楊桂芝，潘家輝

（華南師范大學(xué) 軟件學(xué)院，廣東 廣州 510631）

0 引言

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程是軟件工程專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，該課程的特點為理論抽象、邏輯性強、知識點較多，學(xué)生理解起來比較困難。傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)模式以教為中心［1］，以理論講授為主，越來越不能適應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”新時代環(huán)境及后疫情時代教學(xué)。

隨著計算機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，教育方法、教育技術(shù)不斷變革，慕課（Massive Open Online Courses，MOOC）教學(xué)逐漸興起。然而，MOOC 要求學(xué)生具有較強的自制力和毅力，能夠合理規(guī)劃時間，自覺主動地完成系統(tǒng)化學(xué)習。很多學(xué)生自我管理能力不強，導(dǎo)致學(xué)習效果不佳。因此，積極尋找一種較好的教學(xué)模式，提高學(xué)生的學(xué)習興趣與積極性，提升課堂教學(xué)的互動性及教學(xué)質(zhì)量是當務(wù)之急。小規(guī)模限制性課程（Small Private Online Course，SPOC）是基于MOOC 發(fā)展起來的一種更加強調(diào)知識準確性和專業(yè)性的教學(xué)模式，基于SPOC 的混合式教學(xué)是將網(wǎng)絡(luò)平臺教學(xué)與傳統(tǒng)課堂教學(xué)優(yōu)勢結(jié)合起來的一種線上+線下教學(xué)方法［2］。本文采用SPOC 教學(xué)模式，并融入思政教學(xué)，探討數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程的混合教學(xué)實踐方法，以期發(fā)揮良好的育人成效與示范作用。

1 傳統(tǒng)教學(xué)現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程主要介紹如何合理組織數(shù)據(jù)以及有效存儲和處理數(shù)據(jù)，如何設(shè)計算法并對其進行分析和評價［3］。該課程的特點是理論性強、抽象難懂，因此學(xué)生學(xué)習興趣度低。學(xué)生除需掌握各種數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)及運算方法外，還需能將算法轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的程序。目前，該課程的傳統(tǒng)教學(xué)模式主要存在以下問題：①課程知識點多且理論枯燥，要求學(xué)生具有一定的邏輯分析能力和計算分析能力，造成部分學(xué)生學(xué)習興趣不高；②課時少、授課內(nèi)容多，填鴨式教學(xué)導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習效果欠佳；③課程實踐學(xué)時較少，難以培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、分析和解決實際問題的能力［4］；④部分學(xué)生自主性學(xué)習意愿不強，遇到問題便尋求老師、同學(xué)幫助；⑤沒有較好地融入思政育人元素［5］。

2 教學(xué)改革思路

基于SPOC 的混合課程建設(shè)使用學(xué)者網(wǎng)［6］作為課件發(fā)布平臺，學(xué)生通過其中的教學(xué)資源，如微視頻、多媒體課件等進行在線學(xué)習，課后作業(yè)及實驗題目上交學(xué)者網(wǎng)教學(xué)平臺。課程建設(shè)方案遵循以下原則，將線上線下、課內(nèi)課外、教師學(xué)生幾個層面有效融合：①課程采用短、小、精的微課模式，幫助學(xué)生進行碎片化學(xué)習。具體來說，教師講授的每個知識點時間一般為10～15min，要求講解完一個具有代表性的知識點后，學(xué)生能舉一反三；②在平臺上進行混合課程的課件和作業(yè)發(fā)布，學(xué)生在上課前觀看相關(guān)知識點視頻及教學(xué)公告中的思政教學(xué)資源，對將要講授的重點知識進行預(yù)習；③制作的視頻資源盡可能聯(lián)系現(xiàn)實生活中的實例，提高學(xué)生學(xué)習興趣，例如講到圖的遍歷算法時，如果只是單純講解圖的深度優(yōu)先搜索遍歷和廣度優(yōu)先搜索遍歷算法，學(xué)生會感覺比較枯燥，但如果根據(jù)圖的遍歷算法講解如何拯救007，避免007 被鱷魚吃掉，就顯得生動很多；④聯(lián)系現(xiàn)實生活中與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程中相關(guān)的前沿問題，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力；⑤教師運用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論、抽象和設(shè)計3 個形態(tài)強調(diào)抽象數(shù)據(jù)類型的有效表達，配備扎實的實踐訓(xùn)練，分層次培養(yǎng)具有國際競爭力的軟件工程創(chuàng)新人才；⑥通過知識講授傳遞思政思想，提高學(xué)生綜合素質(zhì)，培養(yǎng)大國工匠精神。

3 教學(xué)設(shè)計與特色

利用多媒體技術(shù)構(gòu)建多種資源優(yōu)勢互補的、支撐網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的立體化教學(xué)資源，如多媒體課件、微視頻、企業(yè)面試題等。該課程教學(xué)實現(xiàn)了以學(xué)生為中心、以教師為主導(dǎo)的教育理念，教師在教學(xué)過程中構(gòu)建“以學(xué)定教，學(xué)生在做中學(xué)”的課程體系。采用學(xué)生課前線上預(yù)習、課中教師根據(jù)學(xué)生預(yù)習情況授課、課后鞏固補習的模式，提高學(xué)生的學(xué)習興趣和熱情，完成學(xué)生在學(xué)習過程中的角色轉(zhuǎn)變，由觀眾變?yōu)閷W(xué)習的主人?；赟POC 的混合教學(xué)模式具體設(shè)計如圖1所示。

3.1 教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計

混合教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計如圖2 所示，學(xué)生通過線上觀看視頻、PPT 課件了解所學(xué)內(nèi)容，教師通過提問、討論對學(xué)生不懂的內(nèi)容進行詳細介紹，并采用翻轉(zhuǎn)課堂、小組分析與討論等形式完成學(xué)生能力提升。

3.2 教學(xué)方法與實施

該課程充分利用多媒體課件、課內(nèi)外拓展學(xué)習平臺、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及各種現(xiàn)代化教學(xué)方法（翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法、分層次教學(xué)法、分數(shù)激勵法、案例討論法、總結(jié)歸納法、思政教育等），采用分層次教學(xué)、基礎(chǔ)理論與前沿課題相結(jié)合等方式實施教學(xué)，培養(yǎng)新一代“高、精、尖”的特色化軟件工程人才。

3.2.1 案例—理論—實踐—提高的教學(xué)模式

案例—理論—實踐—提高的教學(xué)模式即教師在授課中首先引入生活中與學(xué)生息息相關(guān)的案例，激發(fā)其學(xué)習興趣；教師對基本理論知識、操作實踐進行分析講解；上機實驗課要求學(xué)生掌握算法轉(zhuǎn)化為程序的基本方法及調(diào)試過程。課后學(xué)生利用所學(xué)知識完成綜合開發(fā)設(shè)計實驗，培養(yǎng)高級程序設(shè)計能力。

該課程案例應(yīng)注重與現(xiàn)實生活接軌，如教師在講解數(shù)據(jù)概念時，如果只是枯燥地說數(shù)據(jù)是指所有能夠輸入到計算機并能被計算機程序識別和處理的符號［7-8］，學(xué)生會感到枯燥乏味，不容易理解和記憶。但如果先提及一句俗語：“巧婦難為無米之炊”，再對數(shù)據(jù)概念進行講解：“其實數(shù)據(jù)就是計算機程序設(shè)計中的米”，便可以提高學(xué)生興趣并使其記憶深刻。

3.2.2 個性化分層次教學(xué)

促進學(xué)生個性化發(fā)展并根據(jù)學(xué)生特點制定個性化學(xué)習方案，在教學(xué)中實現(xiàn)分層次教學(xué)。例如，成績好的學(xué)生可以選擇ACM 競賽題、考研題等進行提升學(xué)習，成績一般的學(xué)生可在教學(xué)平臺通過微視頻學(xué)習基本知識。

3.2.3 基礎(chǔ)與前沿相結(jié)合的多層次任務(wù)驅(qū)動實踐教學(xué)

Fig.1 Design of hybrid teaching mode based on SPOC圖1 基于SPOC的混合教學(xué)模式設(shè)計

實踐教學(xué)是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程的重要一環(huán)，不僅要強化基礎(chǔ)知識訓(xùn)練，還要鼓勵學(xué)生跳出課本，解決生活中、實踐中遇到的現(xiàn)實問題。教師根據(jù)自身科研特點和九賽三考項目實踐，選擇難度適中、具有代表性的研究內(nèi)容（如講到查找內(nèi)容時結(jié)合大數(shù)據(jù)分析引導(dǎo)學(xué)生研究搜索引擎機制）作為實驗題目，鼓勵學(xué)生積極參加相關(guān)學(xué)科競賽。

3.3 課程特色與影響力

該課程遵循兩性一度（高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度）的金課標準，秉承國際工程教育認證以成果為導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、可持續(xù)發(fā)展的核心思想，深刻挖掘思政要素，將教學(xué)內(nèi)容劃分為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、線性結(jié)構(gòu)、非線性結(jié)構(gòu)、常用數(shù)據(jù)處理技術(shù)和算法及編程5個部分，并將思政教學(xué)融合于教學(xué)的各個模塊，培養(yǎng)學(xué)生的愛崗敬業(yè)、科技報國、大國工匠精神。

3.3.1 課程特色

針對以往教學(xué)模式存在的問題，研究可行的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，從以教為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)為中心，研究、探索與實踐具有軟件工程專業(yè)特色的教學(xué)模式。在教學(xué)過程的各個環(huán)節(jié)應(yīng)用信息技術(shù)、多媒體技術(shù)，實現(xiàn)課程教學(xué)的根本性改革。

針對軟件工程專業(yè)的特點開展豐富多彩的學(xué)習活動，如答疑、提問、交流、討論、軟件開發(fā)、項目實踐、參加學(xué)科競賽等，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造欲和創(chuàng)新精神，實現(xiàn)了翻轉(zhuǎn)教學(xué)的深度互動機制。采用多手段、多角度對比教學(xué)，沿用取得教學(xué)成果一等獎的學(xué)、教、做、考、賽進階式教學(xué)模式，有效培養(yǎng)學(xué)生的實踐操作能力和創(chuàng)新意識。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程特色如圖3所示。

Fig.3 Features of data structure and algorithm course圖3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程特色

為培養(yǎng)特色化軟件工程人才，在課前、課中、課后引入與課程相關(guān)的前沿課題與思政教學(xué)案例。教師課前在學(xué)者網(wǎng)發(fā)布教學(xué)公告，引入與該課程相關(guān)的前沿課題，例如在學(xué)者網(wǎng)師說欄目發(fā)布與圖知識點相關(guān)的《如何識別規(guī)劃路徑》課題，鼓勵學(xué)生多樣化探索。教師在授課中注重導(dǎo)入相關(guān)前沿案例，例如在講解二叉排序樹的查找算法時導(dǎo)入百度搜索引擎的查找算法及蜘蛛抓取機制，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣及科技報國的責任感。教師課后鼓勵學(xué)生在大創(chuàng)項目、團委項目及學(xué)科競賽中應(yīng)用所學(xué)知識，如學(xué)生作品《生存創(chuàng)造》和《重回藍天》（見圖4）成功應(yīng)用了第6 章的最短路徑算法，并在中國高校計算機大賽——微信小程序應(yīng)用開發(fā)賽中獲得三等獎。

Fig.4 Achievement display of frontier application part of students' works圖4 學(xué)生作品前沿應(yīng)用部分成果展示

3.3.2 課程影響力分析

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法是華南師范大學(xué)第一批互聯(lián)網(wǎng)+在線資源建設(shè)項目的引進課程，在軟件學(xué)院、職業(yè)教育學(xué)院中進行了翻轉(zhuǎn)教學(xué)的教學(xué)實踐。目前，該課程在學(xué)者網(wǎng)的訪問量已達14.6 萬人次。課程授課教師積極參加教學(xué)模式創(chuàng)新經(jīng)驗交流會，通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺及主題報告分享等模式，使得受益學(xué)生人數(shù)越來越多。

4 思政教學(xué)

4.1 課程思政建設(shè)思路

該課程堅持立德樹人，以學(xué)生為中心，將價值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)三者融為一體［9-10］。課程采用多視角、全過程、前沿應(yīng)用等方式融入思政教育，將思政教育滲透到工科專業(yè)教育中，從而實現(xiàn)專業(yè)教育+思政教育兩貫通的深度融合。課程思政建設(shè)思路如圖5所示。

具體來說，該課程教學(xué)從以下幾個方面融入思政教學(xué)：

4.1.1 課堂教學(xué)有效融入思政教學(xué)

例如，教師在第3 章教學(xué)中吟誦與隊列相關(guān)的小詩，不僅活躍了課堂氣氛，潛移默化地將人生價值觀傳遞給學(xué)生，還能提醒學(xué)生珍惜眼前，激發(fā)其奮斗精神。隊列小詩中蘊含的思政教育示例如圖6所示。

Fig.5 Thoughts on curriculum ideological and political construction圖5 課程思政建設(shè)思路

Fig.6 Ideological and political education contained in queue poems圖6 隊列小詩中蘊含的思政教育

4.1.2 設(shè)計融合大國工匠精神的教學(xué)案例

近年來，該課程開發(fā)積累了大量積木式、任務(wù)式的教學(xué)任務(wù)案例，課程在團隊合作、大國工匠精神等方面融入思政教育，如教師在講到有向圖后布置任務(wù)時要求學(xué)生完成校園導(dǎo)航系統(tǒng)或廣州地鐵乘車線路規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計；講完單鏈表后要求學(xué)生完成學(xué)生管理系統(tǒng)設(shè)計等。融合大國工匠精神的教學(xué)案例示例如圖7所示。

4.1.3 輔助教學(xué)模式下的思政教育

Fig.7 Teaching cases integrating the craftsman spirit of great powers圖7 融合大國工匠精神的教學(xué)案例

在“互聯(lián)網(wǎng) +”環(huán)境下，該課程在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺（學(xué)者網(wǎng)、礪儒云）、在線課程教學(xué)、在線教學(xué)活動、藍墨云班課、手機移動教學(xué)（微信群、QQ 群）等方面展開思政教育。

4.2 課程思政實施方式

該課程依托國家一流本科軟件工程專業(yè)，將思政元素融入到課前預(yù)習、課堂教學(xué)、實驗教學(xué)、課后鞏固等多個教學(xué)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)全方位過程化的思政教育。課程思政具體實施方式如圖 8所示。

Fig.8 Detailed implementation mode of curriculum ideological and political education圖8 課程思政具體實施方式

4.2.1 多環(huán)節(jié)多元化課程思政教學(xué)

教師在教學(xué)中利用課程精品資源平臺開設(shè)師說欄目，使學(xué)生聆聽老師的心靈細語。例如在講解哈夫曼編碼時，教師可在學(xué)者網(wǎng)發(fā)布體現(xiàn)人文精神、職業(yè)操守的師說欄目，具體示例如圖9所示。

Fig.9 Teacher talk column of course website圖9 課程網(wǎng)站的師說欄目

4.2.2 知名教授、專家參與教學(xué)活動

在課程資源開發(fā)與應(yīng)用中充分利用社交網(wǎng)絡(luò)和“互聯(lián)網(wǎng)+”資源，鼓勵知名教授、專家參與教學(xué)活動。在教學(xué)過程中引進一批優(yōu)秀企業(yè)，如達內(nèi)、中軟、礪鋒等的企業(yè)工程師、專家來軟件工程專業(yè)授課；引進國際化青年英才，加強師資隊伍“雙師雙能”建設(shè)，實現(xiàn)與時俱進的課程思政，提升引領(lǐng)性、時代性和開放性。

4.2.3 課程考核評價融入思政教育

在課程考核評價中有效融入思政教學(xué)。課程總成績?yōu)槠谀┏煽?0%+平時成績40%，其中平時成績中占比20%的課后作業(yè)包含3 個綜合實踐題目，分別為計算器的實現(xiàn)、壓縮軟件的實現(xiàn)、校園導(dǎo)航系統(tǒng)的實現(xiàn)，學(xué)生選擇其中一個實踐題目組隊完成。

教師在平時成績考核方案中引入CDIO 工程教育理念，鼓勵學(xué)生主動將所學(xué)知識融入到實踐當中，提高動手能力，培養(yǎng)作風嚴謹、敬業(yè)守信、推陳出新、團隊合作等各種素養(yǎng)。

5 教學(xué)改革效果

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程中引入了工程項目案例教學(xué)、研討教學(xué)等多方位、多角度的立體化教學(xué)方法，同時鼓勵學(xué)生參加大學(xué)生程序設(shè)計、ACM 競賽、CCF CSP 專業(yè)認證等與該課程相關(guān)的專業(yè)大賽及考試，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力和創(chuàng)業(yè)意識，目前取得以下成效：①“基于SPOC 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法混合在線教學(xué)案例（棧和隊列）”獲評廣東省本科高校在線教學(xué)優(yōu)秀課程案例一等獎；②學(xué)生能夠掌握考研中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程的所有知識點，掌握ACM、藍橋杯、CSP 認證等學(xué)科競賽中與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相關(guān)的基礎(chǔ)知識；③針對現(xiàn)實世界中的具體問題設(shè)計的實驗有效訓(xùn)練了學(xué)生對綜合知識的運用能力，引入的可視化編程提高了學(xué)生興趣，培養(yǎng)了高級程序設(shè)計技能，為其今后走向社會打下了良好基礎(chǔ)；④移動云教學(xué)的引入可以使學(xué)生全心全意地投入到學(xué)習中去，每個學(xué)生都有回答問題的興趣；⑤實踐案例教學(xué)模式使學(xué)生在學(xué)習過程中充分獲得成功體驗；⑥碎片化教學(xué)能夠?qū)崿F(xiàn)分層次教學(xué)，每個學(xué)生選擇適合自己的內(nèi)容進行學(xué)習，剔除已經(jīng)學(xué)會的內(nèi)容，從而提高了學(xué)習效率；⑦有效培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)業(yè)意識，更加符合新時代人才需求；⑧成功將中華民族的優(yōu)良傳統(tǒng)、社會主義核心價值觀傳授給學(xué)生。

6 結(jié)語

新的教學(xué)模式的出現(xiàn)既是挑戰(zhàn)也是機遇，新形勢下要求學(xué)校、教師和學(xué)生共同努力，緊跟時代發(fā)展步伐，共同促進線上線下混合教學(xué)模式改革和教學(xué)質(zhì)量的穩(wěn)步提升［11-12］。課程思政視域下的基于SPOC 的混合式教學(xué)模式打破了傳統(tǒng)教學(xué)模式，將多媒體課件、微視頻、課程題庫、前沿課題等教學(xué)資源與各種學(xué)習方法、學(xué)習模式、學(xué)習情境進行整合，將教師的地位由主講者變?yōu)橐龑?dǎo)者，使更多學(xué)生以多種學(xué)習方式參與到教學(xué)活動中。同時在該課程中無縫融入科技報國、家國情懷、大國工匠精神、中國傳統(tǒng)文化、社會主義核心價值觀等思政教育元素，引領(lǐng)實現(xiàn)高校教育立德樹人的根本使命。在今后的教學(xué)中，如何把握線上線下教學(xué)設(shè)計的平衡與側(cè)重，并在SPOC 教學(xué)模式中深度融合思政元素，進一步提高教學(xué)效果與學(xué)生興趣，將是重點研究方向。