基于MOOC 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程混合式教學(xué)設(shè)計(jì)

王樹(shù)梅，侯 漠

(江蘇師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州22111)

0 引言

MOOC(Massive Open Online Courses，大規(guī)模在線開(kāi)放課程) 是在互聯(lián)網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程的學(xué)習(xí)方式，學(xué)習(xí)資源包括教學(xué)視頻、課件、單元測(cè)試、章節(jié)測(cè)試、課件上的嵌入式測(cè)試、互動(dòng)區(qū)討論等［1］。諸多專家對(duì)混合式教學(xué)提出了見(jiàn)解，文獻(xiàn)［2］將英國(guó)高校MOOC 整合到中國(guó)高校面授課程中，同時(shí)建構(gòu)了英國(guó)MOOC 主持教師與中國(guó)學(xué)生的互動(dòng)式視頻會(huì)議活動(dòng)框架。文獻(xiàn)［3］應(yīng)用相關(guān)分析0 法、線性回歸分析法及結(jié)構(gòu)方程模型法分析與驗(yàn)證了教學(xué)存在、社會(huì)存在與認(rèn)知存在之間的相關(guān)關(guān)系及因果關(guān)系，開(kāi)展基于MOOC的中外合作混合教學(xué)實(shí)踐提供了新思路。文獻(xiàn)［4］分析了“雨課堂”教學(xué)手段應(yīng)用下，結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況，與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的混合式教學(xué)模式的體系構(gòu)建。文獻(xiàn)［5］對(duì)基于在線課程的混合式教學(xué)模式進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并在"網(wǎng)站設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)"課程實(shí)施中開(kāi)展了兩年多教學(xué)實(shí)踐，結(jié)合實(shí)踐闡述了該模式的關(guān)鍵環(huán)節(jié)與實(shí)施策略。

本文以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程為例，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，借助MOOC、雨課堂與云班課、CG 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了混合式教學(xué)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)策略與教學(xué)信息化3 方面闡述了混合式教學(xué)設(shè)計(jì)的過(guò)程。

1 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

本課程教學(xué)內(nèi)容包括10 章，授課過(guò)程中將其分為4 大塊講解，分別是線性結(jié)構(gòu)、樹(shù)形結(jié)構(gòu)、圖形結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計(jì)。線性結(jié)構(gòu)是整個(gè)課程的基礎(chǔ)也是重點(diǎn)，這一部分學(xué)習(xí)讓學(xué)生掌握順序表與鏈表的基本運(yùn)算，并能夠解決有關(guān)線性表的問(wèn)題。線性結(jié)構(gòu)包括線性表、棧、隊(duì)列、串、數(shù)組、廣義表，它們又都具有各自特點(diǎn)，其中棧與隊(duì)列是重點(diǎn)，因?yàn)樵趫D形結(jié)構(gòu)與樹(shù)形結(jié)構(gòu)問(wèn)題中會(huì)用到這兩種結(jié)構(gòu)。

樹(shù)形結(jié)構(gòu)包括樹(shù)與二叉樹(shù)，二叉樹(shù)是重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容，主要知識(shí)點(diǎn)有二叉樹(shù)的性質(zhì)、基本運(yùn)算、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、遍歷以及與樹(shù)、森林之間轉(zhuǎn)換等。哈夫曼樹(shù)是具有WPL 值最小的二叉樹(shù)，構(gòu)造哈夫曼樹(shù)算法是重點(diǎn)與難點(diǎn)內(nèi)容。哈夫曼編碼是在構(gòu)造哈夫曼樹(shù)基礎(chǔ)上得到的編碼，是解決數(shù)據(jù)通信中電文編碼的代碼長(zhǎng)度最短的編碼方案。

圖形結(jié)構(gòu)是多對(duì)多的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，內(nèi)容有圖的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、基本運(yùn)算、圖的遍歷、最小生成樹(shù)、最短路徑、拓?fù)渑判?、關(guān)鍵路徑。這部分學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生要掌握?qǐng)D的基本運(yùn)算，還要掌握4 個(gè)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?fù)渑判?、DFS、BFS 3 個(gè)算法通過(guò)不同思想將圖轉(zhuǎn)換為一個(gè)結(jié)點(diǎn)線性序列，將多對(duì)多非線性結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為一對(duì)一線性結(jié)構(gòu)，降低了解決問(wèn)題的難度與復(fù)雜度。

算法設(shè)計(jì)包括遞歸、查找與排序，遞歸思想在鏈表、數(shù)組、廣義表與二叉樹(shù)算法設(shè)計(jì)過(guò)程中都會(huì)用到，教學(xué)安排過(guò)程中，排在數(shù)組與廣義表之前講述。查找包括線性表的查找與樹(shù)表的查找，線性表查找根據(jù)查找順序表的特點(diǎn)分為順序查找、折半查找與分塊查找。樹(shù)表分為二叉排序樹(shù)與平衡二叉樹(shù)，二叉排序樹(shù)是一種具有特點(diǎn)的二叉樹(shù)，通過(guò)對(duì)其中序排序得到從小到大的關(guān)鍵字序列。為了提高查找效率，提出了平衡二叉樹(shù)，每一個(gè)結(jié)點(diǎn)平衡因子絕對(duì)值都不超1 的二叉樹(shù)。

2 教學(xué)策略設(shè)計(jì)

(1) 利用先行組織策略準(zhǔn)備線上課前預(yù)備性教學(xué)材料并規(guī)劃學(xué)習(xí)進(jìn)程，從預(yù)備性材料中抽象出新知識(shí)點(diǎn)，再運(yùn)用各種學(xué)習(xí)活動(dòng)對(duì)新知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)化。以本課程第3 章第5講順序隊(duì)為例，利用先行組織策略準(zhǔn)備預(yù)備性教學(xué)材料有:上傳隊(duì)列教學(xué)視頻3.9(隊(duì)列定義) 3.10(順序隊(duì)) 3.11(環(huán)形隊(duì)) ?？赐暌曨l完成預(yù)習(xí)測(cè)試。教師就隊(duì)列與棧的知識(shí)點(diǎn)創(chuàng)建頭腦風(fēng)暴問(wèn)題，總結(jié)預(yù)習(xí)活動(dòng)，列出有疑問(wèn)的問(wèn)題與概念。

(2) 利用認(rèn)知發(fā)展策略開(kāi)展線下學(xué)習(xí)活動(dòng)，以小組為單位，組與組之間開(kāi)展競(jìng)爭(zhēng)性學(xué)習(xí)，既鍛煉了學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作能力，又提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。教師為了激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)性，可以設(shè)置加分制度，根據(jù)題目的難度與回答情況進(jìn)行不同程度的加分。

以本課程第3 章第5 講順序隊(duì)為例，利用認(rèn)知發(fā)展策略開(kāi)展的教學(xué)活動(dòng)有:

分組:18Z 計(jì)科有50 位學(xué)生，分8 組，每組6 －7 人。由組長(zhǎng)匯總每組在線上預(yù)習(xí)活動(dòng)中遇到的問(wèn)題(5min) 。組與組之間交換遇到的問(wèn)題并討論(10min) 。教師設(shè)置規(guī)則選出臺(tái)上講解小組，每組講述時(shí)間不超10min。上臺(tái)講解組員可一位也可多位，組員表現(xiàn)直接影響整個(gè)組的成績(jī)。教師總結(jié)學(xué)生討論問(wèn)題，并提出難度稍大問(wèn)題繼續(xù)給學(xué)生討論(15min) 。學(xué)生可以通過(guò)查各種資料解決問(wèn)題(15min) 。由抽選的小組公布討論結(jié)果，教師總結(jié)課堂內(nèi)容，布置線上作業(yè)。

(3) 本課程概念較多，利用概念形成策略，通過(guò)實(shí)例、練習(xí)等教學(xué)手段確認(rèn)并理解概念。以棧為例，通過(guò)圖例與練習(xí)讓學(xué)生理解棧的特點(diǎn)，比如: 一個(gè)解釋棧概念的實(shí)例，編號(hào)位1 2 3 4 5 的人依次進(jìn)入一個(gè)寬度只夠一個(gè)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(lái)5 號(hào)先出，接著4 3 2 1 依次出，這就驗(yàn)證了棧的“先進(jìn)后出”的特點(diǎn)。

(4) 本課程學(xué)習(xí)行為較為復(fù)雜，整體分為線上學(xué)習(xí)行為與線下學(xué)習(xí)行為，線上學(xué)習(xí)行為有: 投票問(wèn)卷、頭腦風(fēng)暴、答疑討論、測(cè)試活動(dòng)、小組任務(wù)，線下學(xué)習(xí)行為有: 問(wèn)題討論、問(wèn)題講述、問(wèn)題答辯、問(wèn)題總結(jié)、問(wèn)題拓展。教師利用隨機(jī)管理策略對(duì)這些復(fù)雜學(xué)習(xí)行為進(jìn)行強(qiáng)化刺激與系統(tǒng)地控制。本課程具體的隨機(jī)管理策略有: ①線下及時(shí)總結(jié)。每次課每周都有學(xué)習(xí)行為總結(jié)，每次課上評(píng)出3 位優(yōu)秀學(xué)生與3 位預(yù)警學(xué)生，每次課的優(yōu)秀學(xué)生在平時(shí)分里加1 分，預(yù)警學(xué)生減1 分。這種管理策略可以刺激其他學(xué)生向優(yōu)秀學(xué)生學(xué)習(xí);②線下隨機(jī)抽取。課堂上隨機(jī)抽取學(xué)生回答或講述問(wèn)題，能夠激勵(lì)每位學(xué)生認(rèn)真思考問(wèn)題，再根據(jù)回答問(wèn)題情況適當(dāng)加分; ③線下分組管理。教師把部分管理權(quán)限下放給各組組長(zhǎng)，組長(zhǎng)是輪流制，每周換一次，組長(zhǎng)對(duì)本組組員有分配任務(wù)與評(píng)價(jià)的權(quán)力; ④線上評(píng)價(jià)機(jī)制。教師或者助教通過(guò)創(chuàng)建學(xué)習(xí)活動(dòng)，收集到學(xué)生線上學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，教師根據(jù)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)狀況并以數(shù)據(jù)形式排名，前10 名學(xué)生給予加分獎(jiǎng)勵(lì)。

(5) 利用行為練習(xí)策略明確課程單元學(xué)習(xí)目的、環(huán)節(jié)與內(nèi)容，通過(guò)練習(xí)行為使學(xué)生掌握與運(yùn)用新技能、新結(jié)構(gòu)，根據(jù)練習(xí)結(jié)果對(duì)成績(jī)較差學(xué)生個(gè)別指導(dǎo)，提供重測(cè)機(jī)會(huì)。

本課程在教學(xué)過(guò)程中，使用過(guò)云班課、雨課堂與CourseGrading 3 個(gè)平臺(tái)。云班課平臺(tái)具有可以打亂題目順序、限定時(shí)間、重做次數(shù)以及學(xué)生何時(shí)查看答案的功能?！按騺y題目順序”可以使每位學(xué)生顯示的題目順序都不一樣，“限定時(shí)間”是根據(jù)題目數(shù)量與難度設(shè)置答題時(shí)間，如果有學(xué)生答題不理想可以選擇重做，重做次數(shù)由教師設(shè)定。云班課也具有指定學(xué)生重測(cè)的功能，對(duì)于不達(dá)標(biāo)學(xué)生教師指定重測(cè)，每人有一次重測(cè)機(jī)會(huì)。

CourseGrading 平臺(tái)測(cè)試設(shè)置界面，這個(gè)平臺(tái)具有編程題、接口編程題與片段編程題的作業(yè)類型，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程是與編程關(guān)系較密切的課程，需要利用編程實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的算法思想與分析算法的優(yōu)劣。這個(gè)平臺(tái)可以給學(xué)生更多編程練習(xí)機(jī)會(huì)，讓學(xué)生了解算法思想及不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)下算法之間的不同之處。

本課程主要利用雨課堂加強(qiáng)基礎(chǔ)理論知識(shí)練習(xí)，通過(guò)練習(xí)掌握與理解基本概念與算法思想。該平臺(tái)也具有練習(xí)時(shí)間限定設(shè)置與試卷查看限制、答案公布時(shí)間設(shè)置功能，可以限制學(xué)生練習(xí)時(shí)間與查看答案權(quán)限。雨課堂題型有單選題、多選題、填空題與主觀題等，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容與難度選擇適合題型。

(6) 混合式教學(xué)需要學(xué)生有較強(qiáng)自我管理能力，利用自我管理策略教給學(xué)生行為原則、自我估計(jì)方法、制定自我管理、自我決斷與指導(dǎo)的計(jì)劃，根據(jù)實(shí)際情況變化實(shí)施與修改計(jì)劃。

本課程學(xué)習(xí)分為線上與線下，自我管理主要體現(xiàn)在線上學(xué)習(xí)過(guò)程中。為了加強(qiáng)學(xué)生自覺(jué)學(xué)習(xí)，養(yǎng)成自我管理習(xí)慣，需要給學(xué)生制定出各個(gè)時(shí)間段學(xué)習(xí)目標(biāo)。比如，“?！边@一塊，學(xué)生通過(guò)看上傳的視頻資料與課件，可以達(dá)到了解棧的概念與理解棧的特點(diǎn)，進(jìn)而可以解決簡(jiǎn)單問(wèn)題，根據(jù)目標(biāo)達(dá)成程度給學(xué)生加經(jīng)驗(yàn)值，此經(jīng)驗(yàn)值與平時(shí)成績(jī)是掛在一起的，經(jīng)驗(yàn)值高的學(xué)生平時(shí)成績(jī)會(huì)高。通過(guò)在視頻中插入問(wèn)題，學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行初步自我估計(jì)，遇到的問(wèn)題通過(guò)自我指導(dǎo)方式解決。每個(gè)學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣不同，學(xué)習(xí)計(jì)劃與學(xué)習(xí)目標(biāo)也不同，隨章節(jié)內(nèi)容難度與自身掌握情況修改。

3 教學(xué)信息化設(shè)計(jì)

(1) 教學(xué)資源信息化。2016 年學(xué)校正式使用該MOOC里的教學(xué)資源進(jìn)行教學(xué)。從上學(xué)期開(kāi)始應(yīng)用雨課堂與云班課，教師將《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》課程的教學(xué)視頻、課件、單元測(cè)試題、章節(jié)測(cè)試題、試卷庫(kù)與試題庫(kù)等資源上傳在線教學(xué)課堂。學(xué)生注冊(cè)學(xué)習(xí)中國(guó)大學(xué)MOOC 平臺(tái)的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)資源。學(xué)校圖書(shū)館擁有計(jì)算機(jī)專業(yè)中文電子圖書(shū)36 500本，外文21 981 本; 擁有本專業(yè)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(xué)習(xí)提供了大量的參考文獻(xiàn)與學(xué)習(xí)資源。

(2) 教學(xué)過(guò)程信息化。課前，教師利用云班課上傳預(yù)習(xí)課件與視頻，布置學(xué)習(xí)任務(wù)，創(chuàng)建活動(dòng)，使學(xué)生預(yù)習(xí)有目標(biāo)，有壓力，提高學(xué)習(xí)效率。課上，教師在云班課上開(kāi)啟簽到功能，學(xué)生利用手機(jī)簽到，簽到后教師可以讓學(xué)生搶答問(wèn)題。教師搜集線上學(xué)生課前預(yù)習(xí)過(guò)程中的疑問(wèn)與答錯(cuò)的題目，修改教學(xué)內(nèi)容，并以課件形式投影到大屏幕上。學(xué)生課上可通過(guò)手機(jī)發(fā)問(wèn)，教師可將問(wèn)題拋給其他學(xué)生競(jìng)答，競(jìng)答正確的學(xué)生加適當(dāng)經(jīng)驗(yàn)值。課后，教師線上創(chuàng)建復(fù)習(xí)測(cè)試活動(dòng)，學(xué)生在手機(jī)上完成，教師可指定個(gè)別未完成目標(biāo)學(xué)生重測(cè)。教師分析學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，找出優(yōu)秀與預(yù)警學(xué)生，實(shí)行因材施教。

(3) 學(xué)生學(xué)習(xí)信息化。學(xué)生學(xué)習(xí)分為線上學(xué)習(xí)與線下學(xué)習(xí)，線上學(xué)習(xí)主要使用手機(jī)登錄學(xué)習(xí)平臺(tái)完成教師布置的學(xué)習(xí)任務(wù)，對(duì)于不理解的內(nèi)容可以在線向教師提出，教師進(jìn)行答疑。本課程除了利用雨課堂與云班課平臺(tái)以外，還使用了CourseGrading(CG) 教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生在CG 平臺(tái)上提交作業(yè)。由于本課程要使用編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)算法，CG 平臺(tái)提供了編程題編譯平臺(tái)，學(xué)生在線編程測(cè)試數(shù)據(jù)。學(xué)生在線下學(xué)習(xí)過(guò)程中，使用手機(jī)回答教師即時(shí)推送的問(wèn)題，展開(kāi)組間競(jìng)爭(zhēng)，增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)與協(xié)作、創(chuàng)新能力。

(4) 師生溝通信息化。通過(guò)使用微信、QQ、雨課堂、云班課等平臺(tái)，教師與學(xué)生實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)交流。如果學(xué)生發(fā)現(xiàn)疑問(wèn)或者問(wèn)題，可以在任何時(shí)間任何地點(diǎn)與教師進(jìn)行交流溝通。本課程建有微信群，學(xué)生可以在微信群里發(fā)布自己的問(wèn)題，其他學(xué)生可以給予解答，教師可以進(jìn)行指導(dǎo)解答過(guò)程。如果有些問(wèn)題不好發(fā)在微信群里，可以私信教師，教師及時(shí)解決。

(5) 教學(xué)評(píng)價(jià)信息化。學(xué)校建設(shè)有綜合教務(wù)管理系統(tǒng)，包括4 部分教學(xué)評(píng)價(jià):教師互評(píng)、教師評(píng)學(xué)、學(xué)生評(píng)教、督導(dǎo)組專家評(píng)教。教師互評(píng)是教師之間通過(guò)互相聽(tīng)課給出評(píng)價(jià)，這個(gè)評(píng)價(jià)結(jié)果占最后總評(píng)價(jià)25%，可以促進(jìn)教師之間的相互學(xué)習(xí)與督促。教師評(píng)學(xué)是任課教師對(duì)所教班級(jí)學(xué)生進(jìn)行線上評(píng)價(jià)，這個(gè)評(píng)價(jià)依據(jù)是學(xué)生平時(shí)線上學(xué)習(xí)與線下學(xué)習(xí)的綜合情況。學(xué)生評(píng)教是每一學(xué)期結(jié)束之前，學(xué)生對(duì)每一門任課教師的評(píng)價(jià)，包括教師教學(xué)準(zhǔn)備情況、教師課堂教學(xué)情況以及教師線上輔導(dǎo)答疑情況等，這個(gè)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)占25%。督導(dǎo)組專家評(píng)價(jià)是學(xué)?；蛘邔W(xué)院督導(dǎo)組專家不定期對(duì)整個(gè)教學(xué)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以是通過(guò)聽(tīng)課方式，也可以通過(guò)檢查作業(yè)與試卷等方式進(jìn)行評(píng)價(jià)，這個(gè)評(píng)價(jià)結(jié)果占總評(píng)50%。

(6) 考試測(cè)試信息化。測(cè)試分為線上測(cè)試與線下測(cè)試，線上測(cè)試?yán)糜暾n堂與云班課評(píng)價(jià)的測(cè)試功能創(chuàng)建相應(yīng)章節(jié)測(cè)試活動(dòng)。本課程利用CourseGrading(CG) 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化考試，CG 平臺(tái)具有普通組卷與隨機(jī)組卷的功能，確保每一位學(xué)生的周圍試卷都不相同，并配置監(jiān)考選項(xiàng)，包括內(nèi)網(wǎng)監(jiān)控、IP 地址綁定、IP 地址過(guò)濾與欄目關(guān)閉。這些選項(xiàng)只對(duì)參與考試的班級(jí)有效，考試結(jié)束，自動(dòng)失效。

4 結(jié)語(yǔ)

本課程混合式教學(xué)是從各個(gè)教學(xué)平臺(tái)采集數(shù)據(jù)分析個(gè)別學(xué)生存在問(wèn)題，對(duì)其進(jìn)行個(gè)別輔導(dǎo)與答疑，使其如期完成學(xué)習(xí)任務(wù)，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。所有教學(xué)評(píng)價(jià)都是以“數(shù)據(jù)”為依據(jù)，這種評(píng)價(jià)方式較為公正與客觀，能夠正方向促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高。另外本課程采用啟發(fā)式教學(xué)，在各個(gè)環(huán)節(jié)給學(xué)生不同啟發(fā)性質(zhì)的問(wèn)題，學(xué)生通過(guò)思考問(wèn)題獲得新知識(shí)。對(duì)于沒(méi)有解決的問(wèn)題，教師采用引導(dǎo)式教學(xué)，。最后采用案例對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行運(yùn)用，每組學(xué)生一個(gè)案例，通過(guò)案例學(xué)生鍛煉了團(tuán)隊(duì)合作能力與運(yùn)用知識(shí)的能力。學(xué)生在教師引導(dǎo)下進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，參與每一次學(xué)習(xí)活動(dòng)，包括討論、答疑、測(cè)試等，鍛煉解決問(wèn)題的能力。根據(jù)學(xué)習(xí)情況，教師指定輪流制規(guī)則，讓學(xué)生上臺(tái)給大家講解，這種親身體驗(yàn)的學(xué)習(xí)活動(dòng)獲取的知識(shí)會(huì)更牢固。