金課背景下GIS專業數據結構教學改革研究*

熊立偉 鄒濱 方新 王平

1 湖南城市學院 湖南益陽 413000 2 中南大學 長沙 410083

0 引言

“金課”的概念是2018年由時任教育部部長的陳寶生在新時代全國高等學校本科教育工作會議上第一次提出，此后時任教育部高教司司長吳巖又系統闡述了“金課”概念，并將“金課”的特性歸結為高階性、創新性和挑戰度，簡稱“兩性一度”。“金課”概念的提出得到了各高校的積極響應，一場有關“金課”的“課堂革命”隨即在全國各高校迅速蔓延。混合式教學模式在近幾年的教學改革實踐中脫穎而出，成為“課堂革命”的主流，混合式教學包括線上和線下兩個部分，翻轉課堂、雨課堂、SPOC[1]、MOOC[2]等都是混合式教學的具體形式和應用。

地理信息科學（Geographic Information Science，GIS）作為一門交叉性學科，發展非常迅速[3]，目前，我國開設了GIS 專業的高校多達200多所。通過調研，發現大多數高校將數據結構作為GIS 專業的專業基礎課，學生在學習數據結構過程中普遍存在難以將理論知識應用到實際的困境[4]，原因在于數據結構具有內容豐富且抽象的特點，更為關鍵的是其在GIS 專業課程體系中起著承前啟后的作用，其先導課程為程序設計語言類基礎課，如C/C++程序設計，后續課程大多為軟件開發類課程，如面向對象的程序設計、計算機圖形學、GIS 二次開發、軟件工程等，這些課程對學生專業素養的形成具有重要的影響作用[5]。傳統的數據結構課程教學中存在教學模式單一、教學內容陳舊和理論教學與實踐脫節等問題[6]。因此，在課堂革命的時代大背景下對GIS 專業數據結構課程的教學改革勢在必行，筆者所在學校為應用型本科院校，擔任GIS 專業數據結構課程的主講教師已有13年，下面對數據結構混合式教學改革進行探討。

1 混合式教學改革的探討

傳統的數據結構教學過程存在的問題，其原因是多方面的，研究表明在眾多影響數據結構教學效果的因素中，教學模式的選擇已成為最關鍵的因素。混合式教學模式的最大優勢就是極大地拓展了學生的學習時間和空間，學生可以利用“互聯網+各種終端+各種在線學習APP”隨時隨地地進行學習，混合式教學是對以“教為中心”向以“學為中心”的教學理念的轉變。

1.1 混合式教學的必要性

2020年上學期，受新冠疫情的影響，各高校按照教育部的要求積極開展線上教學活動，然而，在經歷了一個學期的線上教學之后，教學效果并不理想。主要原因在于一方面大學生線上學習的注意力和集中度遠不如課堂學習，教師通過在線點名、答題和測試也難以保證線上的學習效果[7]；另一方面教師通過直播教學時無法知道學生是否在認真聽講。實踐表明僅通過線上教學很難達到預期的教學效果，而混合式教學可以將傳統課堂教學與線上教學的優點結合起來，對學生而言，混合式教學的學習過程和學習時間更加靈活，更有利于因材施教，因此，混合式教學才是大學課堂教學改革的正確方向。

1.2 混合式教學改革的內容

筆者以GIS 專業數據結構課程為例，從教學大綱修訂、知識點碎片化與微視頻制作、教學平臺的選擇、在線課程資源的優化建設、翻轉課堂教學設計、線下答疑與作業講解、教學考核評價等六個方面對混合式教學改革的內容進行探討。

1.2.1 教學大綱的修訂

混合式教學必將打破傳統教學模式，對數據結構課程原有教學大綱的修訂勢在必行，在修訂教學大綱之前要結合本專業學生的實際情況進行廣泛的調研。目前學校GIS 專業數據結構的課時為64，其中理論48 課時，實驗16 課時，理論課時相對不足，因此，教師需要對教學內容進行適當取舍和整合，一些理論性太強，在專業內應用面不夠廣泛的內容比如廣義表、動態存儲管理以及外部排序等內容就可以略講[8]。其次，教師可使用2 課時對C++程序設計中的一些重要內容如函數、結構體、指針等進行復習，以做到前導課與后繼課的有機銜接，從而較好地解決數據結構教學中學生上機困難的問題[9]。

1.2.2 知識點碎片化與微視頻制作

知識點的碎片化是與當前大學生的學習生活模式相適應的，研究表明，大學生能集中精力完整的觀看教學視頻的時間一般在6-12 分鐘，短而精的視頻有利于學生的消化吸收，學習效果最佳。數據結構課程內容抽象，知識點繁多，為更好地服務混合式教學，有必要將知識點進行分解即知識點碎片化，微教學視頻的制作是教師對碎片化知識點最為直接有效的表達方式，但微視頻的制作需要資金與技術的支持以及需要教師投入大量的時間與精力。在學校教務處的資助與指導下，對學校GIS 專業數據結構課程的28 個知識點（表1）拍攝了微視頻并上傳到智慧樹平臺供學生自主學習。

表1 數據結構微視頻涉及的主要知識點

1.2.3 線上教學設計

1）教學平臺的選擇。目前，國內成熟的網絡教學平臺比較多，像中國大學MOOC 平臺、超星、學堂在線、學銀在線、智慧樹、雨課堂、云班課等等，這些網絡教學平臺大多具備以下功能：直播課、錄播、簽到、發布作業、批改作業、隨機提問、在線測試、創建題庫、學習進度監控、在線輔導答疑等功能。只有經過一段時間的嘗試才能知道哪種網絡教學平臺更適合自己，筆者所在學校GIS 專業的數據結構選擇的是智慧樹平臺，教師通過智慧樹平臺上傳了各種教學資源，在混合式教學過程中布置了各種線上作業及單元測試題，注重對學生學習的過程監控及過程評價，經過兩年多的教學實踐，表明智慧樹能較好地滿足混合式教學的需求。

2）在線課程資源的優化建設。目前，許多高校已建立了數據結構精品課程網站，由于985、211 高校與地方本科院校的學生在綜合能力上存在較大差異，所以在數據結構課程資源建設過程中地方本科院校一定要考慮本校學生的實際水平，對其他高校的精品課程資源不能照搬。學校作為應用型本科院校，其數據結構課程教學團隊也早已建立了自己的課程資源，如ppt 課件、電子教案、實驗指導書、教學大綱、考試大綱、單元測試題、期末檢測題等。考慮到混合式教學的需要，數據結構課程團隊在原有課程資源的基礎上，建設了題型多樣、數量足夠多的在線測試題庫。但需要指出的是在線題庫的難度要適中，要讓學生在做題的過程中覺得數據結構課程有一定的難度，又要保證學生有獲得感，以提高其學習的積極性。

3）線上學習任務的布置。智慧樹提供了強大的線上教學功能，教師可以通過智慧樹給學生布置各種線上學習任務，如教師在課堂講授之前給學生布置一些視頻、PPT 的學習任務，這樣學生往往會帶著問題來到課堂，有利于課堂互動。教師每講授幾個知識點后可布置一些線上作業，以便學生及時鞏固所學知識點，線上作業以選擇題、判斷題、填空題為主，由系統自動批改作業，大大減輕了教師負擔。另外，教師可安排幾次線上單元測試，以了解學生的學習效果以及教學過程中存在的問題，由此教師可及時調整教學計劃，開展更加有針對性的教學。

1.2.4 翻轉課堂教學設計

數據結構傳統教學模式最大的弊端就是教學過程中學生參與的積極性不高、與教師的互動性不強，而混合式教學是一種學生自主參與的教學模式，在教學過程中，學生首先通過線上學習從而有準備地帶著問題來到課堂，此時，教師不能再采用傳統授課模式了，而要采用以學生為中心的翻轉課堂模式。為此，教師需要進行二次備課，對翻轉課堂的教學過程進行精心設計和引導，對學生在線上學習中可能產生的疑問要提前設想，對學生提問的時間、教師講授的時間要進行合理分配，這對教師的知識面和對課堂的掌控能力要求更高。總之，翻轉課堂的教學設計沒有現成的模板和規律，教師要結合學生的實際情況不斷摸索、總結。

1.2.5 線下答疑與作業講解

數據結構內容較多而課時相對有限，且知識點前后銜接緊密，學生往往不能立馬接受，會存在一些疑惑，雖然線上答疑不受時間與空間限制，但效率低下，因此，適量的開展線下答疑是提高教學質量的有效途徑。為此，教師可以在每個星期確定一個時間進行現場答疑解惑，這樣做會占用教師的一部分休息時間，但也體現了教師的奉獻精神。除了線下答疑，教師在講授完一個章節之后要給學生布置適量的作業，作業也分為線上、線下兩種方式，線上作業的客觀題可由系統批閱，但主觀題仍需教師批閱，從教學實踐來看，線下紙質檔作業必不可少，尤其是算法設計題，學生在寫算法的過程中可能會出現各種各樣的錯誤，教師應認真批改，在錯誤的地方做好批注，對錯誤率較高的題目在課堂上要進行重點講解。

1.2.6 教學考核評價

傳統教學模式注重結果評價，而混合式教學應注重于過程評價，目前學校教務系統設置的課程考核其平時成績與期末成績的比例為40%與60%。平時成績評定的主要依據是學生對線上課程資源的學習、上課出勤、課堂表現、課后作業、線上單元測試、上機實驗等的綜合評價結果，所占比重如表2所示。

表2 數據結構混合式教學考核方式

由于平時成績的評定有充分的依據且只要教師保持公平公正，故在班上公示的時候學生都很認同，運用好平時成績這個杠桿，在整個教學過程中可充分調動學生的積極性，譬如大多數學生都會進行課前預習，課堂上會積極回答教師的提問，會很在乎教師批改作業或實驗報告時給的等級。雖然平時成績的統計會花費教師一定的精力，但提高了教學質量，實現了以學生為中心的教學目標，教師付出再多的努力也是值得的。

2 教學反思

混合式教學已成為“課堂革命”的主流，混合式教學沒有統一的模式，智慧樹、云班課、學堂在線等線上教學平臺是混合式教學的重要支撐條件，而翻轉課堂、SPOC、雨課堂等則是混合式教學的具體形式和應用。在混合式教學過程中，有些教師只注重形式上的混合式教學，而忽略了混合式教學的本質與內涵，其教學效果并不好。從教學實踐來看，影響數據結構混合式教學質量的主要因素為：1）課堂采用了翻轉課堂的教學方式，但沒有與線上豐富的教學資源對應起來，混合式教學流于形式；2）教學視頻的質量有待提高，如視頻內容重點、難點不突出，對知識點的分解不合理，導致學生學習興趣不高，自學效果不佳；3）線上教學平臺的功能沒有得到充分利用，線上教學資源沒有發揮出應有的價值。

3 結束語

本文在金課背景下針對GIS 專業數據結構教學過程中存在的問題，提出了混合式教學改革的目標及實施路徑。近兩年的混合式教學改革表明，采用混合式教學既可提高學生的學習積極性，也能促進教師教學水平的提高，實現了教學相長，教學質量顯著提高，筆者所授課班級的學生近兩年在參加湖南省大學生測量程序設計競賽及GIS 應用競賽中獲一等獎6 項、二等獎3 項；同時，數據結構混合式教學改革為其他課程的混合式教學提供了借鑒與參考。在“互聯網+”時代下，混合式教學已是大勢所趨，每一位高校教師都肩負著“課堂革命”的重任，要勇于從傳統教學模式中走出來，努力打造適合本校本專業的線上+線下混合式“金課”。