基于ARCS模型+線上線下混合的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)模式研究

鄔志紅 段喜龍

摘要 為促進(jìn)新工科建設(shè)，落實(shí)教學(xué)改革“最后一公里”，文章對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容、方法和考核全方位的改革與實(shí)踐探究，采用OBE教學(xué)理念，結(jié)合ARCS動(dòng)機(jī)激勵(lì)模型對(duì)學(xué)生持續(xù)激勵(lì)，學(xué)生獲得自我認(rèn)可和學(xué)習(xí)動(dòng)力，三階段的線上線下混合教學(xué)模式，學(xué)習(xí)延展至課堂外，構(gòu)建以學(xué)生為中心的教學(xué)過程。將行業(yè)發(fā)展和課程相關(guān)新知識(shí)、技術(shù)融入教學(xué)內(nèi)容，適當(dāng)提高課程挑戰(zhàn)度，以能力培養(yǎng)為主線，增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)融合，促進(jìn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和實(shí)際運(yùn)用，達(dá)到培養(yǎng)符合社會(huì)需求、能解決計(jì)算機(jī)類復(fù)雜工程問題創(chuàng)新人才的教學(xué)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞 新工科；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；ARCS；混合教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.11.026

教育部為促進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”，從《關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》到《關(guān)于推薦新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知》，我們看到高等教育新的中國模式和教育強(qiáng)國建設(shè)的新方向。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程是計(jì)算機(jī)類專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課，主要研究非數(shù)值計(jì)算問題，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)抽象的能力和進(jìn)行復(fù)雜程序設(shè)計(jì)的能力。傳統(tǒng)以教師為中心的講授式教學(xué)模式偏重于促進(jìn)學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)，為適應(yīng)新工科建設(shè)，教師應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力，探索以學(xué)生為中心的新教學(xué)模式。本文以提高數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)效果為目標(biāo)，借助OBE教學(xué)理念，ARCS動(dòng)機(jī)激勵(lì)機(jī)制，針對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程實(shí)施教學(xué)改革，使學(xué)生獨(dú)立解決實(shí)際應(yīng)用問題，完成持續(xù)性深度學(xué)習(xí)，優(yōu)化教學(xué)。

路紅等人基于OBE理念對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)改革進(jìn)行研究[1]，制訂面向“學(xué)習(xí)產(chǎn)出”的教學(xué)目標(biāo)，明確教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)目標(biāo)的關(guān)系；徐志敏對(duì)新工科背景下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)進(jìn)行研究[2]；王巍[3]、李杰中[4]嘗試對(duì)其課程進(jìn)行改革探索，解決學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力不足的問題；祖冰疇等人將ARCS動(dòng)機(jī)模型引入翻轉(zhuǎn)課堂，結(jié)合深度學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性[5]；本文結(jié)合李逢慶的混合式教學(xué)理論[6]和工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，對(duì)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程進(jìn)行ARCS模型+線上線下混合式教學(xué)模式研究。

1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)現(xiàn)狀分析

根據(jù)新工科建設(shè)和OBE教學(xué)理念，通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以掌握算法設(shè)計(jì)與分析的基本理論知識(shí)，同時(shí)，強(qiáng)調(diào)理論和實(shí)踐的統(tǒng)一，突出動(dòng)手能力，在實(shí)際工程問題中靈活應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的能力。培養(yǎng)具有拓展學(xué)習(xí)意識(shí)，具備面向未來工作所需的計(jì)算思維、團(tuán)隊(duì)協(xié)作及創(chuàng)新思維能力。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)設(shè)計(jì)尚存的問題如下：①“以教師為中心”課程知識(shí)內(nèi)化效率低，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)知識(shí)理解不深入，應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題等高階能力不足；②教學(xué)內(nèi)容陳舊，與學(xué)科前沿知識(shí)與行業(yè)應(yīng)用脫節(jié)，使課程時(shí)代性、前沿性與應(yīng)用性不足，學(xué)生無法獲得專業(yè)成就感；③試卷考試為主的傳統(tǒng)考核方式，教師難以及時(shí)、準(zhǔn)確地獲取學(xué)情，不利于探究式、個(gè)性化教學(xué)的精準(zhǔn)實(shí)施。

2基于ARCS模型+線上線下混合的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)模式

興趣是最好的老師，圍繞激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和潛能深化教學(xué)改革，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提升知識(shí)內(nèi)化率。轉(zhuǎn)換教師教育教學(xué)理念，營造“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)，變“老師讓我學(xué)”為“我要學(xué)，我想學(xué)”。

2.1 ARCS模型，持續(xù)激勵(lì)

由于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)較強(qiáng)的理論性和技術(shù)性特征，部分學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)掌握不牢，喪失信心，就會(huì)無法維持學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，影響甚至放棄。約翰.M.科勒提出包含注意（Attention）、相關(guān)（Relevance）、自信（Confidence）、滿意（Satisfaction）四個(gè)要素的ARCS動(dòng)機(jī)模型，該模型能激發(fā)維持學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，已有學(xué)者通過實(shí)踐研究證明了ARCS模型的有效性。結(jié)合ARCS模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程特征制訂了如表1所示的教學(xué)過程設(shè)計(jì)，持續(xù)激勵(lì)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)貫穿課程始終。

2.2三階段的線上線下混合教學(xué)模式

學(xué)習(xí)不僅局限于課堂，而延伸到課前和課后。現(xiàn)代信息技術(shù)為教學(xué)提供了豐富的教學(xué)資源，據(jù)2022年世界慕課與在線教育大會(huì)公布的數(shù)據(jù)，中國慕課數(shù)量已經(jīng)達(dá)到6.19萬門。優(yōu)質(zhì)資源開放共享，學(xué)生隨時(shí)隨地想學(xué)就學(xué)，遇到知識(shí)難點(diǎn)隨時(shí)可以溫習(xí)、請(qǐng)教。

以學(xué)生為中心的教學(xué)過程劃分為課前、課堂和課后三個(gè)部分。課前學(xué)生根據(jù)教師布置的學(xué)習(xí)內(nèi)容，通過中國大學(xué)生慕課等教學(xué)資源，自主學(xué)習(xí)，完成自我測(cè)試。課堂上，教師可針對(duì)自學(xué)測(cè)試中反映出來的問題、重點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行講解，采用案例任務(wù)驅(qū)動(dòng)，學(xué)生進(jìn)行分組討論、學(xué)生講解、生問生答和生生互評(píng)等多種形式，讓學(xué)生成為課堂主體，積極參與。課后，教師通過PTA布置作業(yè)，學(xué)生提交作業(yè)，系統(tǒng)反饋、再提交，不斷完善知識(shí)點(diǎn)，并獲得滿足感。課程的混合式教學(xué)模式改革示意圖如圖1所示。

2.3增強(qiáng)學(xué)科融合，產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)

根據(jù)教育家布魯姆認(rèn)知領(lǐng)域的層次劃分：知道、領(lǐng)會(huì)、應(yīng)用、分析、綜合和評(píng)價(jià)，我們也希望通過課程學(xué)習(xí)，不僅能讓學(xué)生知道、領(lǐng)會(huì)和應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)，更應(yīng)達(dá)成分析、綜合和評(píng)價(jià)的高階目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生探索未知，增強(qiáng)學(xué)習(xí)能力。課程從教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)行改革和探索，融入行業(yè)發(fā)展與課程相關(guān)新知識(shí)、新技術(shù)，適當(dāng)提高課程挑戰(zhàn)度。例如，隊(duì)列應(yīng)用中，除常用先進(jìn)先出隊(duì)列，還探索在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)先隊(duì)列；圖的應(yīng)用，從實(shí)際案例出發(fā)，關(guān)于最小生成樹結(jié)合我國高速鐵路規(guī)劃建設(shè)進(jìn)行闡述和分析；在查找應(yīng)用中會(huì)提供搜索引擎相關(guān)資料。在不斷探索新知識(shí)的求知驅(qū)動(dòng)下，提升課程內(nèi)涵，達(dá)到提升課程難度和深度的目標(biāo)。課程所采用的案例任務(wù)與知識(shí)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示（p81）。

2.4學(xué)習(xí)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系改革

傳統(tǒng)的試卷檢測(cè)，在一定程度上可以考核學(xué)生對(duì)記憶類知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，但不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。課程組重構(gòu)學(xué)習(xí)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，側(cè)重于形成性考核與終結(jié)性考核相結(jié)合，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課和對(duì)應(yīng)用能力的考核。一方面考核內(nèi)容進(jìn)行多學(xué)科融和，具有一定挑戰(zhàn)度；另一方面激發(fā)自主學(xué)習(xí)，拓寬視野，激發(fā)成就感。最終達(dá)成提升解決實(shí)際問題算法設(shè)計(jì)和程序?qū)崿F(xiàn)的能力。課程結(jié)束后，課程組計(jì)算并分析課程目標(biāo)達(dá)成情況，結(jié)合學(xué)生和同行評(píng)價(jià)，對(duì)課程進(jìn)行整體評(píng)價(jià)，對(duì)上一階段的課程教學(xué)做好總結(jié)，并作為指導(dǎo)下一階段課程教學(xué)的依據(jù)。

3改革效果

基于ARCS模型+線上線下混合的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)模式已經(jīng)在南昌航空大學(xué)2018―2021級(jí)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)學(xué)生中實(shí)施，最終考核成績的占比情況如圖2所示。對(duì)比可見，課程改革過程中遇到的問題，課程建立了“課程自評(píng)找弱點(diǎn)、學(xué)生問卷找短板、同行評(píng)價(jià)找差距”，“三位一體”面向產(chǎn)出的評(píng)價(jià)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)課程教學(xué)的持續(xù)改進(jìn)。

實(shí)施結(jié)果表明經(jīng)過參與式學(xué)習(xí)方式和教學(xué)內(nèi)容改革，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性明顯提高，提升了課程知識(shí)內(nèi)化率，強(qiáng)化了實(shí)際問題的數(shù)據(jù)建模能力和算法設(shè)計(jì)能力，對(duì)教學(xué)質(zhì)量的提升有顯著促進(jìn)。同時(shí)，還培養(yǎng)了學(xué)生軟件開發(fā)與設(shè)計(jì)實(shí)踐的能力、創(chuàng)新精神與創(chuàng)新能力。線上線下混合式教學(xué)模式可以兼顧提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)、互動(dòng)交流、合作學(xué)習(xí)等能力。

4結(jié)論

以課程目標(biāo)為產(chǎn)出導(dǎo)向，ARCS模型與線上線下混合式教學(xué)模式的有機(jī)融合，摒棄了傳統(tǒng)的“師講生聽”的授課模式以及“一張?jiān)嚲斫鉀Q問題”的考核模式，構(gòu)建了“以學(xué)生為中心”的教學(xué)模式，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合行業(yè)發(fā)展新成果和新趨勢(shì)，提高課程的挑戰(zhàn)度，加強(qiáng)過程考核及形成性評(píng)價(jià)機(jī)制，教學(xué)全過程注重加強(qiáng)學(xué)生獲得感、成就感，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、參與度和主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)，淬煉學(xué)生堅(jiān)韌不拔、精益求精的品格，提升學(xué)生的動(dòng)手能力與創(chuàng)新能力，培養(yǎng)出符合社會(huì)需求、能解決計(jì)算機(jī)類復(fù)雜工程問題的創(chuàng)新人才。

基金項(xiàng)目：2022年南昌航空大學(xué)教改課題“基于ARCS模型+線上線下混合的‘?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)模式研究”（JY22045）；2021年南昌航空大學(xué)教改課題“基于線上線下融合BOPPPS模式的‘面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程改革與實(shí)踐”（JY21102）。

參考文獻(xiàn)

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