完成第三维线上学习数据+线下学习数据的平时成绩评价。采用慕课堂教学平台，该平台可以将学生的线上学习数据和线下学习数据相关联，真正实现线上线下混合式教学的综合考评形式。通过在慕课堂创建班级可以实现学生的考勤统计、课堂讨论记录、布置课后作业、实时记录学生的课堂表现等，这些为强调过程性评价提供详细客观的依据和材料。对应慕课堂创建了21级某班级，在实施过程中按计划进行了使用，其中总课堂活动72次，包括了签到、点名、课堂练习、讨论等数据。

第三部分，以项目负责人多年该课程教学经验为基础，通过参考多种该课程教材以及结合当下热点设计教学案例和实验案例。通过笔者认真查阅参考多本该课程教材，结合计算机类专业考研全国统一试题《数据结构》课程的题目，同时结合计算机领域当前热点和发展动态，与后修课程老师充分沟通，突出再使用知识点的教学重难点，设计整合出一套完整的教学案例和一套完整的适合学生特点的实验教学案例。通过图片等手段，形象生动展示出课程知识点，从而增强学生学习效率、提高学生学习积极性，提高教学效果。

以线性结构中的堆栈为例[5]，在新知引入的位置插入了一张糖葫芦的图片，让学生说出串糖葫芦时山楂的顺序和吃糖葫芦时吃到的山楂的顺序。使用一张图片和学生熟悉的食物引入了堆栈的特点：后进先出。该比喻简单易懂，相较以前的案例来说，学生更加容易掌握。在糖葫芦图片的旁边插入一张人们在排队买东西的图片，并提问：人们买东西的顺序是怎么样的？学生对排队过程非常熟悉，因此容易理解“先来先走”的过程，这就引入了“先进先出”的队列的概念。相较采用多项式的案例来说，学生更容易理解新选择的教学案例。

3 结束语

在对《数据结构》线上线下混合式教学的探索中，将线上学习资源、线下课堂、整合优秀教学案例及优秀实验案例进行结合，同时注重过程性考核，科学合理地对平时成绩进行评分，杜绝唯期末考试的现象。通过探索实施，总结出了一套《数据结构》线上线下混合式教学的模式，在对21级某班实施完成后进行了教学效果统计，其中线上学习平均成绩为89，线上线下混合式平均成绩为88，可以看成学生对于线上学习的需求还是很多的；期末总评成绩良好以上有11人，不及格的只有1人。整体成绩相较往年来看有所提高的。在之后的教学中，笔者将继续探索实施改进。

参考文献

[1] 杨要科，李枫．线上线下混合式教学在课程中的实践[J]．福建电脑，2019，35（11）：107-108．

[2] 陈越等．中国大学MOOC“数据结构”课程[OL]．https：//www.icourse163.org/course/preview/GYD073-1460885167/？tid=1468697532.

[3] 慕课堂[OL]．https：//www.icourse163.org/mooc/teach/mkt/classroom/2099870/plan？termId=1468697532.

[4] 陈越，何钦铭，徐镜春，魏宝刚，杨枨．数据结构（第2版）[M]．北京：高等教育出版社．2016．

[5] 陈小玉．趣学数据结构[M]．北京：人民邮电出版社．2019．