張淑芬　郭小雨　趙巍

［摘 要］本文針對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學中存在的問題，提出在OBE理念指導下，采用BOPPPS教學模型對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程進行教學設(shè)計，結(jié)合學習通，探索線上線下混合式教學模式，建立“以成果為導向，以學生為中心”的教學模式。教學實踐表明，該模式能夠培養(yǎng)學生的自主學習能力，激發(fā)學生的學習興趣，調(diào)動學生的學習積極性，有效提高教學質(zhì)量，達成課程教學目標。

［關(guān)鍵詞］數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；OBE；BOPPPS；線上線下教學模式

［中圖分類號］ G642 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）08-0065-03

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計算機及相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是學習操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫原理等其他專業(yè)課程的基礎(chǔ)，相關(guān)高校一般在第二或第三學期開設(shè)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程知識點多、理論性強、概念抽象，要求學生具備一定的邏輯思維和問題分析能力。傳統(tǒng)的線下教學是以教為中心，教師是教學的主體。在課前，教師根據(jù)自己的教學經(jīng)驗安排教學內(nèi)容，把握授課節(jié)奏；在課上，以教師講授為主，學生被動參與；在課后，教師根據(jù)授課內(nèi)容布置作業(yè)。這種教學模式容易使學生失去學習興趣，出現(xiàn)畏難情緒。針對傳統(tǒng)教學模式的弊端，結(jié)合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的特點，以O(shè)BE理念為指導，根據(jù)課程對畢業(yè)要求指標點的支撐，課題組嘗試利用學習通平臺進行線上線下混合式教學，教學過程中合理應(yīng)用BOPPPS模型，建立以學生為中心的教學模式，調(diào)動學生的學習主動性，培養(yǎng)學生自主學習的能力和分析、解決問題的能力。

一、基于OBE理念的課程目標設(shè)計

OBE（Outcome?based Education，成果導向教育）理念由美國教育家Spady在19世紀80年代初期提出，之后獲得了廣泛的重視和應(yīng)用，成為很多歐美國家教育改革的主流理念[1]。OBE教育理念強調(diào)以學生在教學過程中取得的學習成果為導向來開展教學活動，教學方式提倡以學生為中心，教師負責啟發(fā)和引導，增加師生之間的互動，讓學生積極主動地參與到各個教學環(huán)節(jié)中，充分發(fā)揮學生的主動性，激發(fā)學生的創(chuàng)造性[1-2]。《華盛頓協(xié)議》將OBE理念融合到工程教育專業(yè)認證標準范圍內(nèi)，我國在2016年也成為《華盛頓協(xié)議》的成員，開始在工程教育改革中探討OBE理念的應(yīng)用[3]。2020年，華北理工大學全面啟動新版的本科培養(yǎng)方案和課程大綱的修訂工作，在教學設(shè)計過程中主動貫徹落實OBE理念。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是該校智能科學與技術(shù)專業(yè)的學科基礎(chǔ)課程，對培養(yǎng)學生的專業(yè)能力起著重要作用。該課程著重講解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念，數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)系、存儲表示和實現(xiàn)，為培養(yǎng)學生的專業(yè)能力奠定了理論基礎(chǔ)。在知識掌握方面，使學生能夠掌握典型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲表示和基本操作；在能力培養(yǎng)方面，要求學生能夠針對要解決的實際問題，選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，設(shè)計出高效的求解問題的算法；在素質(zhì)培養(yǎng)方面，重在培養(yǎng)學生的思維能力、實踐創(chuàng)新能力，以及團結(jié)合作、愛崗敬業(yè)的職業(yè)素養(yǎng)。

在OBE理念指導下，根據(jù)課程承擔的畢業(yè)要求指標點對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學目標進行設(shè)定（見表1）。教師要為學生構(gòu)建數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法方面的知識體系，使學生能夠針對具體問題進行數(shù)據(jù)特征的分析，能夠制定數(shù)據(jù)建模方案、存儲方案和算法設(shè)計方案，并能分析評估方案的優(yōu)劣。

二、基于BOPPPS的線上線下混合式教學模式實踐

（一） BOPPPS教學模型

BOPPPS教學模型是一種以學生為中心的教學模型，源于加拿大的教師技能培訓。隨著教學改革的不斷深化，越來越多學校在教學過程中應(yīng)用BOPPPS教學模型 [4]。

BOPPPS教學模型將一次教學過程劃分為6個前后銜接、環(huán)環(huán)相扣的教學環(huán)節(jié)，分別是Bridge?in（導入）、Objective（學習目標）、Pre?assessment（前測）、Participatory Learning（參與式學習）、Post?assessment（后測）、Summary（總結(jié)）[5]。BOPPPS教學模型強調(diào)以學生為中心，各個教學環(huán)節(jié)都圍繞學生展開設(shè)計，使學生主動參與到學習過程中，從而調(diào)動學生的學習積極性，增強學生主動學習的意識；強調(diào)教師要及時收集學生的反饋信息，以便調(diào)整后續(xù)的教學內(nèi)容，從而提升教學效果。

（二）OBE理念下BOPPPS+學習通的教學實施

以O(shè)BE理念為引導，在教學過程中授課教師借助學習通平臺進行線上線下混合式教學。學習通在教學實施過程中主要用于課前預習、課后作業(yè)和章節(jié)測驗，以及在課堂授課過程中BOPPPS模型的導入、前測、參與式學習中的互動、后測環(huán)節(jié)。下文以棧的教學過程為例，展開論述OBE理念下BOPPPS+學習通的教學實施過程。

1. 課前預習

教師根據(jù)學習通上的數(shù)據(jù)，了解學生對前驅(qū)知識學習的情況，確定教學內(nèi)容，制作教學課件并上傳到學習通平臺，發(fā)布預習任務(wù)，要求學生在授課前完成預習。棧的前驅(qū)知識點是線性表，教師在討論區(qū)發(fā)布關(guān)于棧和線性表的異同點的話題討論，從而提高學生的參與度和積極性。教師也可以根據(jù)討論結(jié)果了解學生預習的情況。

2. 課堂授課

教師按照BOPPPS教學模型的6個環(huán)節(jié)進行課堂教學，在具體實施過程中需要根據(jù)學生的學習效果對相關(guān)環(huán)節(jié)進行調(diào)整。

（1）導入

教師導入學生熟悉的生活實例，引出授課內(nèi)容。例如人們在洗盤子時，總是將洗干凈的盤子逐個疊放在已經(jīng)洗好的盤子上面，使用時則從上往下逐個取。在電腦上玩紙牌游戲時，只有將上面的紙牌先移走，才能移動下面的紙牌。利用這些通俗易懂的示例引出棧的內(nèi)容，然后提出問題，例如網(wǎng)頁中的“后退”按鈕是如何實現(xiàn)的？讓學生組成小組討論，并提出可行的方案，喚醒學生的求知欲，激發(fā)學生的學習動機。

（2）學習目標

教師通過導入案例明確以下學習目標：棧的基本概念和特點、棧的存儲表示和相關(guān)操作的算法實現(xiàn)、如何利用棧解決實際問題。從理論到實現(xiàn)再到應(yīng)用，逐層遞進，使學生了解每個部分內(nèi)容應(yīng)該掌握的知識點，以及應(yīng)具備的能力，激發(fā)學生的學習興趣。

（3）前測

教師結(jié)合教學目標，授課前利用2～5分鐘的時間，通過課堂提問、線上測試等方式進行前測。例如在學習通的隨堂練習中發(fā)布3道題目。

題目1： 假設(shè)元素的入棧序列為a、b、c、d，能否得到出棧序列c、a、d、b？

題目2： 假設(shè)用P表示入棧（Push）操作，用O表示出棧（Pop）操作，如果元素的入棧順序為a、b、c、d，為了得到出棧序列a、c、d、b，給出相應(yīng)的P和O的操作序列。

題目3：一個棧的入棧序列為1，2，…，[n]，出棧序列為[p1， p2 ，…， pn（p1， p2，…， pn]是1，2，…，[n]的一種排列），若[p1]=3，則[p2]可能的取值有多少個？

3道題目的難度逐步增加，教師可根據(jù)平臺的統(tǒng)計結(jié)果了解學生的預習情況，結(jié)合本堂課的教學目標，調(diào)整課堂教學內(nèi)容的深度與進度。

（4）參與式學習

教師根據(jù)知識點設(shè)計問題，通過學習通平臺以提問、搶答、選人、話題討論等方式進行課堂互動，促進學生主動參與到學習過程中。由于大部分學生的編程基礎(chǔ)較薄弱，因此對棧的算法實現(xiàn)是本課的難點。判空和求長度的操作與線性表相同，可以讓學生自己完成；入棧和出棧是棧的兩個重要操作，教師可以先講解算法思想，用注釋的形式給出算法步驟，然后讓學生寫出代碼，進行調(diào)試。通過編程實踐，培養(yǎng)學生的邏輯思維能力。

（5）后測

后測主要用于檢驗學生的學習效果，考查學生是否達到了預定的教學目標。學習棧的最終目標是能夠利用棧解決實際問題。例如要求學生模擬實現(xiàn)網(wǎng)頁中的后退功能，由于課堂時間有限，可以通過組建學習小組的方式來完成。教師根據(jù)后測的結(jié)果調(diào)整作業(yè)的內(nèi)容，或通過實驗使學生達到預定的學習目標。

（6）總結(jié)

教師結(jié)合教學目標對教學重點和難點進行總結(jié)，并提出新的問題，引出下一次課的教學內(nèi)容。為了調(diào)動學生的積極性，教師可以通過邊總結(jié)邊提問的方式，引導學生加強對教學內(nèi)容的回顧和理解。例如引導學生總結(jié)棧和線性表的區(qū)別，以加深學生對棧的特點的理解；總結(jié)棧的順序存儲和鏈式存儲的優(yōu)缺點，使學生在解決問題時能夠選擇合適的存儲方式。

3. 課后作業(yè)

教師布置的課后作業(yè)既要兼顧理論和實踐，難度適中，幫助學生鞏固基礎(chǔ)知識，又要有一定的挑戰(zhàn)，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。知識點的考查可以通過學習通平臺進行，由學習通平臺自動生成考核數(shù)據(jù)。實踐能力的考查可以通過線下進行，要求學生設(shè)計并實現(xiàn)算法，利用棧解決具體的應(yīng)用問題，例如將一個十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制輸出、判斷給定的字符串是否為回文、判斷一個表達式中的括號是否匹配等，要求學生將答案上傳到學習通平臺，由教師手動批改。

通過課前預習和課堂授課環(huán)節(jié)，使學生掌握相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念，理解其存儲方式，能夠利用程序設(shè)計語言實現(xiàn)常用操作；通過課后作業(yè)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)建模及算法設(shè)計的能力。

三、教學效果

該教學模式已經(jīng)在本校20級智能科學與技術(shù)專業(yè)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學過程中實施了一個學期，通過分析學生的成績發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)學生對基礎(chǔ)知識掌握得比較扎實，也能靈活選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、設(shè)計高效的算法并求解實際問題，實現(xiàn)了課程的培養(yǎng)目標。

（一）總評成績

本校20級智能科學與技術(shù)專業(yè)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程總評成績由過程性考核成績和期末考試成績構(gòu)成。過程性考核通過學習通平臺進行，包括簽到、課堂互動、討論、章節(jié)學習、作業(yè)、測驗等，教師對各部分的權(quán)重進行設(shè)置后，平臺自動生成成績，占總評成績的30%。期末考試采取筆試的方式，卷面成績占總評成績的70%。與上一屆學生的成績相比，20級學生的高分和及格人數(shù)均明顯上升，成績趨于正態(tài)分布。

（二）問卷調(diào)查

20級智能科學與技術(shù)專業(yè)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程結(jié)束后，課題組通過學習通針對線上線下混合式教學模式的滿意度及改進意見等進行了問卷調(diào)查。大多數(shù)學生對該模式表示滿意，認為能夠調(diào)動學生的學習積極性，課堂教學效果有明顯改善，部分學生針對學習通資源建設(shè)、課程互動、實踐環(huán)節(jié)等提出了合理的改進建議。

四、結(jié)論

在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教學過程中，以學習成果為導向，應(yīng)用BOPPPS教學模型進行教學設(shè)計，借助學習通平臺，進行線上線下混合式教學，增加提問、搶答、討論等互動環(huán)節(jié)，調(diào)動學生的學習積極性，提高學生的參與度，可以實現(xiàn)教學目標。后期將進一步加強過程性考核，提高其成績占比，促進學生主動學習，同時加強學習通資源建設(shè)，為學生自主學習數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程提供支持。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 侯紅玲，任志貴，何亞銀，等.基于OBE理念反向設(shè)計教學過程研究[J].大學教育，2019（10）：57-59.

[2] 鄧秀勤，張翼飛，喬守紅.基于OBE理念的“離散數(shù)學”課程教學改革探索[J].教育教學論壇，2020（38）：186-187.

[3] 中華人民共和國中央人民政府.中國科協(xié)代表我國正式加入國際工程聯(lián)盟《華盛頓協(xié)議》[EB/OL]（2016-06-02）[2021-11-07].http：//www.gov.cn/xinwen/2016-06/02/content_5079122.htm.

[4] 孫連山，付菊，趙曉，等.產(chǎn)出導向的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學改革與實踐[J].計算機教育，2021（1）：75-79.

[5] 吳敏寧，張永恒，劉紅霞，等.BOPPPS模式在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學中的實踐[J].計算機教育，2016（8）：118-122.

[6] 柳欣，張斌，李徐周，等.基于BOPPPS模式的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗》教學改革實踐[J].高教學刊，2020（18）：64-66.

［責任編輯：黃緊德］