基于MOOC 的數據結構課程混合式教學設計

王樹梅，侯 漠

(江蘇師范大學 計算機科學與技術學院，江蘇 徐州22111)

0 引言

MOOC(Massive Open Online Courses，大規模在線開放課程) 是在互聯網上實現整個學習過程的學習方式，學習資源包括教學視頻、課件、單元測試、章節測試、課件上的嵌入式測試、互動區討論等［1］。諸多專家對混合式教學提出了見解，文獻［2］將英國高校MOOC 整合到中國高校面授課程中，同時建構了英國MOOC 主持教師與中國學生的互動式視頻會議活動框架。文獻［3］應用相關分析0 法、線性回歸分析法及結構方程模型法分析與驗證了教學存在、社會存在與認知存在之間的相關關系及因果關系，開展基于MOOC的中外合作混合教學實踐提供了新思路。文獻［4］分析了“雨課堂”教學手段應用下，結合學生實際情況，與翻轉課堂相結合的混合式教學模式的體系構建。文獻［5］對基于在線課程的混合式教學模式進行了設計，并在"網站設計與開發"課程實施中開展了兩年多教學實踐，結合實踐闡述了該模式的關鍵環節與實施策略。

本文以數據結構課程為例，結合教學實踐，借助MOOC、雨課堂與云班課、CG 平臺實現了混合式教學，從教學內容、教學策略與教學信息化3 方面闡述了混合式教學設計的過程。

1 教學內容設計

本課程教學內容包括10 章，授課過程中將其分為4 大塊講解，分別是線性結構、樹形結構、圖形結構與算法設計。線性結構是整個課程的基礎也是重點，這一部分學習讓學生掌握順序表與鏈表的基本運算，并能夠解決有關線性表的問題。線性結構包括線性表、棧、隊列、串、數組、廣義表，它們又都具有各自特點，其中棧與隊列是重點，因為在圖形結構與樹形結構問題中會用到這兩種結構。

樹形結構包括樹與二叉樹，二叉樹是重點教學內容，主要知識點有二叉樹的性質、基本運算、存儲結構、構造、遍歷以及與樹、森林之間轉換等。哈夫曼樹是具有WPL 值最小的二叉樹，構造哈夫曼樹算法是重點與難點內容。哈夫曼編碼是在構造哈夫曼樹基礎上得到的編碼，是解決數據通信中電文編碼的代碼長度最短的編碼方案。

圖形結構是多對多的數據結構，內容有圖的存儲結構、基本運算、圖的遍歷、最小生成樹、最短路徑、拓撲排序、關鍵路徑。這部分學習過程中，學生要掌握圖的基本運算，還要掌握4 個典型算法: 普里姆算法、克魯斯卡爾算法、迪杰斯特拉算法與弗洛伊德算法。拓撲排序、DFS、BFS 3 個算法通過不同思想將圖轉換為一個結點線性序列，將多對多非線性結構轉化為一對一線性結構，降低了解決問題的難度與復雜度。

算法設計包括遞歸、查找與排序，遞歸思想在鏈表、數組、廣義表與二叉樹算法設計過程中都會用到，教學安排過程中，排在數組與廣義表之前講述。查找包括線性表的查找與樹表的查找，線性表查找根據查找順序表的特點分為順序查找、折半查找與分塊查找。樹表分為二叉排序樹與平衡二叉樹，二叉排序樹是一種具有特點的二叉樹，通過對其中序排序得到從小到大的關鍵字序列。為了提高查找效率，提出了平衡二叉樹，每一個結點平衡因子絕對值都不超1 的二叉樹。

2 教學策略設計

(1) 利用先行組織策略準備線上課前預備性教學材料并規劃學習進程，從預備性材料中抽象出新知識點，再運用各種學習活動對新知識點進行強化。以本課程第3 章第5講順序隊為例，利用先行組織策略準備預備性教學材料有:上傳隊列教學視頻3.9(隊列定義) 3.10(順序隊) 3.11(環形隊) ?？赐暌曨l完成預習測試。教師就隊列與棧的知識點創建頭腦風暴問題，總結預習活動，列出有疑問的問題與概念。

(2) 利用認知發展策略開展線下學習活動，以小組為單位，組與組之間開展競爭性學習，既鍛煉了學生團隊合作能力，又提高學生自主學習能力。教師為了激勵學生主動性，可以設置加分制度，根據題目的難度與回答情況進行不同程度的加分。

以本課程第3 章第5 講順序隊為例，利用認知發展策略開展的教學活動有:

分組:18Z 計科有50 位學生，分8 組，每組6 －7 人。由組長匯總每組在線上預習活動中遇到的問題(5min) 。組與組之間交換遇到的問題并討論(10min) 。教師設置規則選出臺上講解小組，每組講述時間不超10min。上臺講解組員可一位也可多位，組員表現直接影響整個組的成績。教師總結學生討論問題，并提出難度稍大問題繼續給學生討論(15min) 。學生可以通過查各種資料解決問題(15min) 。由抽選的小組公布討論結果，教師總結課堂內容，布置線上作業。

(3) 本課程概念較多，利用概念形成策略，通過實例、練習等教學手段確認并理解概念。以棧為例，通過圖例與練習讓學生理解棧的特點，比如: 一個解釋棧概念的實例，編號位1 2 3 4 5 的人依次進入一個寬度只夠一個人的死胡同，也就是一段有口另一端堵住的一段空間，如果出來5 號先出，接著4 3 2 1 依次出，這就驗證了棧的“先進后出”的特點。

(4) 本課程學習行為較為復雜，整體分為線上學習行為與線下學習行為，線上學習行為有: 投票問卷、頭腦風暴、答疑討論、測試活動、小組任務，線下學習行為有: 問題討論、問題講述、問題答辯、問題總結、問題拓展。教師利用隨機管理策略對這些復雜學習行為進行強化刺激與系統地控制。本課程具體的隨機管理策略有: ①線下及時總結。每次課每周都有學習行為總結，每次課上評出3 位優秀學生與3 位預警學生，每次課的優秀學生在平時分里加1 分，預警學生減1 分。這種管理策略可以刺激其他學生向優秀學生學習;②線下隨機抽取。課堂上隨機抽取學生回答或講述問題，能夠激勵每位學生認真思考問題，再根據回答問題情況適當加分; ③線下分組管理。教師把部分管理權限下放給各組組長，組長是輪流制，每周換一次，組長對本組組員有分配任務與評價的權力; ④線上評價機制。教師或者助教通過創建學習活動，收集到學生線上學習行為數據，教師根據數據評價學生學習狀況并以數據形式排名，前10 名學生給予加分獎勵。

(5) 利用行為練習策略明確課程單元學習目的、環節與內容，通過練習行為使學生掌握與運用新技能、新結構，根據練習結果對成績較差學生個別指導，提供重測機會。

本課程在教學過程中，使用過云班課、雨課堂與CourseGrading 3 個平臺。云班課平臺具有可以打亂題目順序、限定時間、重做次數以及學生何時查看答案的功能?！按騺y題目順序”可以使每位學生顯示的題目順序都不一樣，“限定時間”是根據題目數量與難度設置答題時間，如果有學生答題不理想可以選擇重做，重做次數由教師設定。云班課也具有指定學生重測的功能，對于不達標學生教師指定重測，每人有一次重測機會。

CourseGrading 平臺測試設置界面，這個平臺具有編程題、接口編程題與片段編程題的作業類型，數據結構課程是與編程關系較密切的課程，需要利用編程實現設計的算法思想與分析算法的優劣。這個平臺可以給學生更多編程練習機會，讓學生了解算法思想及不同數據結構下算法之間的不同之處。

本課程主要利用雨課堂加強基礎理論知識練習，通過練習掌握與理解基本概念與算法思想。該平臺也具有練習時間限定設置與試卷查看限制、答案公布時間設置功能，可以限制學生練習時間與查看答案權限。雨課堂題型有單選題、多選題、填空題與主觀題等，根據教學內容與難度選擇適合題型。

(6) 混合式教學需要學生有較強自我管理能力，利用自我管理策略教給學生行為原則、自我估計方法、制定自我管理、自我決斷與指導的計劃，根據實際情況變化實施與修改計劃。

本課程學習分為線上與線下，自我管理主要體現在線上學習過程中。為了加強學生自覺學習，養成自我管理習慣，需要給學生制定出各個時間段學習目標。比如，“?！边@一塊，學生通過看上傳的視頻資料與課件，可以達到了解棧的概念與理解棧的特點，進而可以解決簡單問題，根據目標達成程度給學生加經驗值，此經驗值與平時成績是掛在一起的，經驗值高的學生平時成績會高。通過在視頻中插入問題，學生對所學內容進行初步自我估計，遇到的問題通過自我指導方式解決。每個學生學習習慣不同，學習計劃與學習目標也不同，隨章節內容難度與自身掌握情況修改。

3 教學信息化設計

(1) 教學資源信息化。2016 年學校正式使用該MOOC里的教學資源進行教學。從上學期開始應用雨課堂與云班課，教師將《數據結構與算法》課程的教學視頻、課件、單元測試題、章節測試題、試卷庫與試題庫等資源上傳在線教學課堂。學生注冊學習中國大學MOOC 平臺的《數據結構》教學資源。學校圖書館擁有計算機專業中文電子圖書36 500本，外文21 981 本; 擁有本專業電子期刊中文158 種，外文1 032種，這些電子資源為本課程的學習提供了大量的參考文獻與學習資源。

(2) 教學過程信息化。課前，教師利用云班課上傳預習課件與視頻，布置學習任務，創建活動，使學生預習有目標，有壓力，提高學習效率。課上，教師在云班課上開啟簽到功能，學生利用手機簽到，簽到后教師可以讓學生搶答問題。教師搜集線上學生課前預習過程中的疑問與答錯的題目，修改教學內容，并以課件形式投影到大屏幕上。學生課上可通過手機發問，教師可將問題拋給其他學生競答，競答正確的學生加適當經驗值。課后，教師線上創建復習測試活動，學生在手機上完成，教師可指定個別未完成目標學生重測。教師分析學生學習數據，找出優秀與預警學生，實行因材施教。

(3) 學生學習信息化。學生學習分為線上學習與線下學習，線上學習主要使用手機登錄學習平臺完成教師布置的學習任務，對于不理解的內容可以在線向教師提出，教師進行答疑。本課程除了利用雨課堂與云班課平臺以外，還使用了CourseGrading(CG) 教學平臺，學生在CG 平臺上提交作業。由于本課程要使用編程語言實現算法，CG 平臺提供了編程題編譯平臺，學生在線編程測試數據。學生在線下學習過程中，使用手機回答教師即時推送的問題，展開組間競爭，增強了團隊合作意識與協作、創新能力。

(4) 師生溝通信息化。通過使用微信、QQ、雨課堂、云班課等平臺，教師與學生實現了實時交流。如果學生發現疑問或者問題，可以在任何時間任何地點與教師進行交流溝通。本課程建有微信群，學生可以在微信群里發布自己的問題，其他學生可以給予解答，教師可以進行指導解答過程。如果有些問題不好發在微信群里，可以私信教師，教師及時解決。

(5) 教學評價信息化。學校建設有綜合教務管理系統，包括4 部分教學評價:教師互評、教師評學、學生評教、督導組專家評教。教師互評是教師之間通過互相聽課給出評價，這個評價結果占最后總評價25%，可以促進教師之間的相互學習與督促。教師評學是任課教師對所教班級學生進行線上評價，這個評價依據是學生平時線上學習與線下學習的綜合情況。學生評教是每一學期結束之前，學生對每一門任課教師的評價，包括教師教學準備情況、教師課堂教學情況以及教師線上輔導答疑情況等，這個評價數據占25%。督導組專家評價是學?；蛘邔W院督導組專家不定期對整個教學情況進行評價，可以是通過聽課方式，也可以通過檢查作業與試卷等方式進行評價，這個評價結果占總評50%。

(6) 考試測試信息化。測試分為線上測試與線下測試，線上測試利用雨課堂與云班課評價的測試功能創建相應章節測試活動。本課程利用CourseGrading(CG) 平臺實現無紙化考試，CG 平臺具有普通組卷與隨機組卷的功能，確保每一位學生的周圍試卷都不相同，并配置監考選項，包括內網監控、IP 地址綁定、IP 地址過濾與欄目關閉。這些選項只對參與考試的班級有效，考試結束，自動失效。

4 結語

本課程混合式教學是從各個教學平臺采集數據分析個別學生存在問題，對其進行個別輔導與答疑，使其如期完成學習任務，達到教學目標。所有教學評價都是以“數據”為依據，這種評價方式較為公正與客觀，能夠正方向促進教學質量的提高。另外本課程采用啟發式教學，在各個環節給學生不同啟發性質的問題，學生通過思考問題獲得新知識。對于沒有解決的問題，教師采用引導式教學，。最后采用案例對所學知識進行運用，每組學生一個案例，通過案例學生鍛煉了團隊合作能力與運用知識的能力。學生在教師引導下進行探究式學習，參與每一次學習活動，包括討論、答疑、測試等，鍛煉解決問題的能力。根據學習情況，教師指定輪流制規則，讓學生上臺給大家講解，這種親身體驗的學習活動獲取的知識會更牢固。