喬國榮

遼寧輕工職業(yè)學(xué)院，遼寧 大連 116100

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程是高職計(jì)算機(jī)專業(yè)課程體系中公認(rèn)的一門專業(yè)核心課程，在計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)課程體系中起著承上啟下的作用，也是計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)課程。該門課程主要研究的是數(shù)據(jù)元素的邏輯結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)元素的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，從而設(shè)計(jì)出針對(duì)這些數(shù)據(jù)元素的算法以及實(shí)現(xiàn)方法，具有較強(qiáng)的抽象性和綜合性。很早以前許多教材針對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法的實(shí)現(xiàn)采用偽代碼表示，因不能做到所見即所得，學(xué)生學(xué)習(xí)停留在云里霧里，所以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是公認(rèn)的比較難學(xué)的一門課程。近年來，為了讓學(xué)生方便理解學(xué)習(xí)內(nèi)容，許多數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教材的作者采用C、C++或者Java語言把相關(guān)算法描述出來，實(shí)現(xiàn)了所見即所得，但還是不能非常直觀地表達(dá)。隨著人工智能時(shí)代的到來，Python語言在人工智能領(lǐng)

收稿日期：2022-01-18

作者簡(jiǎn)介：?jiǎn)虈鴺s（1970—），女，遼寧法庫人，教授，碩士。域得到廣泛應(yīng)用，因此筆者試圖運(yùn)用Python語言來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的各個(gè)算法，并借用pythontutor.com網(wǎng)站來動(dòng)態(tài)演示數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的演變過程，將抽象問題形象化，更加方便學(xué)生的理解和學(xué)習(xí)。從這個(gè)角度出發(fā)，研究數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程基于Python語言的線上線下混合教學(xué)模式具有極其深遠(yuǎn)的意義。

一、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程線上線下混合教學(xué)模式研究現(xiàn)狀

目前，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程在各高校的教學(xué)大多數(shù)情況下還是采用以教師為主，教學(xué)以傳統(tǒng)的多媒體課件講解為主要教學(xué)手段。盡管在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課堂教學(xué)中引入了案例式、啟發(fā)式等教學(xué)手段，但是其學(xué)習(xí)內(nèi)容枯燥和難于理解確實(shí)給高職學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來了很多的障礙；又受到課時(shí)的限制，絕大多數(shù)任課教師為了完成教學(xué)計(jì)劃，在整個(gè)教學(xué)過程中，對(duì)課程中的重點(diǎn)內(nèi)容也不能做到細(xì)致入微地講解，因此，根本無法激起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，更別說讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)了，教學(xué)效果不盡如人意。

為了改變數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)現(xiàn)狀，許多老師都進(jìn)行了相應(yīng)的教學(xué)改革。胡偉平[1]認(rèn)為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為軟件工程專業(yè)最核心的專業(yè)基礎(chǔ)課之一，傳統(tǒng)教學(xué)以理論教學(xué)為主，學(xué)習(xí)枯燥，課程結(jié)束之后學(xué)生普遍反映能理解理論，但是寫不出程序。為了改變這種狀況，一些高校使用線上線下混合式教學(xué)方法對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了重構(gòu)，對(duì)教學(xué)過程進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，將MOOC、云班課、拼題A網(wǎng)站等教學(xué)輔助平臺(tái)整合在一起，改革了教學(xué)環(huán)節(jié)，取得了良好的教學(xué)效果。周艷聰?shù)萚2]提到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程在計(jì)算機(jī)軟件等專業(yè)中占據(jù)著核心地位，近幾年更是成為各個(gè)高校計(jì)算機(jī)專業(yè)考研的必修課程，其地位不言而喻。由于不同層次的學(xué)生對(duì)課程資源要求不同，對(duì)課程的理解和掌握程度也不同，各高校的學(xué)習(xí)平臺(tái)依據(jù)本校學(xué)生實(shí)際情況而構(gòu)建，更方便本校學(xué)生或者同類別學(xué)校學(xué)生使用。滕秀花[3]針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題，結(jié)合工程認(rèn)證人才培養(yǎng)目標(biāo)，充分應(yīng)用學(xué)校提供的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行課程建設(shè)，深入開展線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)模式。陳俊仁[4]結(jié)合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程當(dāng)前的教學(xué)狀況，秉承“以學(xué)生為中心，以有效教學(xué)見長(zhǎng)”的教學(xué)理念，融合線上和線下教學(xué)模式，提出了基于課堂派的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)改革。李莉等[5]通過實(shí)踐證明，線上線下混合教學(xué)模式下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課堂教學(xué)改革，很大程度上激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。上述研究者僅從線上線下混合教學(xué)模式出發(fā)討論如何改革數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)方法，但是沒有提到用Python語言實(shí)現(xiàn)算法?；谏鲜鲅芯楷F(xiàn)狀，筆者提出了基于Python語言實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程線上線下混合的教學(xué)模式。

二、基于Python語言建設(shè)在超星平臺(tái)上的混合式線上線下教學(xué)模式

隨著信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，以及師生對(duì)于移動(dòng)終端的大規(guī)模應(yīng)用，學(xué)生學(xué)習(xí)以及教師教學(xué)的方式已經(jīng)不再局限于課堂上進(jìn)行[6-10]，而是隨時(shí)隨地都可以利用移動(dòng)設(shè)備快速地進(jìn)入到學(xué)習(xí)狀態(tài)。一場(chǎng)新冠病毒肺炎疫情更是把這種學(xué)習(xí)模式應(yīng)用到極致：學(xué)生們邊進(jìn)行核酸檢測(cè)，邊看手機(jī)進(jìn)行學(xué)習(xí)。微視頻教學(xué)記錄了教師在整個(gè)課堂教學(xué)過程中應(yīng)用多媒體教學(xué)手段圍繞某個(gè)知識(shí)點(diǎn)或者教學(xué)環(huán)節(jié)而展開的教學(xué)過程，該種教學(xué)方式具有主題突出、動(dòng)畫演示數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的變化，視頻短小精悍等諸多特點(diǎn)?；诔瞧脚_(tái)多媒體微課混合式教學(xué)分為課前準(zhǔn)備、課中教學(xué)、課后作業(yè)總結(jié)拓展三個(gè)階段，是一種交互式三段反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，并采用線上線下相結(jié)合的方式進(jìn)行。

課前準(zhǔn)備階段，以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主，教師輔導(dǎo)為輔。這個(gè)階段教師需要將該次課所要講解的課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行梳理，并將所教授的知識(shí)要點(diǎn)進(jìn)行分解細(xì)化，同時(shí)根據(jù)各知識(shí)要點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)性和邏輯性，并將各知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行精心組織，編排成許多相對(duì)獨(dú)立又彼此相關(guān)的教學(xué)單元，并精心為學(xué)生設(shè)計(jì)了自主學(xué)習(xí)任務(wù)菜單，最終制作完成每個(gè)單元的微課視頻，將這些內(nèi)容放在超星學(xué)習(xí)平臺(tái)上（見圖1）。學(xué)生在課前按照任務(wù)菜單的要求完成課前學(xué)習(xí)，通過PPT課件學(xué)習(xí)、微課視頻學(xué)習(xí)、線上提問、同學(xué)們討論交流等方式自主預(yù)習(xí)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。同時(shí)，教師也能在該網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，通過移動(dòng)端或者電腦端有效監(jiān)督學(xué)生的課前學(xué)習(xí)進(jìn)度，及時(shí)檢查學(xué)生預(yù)習(xí)效果。

圖1 課前準(zhǔn)備階段

經(jīng)過了課前準(zhǔn)備階段，學(xué)生完成了自主學(xué)習(xí)之后，為教師在課堂教學(xué)階段留下了更加充裕的時(shí)間，得以在教學(xué)階段進(jìn)行詳細(xì)講解（見圖2），突出重點(diǎn)，著重解決難點(diǎn)問題以及個(gè)別輔導(dǎo)，并且有針對(duì)性地開展小組討論，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生們的學(xué)習(xí)積極性，高效地完成知識(shí)的傳授過程。

圖2 疫情期間運(yùn)用騰迅課堂線上授課頁面

到課后作業(yè)總結(jié)拓展階段，同學(xué)們需要完成教師布置的相關(guān)作業(yè)、單元測(cè)試等，消化課堂上所學(xué)內(nèi)容，并進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生的邏輯思維能力和綜合應(yīng)用能力（見圖3）。

圖3 作業(yè)實(shí)訓(xùn)拓展

三、混合教學(xué)模式改革方案

高職教育教學(xué)要注重理實(shí)一體，突出實(shí)踐教學(xué)，緊跟企業(yè)的用人要求制定人才培養(yǎng)方案，確定授課內(nèi)容。隨著人工智能的發(fā)展，Python語言在人工智能領(lǐng)域的使用異軍突起，因此筆者對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整，算法設(shè)計(jì)采用Python語言來實(shí)現(xiàn)。為了方便學(xué)生們的理解，運(yùn)用pythontutor.com網(wǎng)站提供的動(dòng)畫演示數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)變化過程，使學(xué)生們耳目一新，充分調(diào)動(dòng)了他們的學(xué)習(xí)積極性。采用這種動(dòng)畫教學(xué)手段，能夠更好地激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，形象化地幫助學(xué)生更好地理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中各種抽象算法，寓教于樂，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力，充分體現(xiàn)職業(yè)教育技術(shù)技能型人才培養(yǎng)特點(diǎn)。

為了更好地描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程混合教學(xué)模式的運(yùn)行過程，本文以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程混合教學(xué)過程中“線性鏈表”的建立教學(xué)為例，闡述如何完成基于超星平臺(tái)的多種手段共同進(jìn)行的多媒體動(dòng)畫微課線上線下混合教學(xué)模式的教學(xué)設(shè)計(jì)。

（一）“線性鏈表”教學(xué)模型分析

設(shè)計(jì)算法并全代碼編程實(shí)現(xiàn)是為了讓學(xué)生更好地理解線性鏈表的應(yīng)用。為了讓學(xué)生們方便理解線性鏈表的概念、性質(zhì)，也為了學(xué)生們能快速掌握線性鏈表的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，從而完成數(shù)據(jù)類型定義，最終理解并設(shè)計(jì)線性鏈表的基本算法，筆者歸納總結(jié)出“線性鏈表”的教學(xué)重點(diǎn)是鏈表的結(jié)點(diǎn)定義，教學(xué)難點(diǎn)是有關(guān)線性鏈表的算法真正代碼實(shí)現(xiàn)。

（二）“線性鏈表”課前準(zhǔn)備階段教學(xué)模型設(shè)計(jì)

根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)所設(shè)計(jì)的教學(xué)目標(biāo)要求，任課教師課前依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)要求，有針對(duì)性地對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行梳理，筆者劃分出6個(gè)需要學(xué)生們掌握的相對(duì)獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)：（1）線性鏈表的定義及性質(zhì)；（2）線性鏈表的Python結(jié)點(diǎn)定義；（3）線性鏈表的最基本運(yùn)算算法之一設(shè)計(jì)：建立鏈表；（4）線性鏈表的基本運(yùn)算算法之二設(shè)計(jì)：輸出鏈表；（5）線性鏈表的基本運(yùn)算算法之三設(shè)計(jì)：插入結(jié)點(diǎn)；（6）線性鏈表的基本運(yùn)算算法之四設(shè)計(jì)：刪出結(jié)點(diǎn)。然后針對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)編定腳本、設(shè)計(jì)并制作動(dòng)畫，之后教師演示動(dòng)畫并且錄制相應(yīng)的教學(xué)視頻。根據(jù)觀察分析，高職學(xué)生保持最佳注意力時(shí)間平均15分鐘左右，因此，我們將每段動(dòng)畫演示講解視頻錄制時(shí)間控制在15分鐘之內(nèi)。依據(jù)教學(xué)環(huán)節(jié)需要，整理出每個(gè)知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的在線測(cè)試題，學(xué)生在線看完教學(xué)視頻以后自行測(cè)試學(xué)習(xí)情況。

（三）“線性鏈表”課教學(xué)授課階段

學(xué)生經(jīng)過了前面課前準(zhǔn)備階段的自主學(xué)習(xí)，絕大多數(shù)同學(xué)基本上掌握了將近40%的教學(xué)內(nèi)容，沒有掌握的教學(xué)內(nèi)容學(xué)生們會(huì)帶著問題來聽教師線下課堂教學(xué)。這種教學(xué)方式讓學(xué)生有充足的時(shí)間對(duì)線性鏈表的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的運(yùn)算算法有一個(gè)全面的理解。由于學(xué)生已經(jīng)對(duì)線性鏈表的基本操作算法有了大概的了解，但是具體實(shí)踐還是有一定的困難。因此，筆者線下教學(xué)也采用了pythontutor.com網(wǎng)站邊輸代碼邊動(dòng)態(tài)演示數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的表示方法（如圖4所示）。該圖演示了類似于C語言的結(jié)點(diǎn)類型定義形式。因?yàn)镻ython沒有動(dòng)態(tài)分配存儲(chǔ)空間的函數(shù)，因此形象地定義了結(jié)點(diǎn)類，學(xué)生學(xué)習(xí)起來更加直觀、生動(dòng)，所見即所得。學(xué)生邊學(xué)邊實(shí)踐，并且小組內(nèi)可以相互探討互相查錯(cuò)修改，全程教師掌控整個(gè)課堂，教學(xué)效果很好。

圖4 定義結(jié)點(diǎn)的內(nèi)存動(dòng)畫演示過程

（四）“線性鏈表”課后線上復(fù)習(xí)總結(jié)階段

課后線上復(fù)習(xí)總結(jié)階段是檢驗(yàn)學(xué)生是否完全掌握所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的一個(gè)非常重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。在該環(huán)節(jié)，教師結(jié)合授課內(nèi)容以及學(xué)生掌握情況布置相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)與作業(yè)，幫助同學(xué)們鞏固所學(xué)的知識(shí)。同時(shí)教師也會(huì)根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，改進(jìn)教學(xué)方法，優(yōu)化教學(xué)資源。

（五）課程考核評(píng)價(jià)

線上線下混合教學(xué)模式采用過程性評(píng)價(jià)與總結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的形式，具體考核方案（見表1）如下：總成績(jī)=期末考試（50%）+課前（10%）+課中（30%）+課后（10%）。

表1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程考核方式統(tǒng)計(jì)表

四、線上線下教學(xué)模式總結(jié)與改進(jìn)

經(jīng)過實(shí)踐，基于Python語言的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程線上線下混合教學(xué)模式改革與實(shí)踐，針對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)的不足進(jìn)行了改革，通過動(dòng)畫教學(xué)、視頻教學(xué)、反轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)手段，有效地激發(fā)了學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣，課程教學(xué)也取得了較好的效果，但有些方面還需要進(jìn)一步改進(jìn)完善。例如，教學(xué)資源的利用應(yīng)適可而止，應(yīng)將精力用于設(shè)計(jì)形象化的動(dòng)畫教學(xué)，寓教于樂，這樣可以有效地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，并持續(xù)維持學(xué)習(xí)的熱情。在教學(xué)資源建設(shè)方面，超星平臺(tái)也有它的局限性，限制了很多學(xué)生個(gè)性化的發(fā)揮。還有很多其他很好的教學(xué)平臺(tái)可供我們使用，尤其在實(shí)踐教學(xué)的設(shè)計(jì)上，有些平臺(tái)設(shè)計(jì)的功能更加優(yōu)秀。除此之外，教學(xué)內(nèi)容的選擇上是應(yīng)該選擇最適合高職學(xué)生學(xué)習(xí)的教學(xué)內(nèi)容，有針對(duì)性地制作高質(zhì)量微視頻等教學(xué)資源，但也不能畫地為牢，也要考慮學(xué)生日后的就業(yè)和進(jìn)一步學(xué)習(xí)的需要。線上的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)應(yīng)該高于高職的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，但也應(yīng)注重職業(yè)教育特色，注重校企合作開發(fā)，要與企業(yè)真實(shí)場(chǎng)景的實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，為學(xué)生日后就業(yè)以及進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。