基于雨课堂平台的“数据结构”课程在线教学改革与研究

方雪欣 杨旭鹏 刘付勇

关键词：数据结构；教学改革；雨课堂；混合式教学

1引言

近年来，“互联网+”正触发教育教学模式变革。人才培养目标的转变亟需课程教学内容体系的重构，更加重视创新思维和协作能力的培养，实行教育教学模式变革成为必然趋势。“数据结构”是计算机类学科的核心课程，主要培养学生学会分析研究计算机加工的数据结构的特性，并初步掌握算法特性分析。由于本课程的学习主要包含复杂程序设计的训练，强调学生对数据抽象分析能力的培养，理解难度较大，整体上学生对于本课程的学习带有恐惧心理，并且课下学习资源有限，学生课外自主学习的主动性不强，学生普遍反映仅通过课堂教学很难难好这门课[1]。“互联网+”显著促进教育教学水平的提升，在线教育公共服务平台使信息识别更精准、管理服务更聪慧、学校组织体系更灵活。信息技术在教育教学中的深度融合应用正触发教师角色的快速转变，在线上教学场景中，教师的重心更多放在能力培养、素养培育等方面。教师信息技术及素养的地位越来越重要。基于雨课堂平台的“数据结构”课程在线教学改革模式的整体解决方案以学生为中心，极大地提升了教师教学的专注性，以及学生专注学习的能力，也增强了师生之间的交互性，可以实现师生双向互动，教师在授课过程中同样可以和线下一样进行课堂即时互动，上传课程资源可以实现资源长期共享，学生可以课后进一步学习课程内容，以提高对课程更深的理解，在进行过程中还可以创新推出适应不同教学要求的教学环境，通过多元化的教学模式，以提升教学质量为最终教学目标，实现教学应用的全方位拓展。

特别是新冠肺炎疫情期间的线上教学方式为课程教育教学模式的改革提出了至关重要的要求，结合“数据结构”课程的教学方式和特色，课程组综合考虑了线上教学的特点与要求，为了切实落实关于“停课不停教”“停课不停学”的倡导，围绕课程特色，认真备课，以保证疫情期间的教学效果，打造优质线上课程，力争出成绩、见成效，为促学抗疫贡献力量。“雨课堂网络教学平台”是我校疫情期间上线的云端在线网络教学平台，将复杂的信息技术手段融人PowerPoint和微信中，从而在课外预习与课堂教学间建立沟通桥梁。教师可以将带有MOOC视频、习题、语音的课前预习课件推送至学生手机，使师生能够及时沟通反馈，课堂上实时答题、弹幕互动，为传统课堂教学师生互动提供了解决方案。积极围绕高等教育改革与发展的理论与实践及混合式教学改革的理论与实践，通过雨课堂建设线上线下混合教学课程。结合慕课、微课、雨课堂的设计与使用，以推动学生积极应用线上课程进行学习和使用各种数字化资源，因师制宜、因生制宜、因课制宜，创新多种教学模式，通过教学改革，切实提升课堂教学效果与教师信息化教学胜任能力[2]。教师结合自己的专业，应用混合式教学的模式进行课堂教学设计，基于课程设计的课堂教学案例，学生通过雨课堂平台在线进行弹幕交流、分享、投稿，以及在线体验雨课堂混合式教学改革的效果，从而有效推动教育教学模式的改革和现代信息技术在教学中的应用。

2基于雨课堂平台的“数据结构”课程在线教学设计

疫情防控期间实行在线网课教学方式，教师和学生身处异地，都只能面对冷冰冰的计算机屏幕，教师看不到学生，无法从学生的神情中判断学生的参与度和对内容的理解程度，缺乏沉浸感；学生上课时只能看到PPT课件，看不见教师，身边也缺少学生的陪伴，缺乏代人感。因此，线上教学并不是单纯地把原本的普通课堂搬到线上，而是通过合适的在线教学运行方案，拉近师生之间的距离，解决师生之间线上的互动问题。

通过雨课堂教学平台，教师可将课程所需的测试题，以及PPT同步上传至雨课堂平台，学生在预习过程中存在的疑惑难题可通过投稿的方式发送至平台，师生可参与讨论。因此，在学院的指导下，经过教师之间的多次交流和师生的多轮测试，目前采取基于雨课堂配套腾讯会议的在线教学方式[3]。图1所示是基于雨课堂教学设计的基本流程，课堂分为3个阶段：课前、课中和课后。学生在课前做好课程预习，上课时，教师使用雨课堂在线直播授课，教师在授课过程中，学生可发送弹幕在线参与互动，课后安排学生做好课程的复习、问题讨论，习题测验。

2.1理论教学内容与教学方法的改革

数据结构与算法既需要理论与理解，又需要实际操作和创新应用，还需要师生之间的实时交互。在线答题可以提高学生的参与度以及对课程内容的理解，将雨课堂弹幕及课堂投稿作为实时在线直播授课方式，该工具简单、易于获取，传输清晰，较为流畅，功能简洁[4]。知识传授、内化和能力培养相结合的探究式课程在线化运行，通过雨课堂开展课堂调查、测验和投票，对学生开展学情调查和课后反馈调查是教学目标定位、教学内容选择、教学方法调整及确定的重要依据。在授课初期，通过雨课堂的投票功能，对学生的先修课程修读情况、学习兴趣、对本课程的理解、未来学习意愿、学习执行力等开展调查，力争有的放矢，这种投票还可用于课程进行过程中的课堂质量调查和反馈。

多种方式相结合的知识掌握度即时测试针对以知识传授为主的基本内容，准备单选题、多选题、填空题等题型，通过头歌测验、雨课堂答题、雨课堂弹幕、雨课堂投稿、腾讯会议共享屏幕等方式，进行知识掌握程度测试，力争无论是观看授课视频，还是实时直播授课时学生都能处于“在线”状态[5]。同时，以精心打磨、制作精良的国家精品慕课MOOC课程作为辅助教学资源，为学生提供丰富的信息，以拓宽学生的视野，学生可以反复重听、暂停思考，学习方式和时段更加灵活。

2.2实践教学内容与教学方法的改革

除了讲授数据在计算机中如何组织、存储和处理等基本知识，为了强化程序设计基本能力的训练，基于头歌平台对涉及程序设计语言的知识点进行总结、凝练，额外安排学时进行线上编程工具的训练，精炼地对“数据结构”课程中涉及的程序设计重点和难点进行样例讲解，设计了课堂讲解版和学生练习版两个版本的应用实例，两个版本框架相同，但练习版缺乏核心代码，力求扫清学生学习、掌握“数据结构”核心内容的障碍。对教学实验进行递进式设计，按照基础验证、综合应用和问题探索三个层次构建教学内容。设计、编制实验题目，既涵盖“数据结构”课程的核心内容，又与专业领域研究算法（如网络、查找、模式匹配、散列等）相关。每次实验内容分为基础验证和综合应用两部分，在基础验证部分安排基本数据结构及算法实验项目，并线上提交作业及实验报告，使学生掌握基本数据结构和算法，体会数据结构如何从现实问题中抽象，又如何用来解决实际问题，进而提升学生的兴趣和自信心，以及实践能力：综合应用部分安排C／C++描述一些经典应用问题所用到的数据结构，分析、设计并编程实现相应算法，使学生理解、掌握、消化理论教学难点[6]。

2.3多方法创建活跃的互动氛围

考虑到“数据结构”课程既需要理论与理解，又需要实际操作和创新应用，是程序设计的基本“内功”，非常烧脑：与此同时，程序设计与文章撰写有异曲同工之处，千人前面，各不相同，學生可能有很多各不相同的疑难问题需要解答，又考虑到部分学生会比较害羞，怯于大庭广众下与人交流，必须给予其足够的互动安全感[7]。设计了以下互动保障方案。

（1）讨论组：建议每3～4名学生组成一个学习讨论组，每个学生至少在某一个讨论组中，相互讨论、互相帮助、共同提高。

（2）匿名提问、作答：雨课堂设置了允许学生匿名提问和回答功能，学生针对课程和学业内容，可以选择实名或匿名提问、作答，鼓励学生大胆提出他们心中的疑问，又保证其安全感。

（3）帮帮团队：考虑种种客观因素，教师不可能24小时在线答疑，一人也难以应对160多位学生的问题，动员有较好算法编程能力的5位高年级学生帮助答疑，他们是本专业学生，对“数据结构”课程与算法课程内容熟悉，编程能力突出，比赛成绩优秀，既有助于其自身能力的提高，又能帮助学弟学妹解决问题。

3结束语

“数据结构”课程与算法课程理论性和实践性都很强，经混合式教学实践，不断改革教学方法，修改教学内容。实践结果表明，混合式教学有效解决了传统教学中的突出问题，学生评教逐年提高，对学生的逻辑思维和计算思维都有很大的提高，学生对于理论内容和实践内容也可以有机地结合并理解。以学为中心的混合式教学模式的实践，取得了较好的教学效果，在以后的教学中，主要改进思路是增加学生自主学习的广度和深度，同时完善形成性评价方式，以提高评价合理性。