基于AIGC的數據結構課程教學改革實踐與探索

摘要：數據結構課程是計算機類專業學生的專業必修課，是一門理論性和實踐性都非常強的課程。文章探討了數據結構課程的教學改革，并引入生成式人工智能（Artificial Intelligence Generated Content， AIGC） 技術實現教學資料的自動生成，優化教學資源配置。同時，利用數字人生成工具制作難點知識點講解視頻，將抽象概念具象化，提升學生的學習興趣和理解能力。通過理論與實踐相結"，"Introduction":""，"Columns":"信息化與計算機教育"，"Volume":""，"Content":"

摘要：數據結構課程是計算機類專業學生的專業必修課，是一門理論性和實踐性都非常強的課程。文章探討了數據結構課程的教學改革，并引入生成式人工智能（Artificial Intelligence Generated Content， AIGC） 技術實現教學資料的自動生成，優化教學資源配置。同時，利用數字人生成工具制作難點知識點講解視頻，將抽象概念具象化，提升學生的學習興趣和理解能力。通過理論與實踐相結合的教學改革，旨在提升數據結構課程的教學質量和學生的創新思維與實踐能力。

關鍵詞：數據結構；工程能力；教學改革；教學資源；人工智能

中圖分類號：G642" " " 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）18-0125-04

開放科學（資源服務） 標識碼（OSID）

0 引言

數據結構是計算機類專業學生的專業必修課程，涵蓋數據對象的邏輯特性、存儲方式、操作實現及性能分析。數據結構課程對于培養學生的算法設計與分析能力、邏輯思維和問題解決能力至關重要[1]，有助于提升其工程實踐能力和創新能力。然而，由于數據結構課程概念抽象、算法復雜[2]，學生學習興趣和積極性普遍不足。傳統的教學方式已難以滿足學生專業學習的需求，如何有效提升學生的學習興趣和工程實踐能力成為亟待解決的問題。

在當今數字化時代，新興的AIGC技術為數據結構課程教學改革提供了新的機遇[3]。“人機共教”已成為技術變革與教育創新的融合趨勢[4-5]。本文探索AIGC在數據結構課程中的應用，旨在提升教學質量和學生學習積極性，為教師提供新的教學思路與方法，幫助學生更好地掌握數據結構的基本概念與應用技能。

1 數據結構課程理論教學改革與探索

1.1 AIGC介紹

2023年以來，以ChatGPT為代表的生成式人工智能成為全球科技熱點，它不僅影響著人類的生活和生產方式，還為各種行業的創新和發展提供了新的視角。AIGC是人工智能的一個分支，利用算法、模型和規則生成文本、圖像、音頻、視頻、代碼等多種內容。該技術基于預訓練的多模態大模型，根據用戶輸入生成具有一定邏輯性和連貫性的內容。

AIGC的出現，使教育工作者能夠更高效地設計教學材料，為學生提供個性化的學習體驗。AIGC在教育領域的應用日益增多，許多教育機構和科技公司正探索其在提升教學質量方面的潛力。例如，AIGC驅動的智能問答系統可以幫助學生自主學習、解決疑問，并生成個性化學習材料和學習路徑。AIGC還可以用于生成練習題、評估反饋和課程總結，從而減輕教師負擔，提高教學效率。數據結構課程對邏輯思維和算法能力要求較高，AIGC可通過生成個性化學習內容，幫助學生理解復雜概念，提升學習效果和積極性。

1.2 基于AIGC的教學改革

數據結構課程旨在使學生掌握常用數據結構（線性表、棧、隊列、字符串、樹等） 的基本概念、特性、存儲、操作及應用，培養學生的算法設計與分析能力，為后續課程學習打下基礎。本節將重點探討AIGC在數據結構課程教學中的具體應用實踐，并評估其在提升教學質量和學生學習積極性方面的效果。

1） AIGC生成課程簡介視頻

AIGC可以為數據結構的課程簡介提供豐富的生成支持，比如利用數字人技術生成視頻。其中，數字人是指通過計算機技術，尤其是計算機圖形學和人工智能技術，創造出來的具有人類形象或行為模式的虛擬角色。它們可以是二維圖像、三維模型，甚至能在虛擬現實或增強現實中呈現。數字人擁有多樣的外貌、性格和風格，能夠進行表演、教學、直播、互動等一系列活動。

利用NextHuman數字人生成工具生成的視頻截圖如圖1所示，主要用于介紹數據結構課程的基本情況。本研究設計了一個佩戴有眼鏡身穿白色西裝的短發女老師形象，分別設置了微笑的五官表情和帶有少量手部動作的播報肢體動作，環境選取的是教室，鏡頭分別設置了上身左側、上身正面、全身正面、頭部特顯、面部特顯及遠景等。可以在開課前將該介紹視頻發布在雨課堂上，讓學生提前了解該課程的學習內容及在專業教學中的地位等信息。

利用NextHuman數字人生成工具生成的難點知識點講解視頻如圖2所示，主要用于講解數據結構課程中難點內容，方便學生課前、課后學習。為了提升學生的學習興趣，本研究設計了一個佩戴有眼鏡身穿紅色西裝、單馬尾發型的女老師形象，鏡頭分別設置了上身右側、全身正面、全身右側、上身正面等。可以在將該類學習視頻發布在雨課堂上，方便學生隨時隨地學習該課程的難點內容。

2） AIGC自動生成教學材料

教師可以利用AIGC技術生成數據結構相關的教案、課件及講義等內容。這些材料不僅能夠節省教師的備課時間，還能夠根據學生的學習需求進行個性化調整。表1和圖3分別是基于華晟匠邦[6]AI工具生成的數據結構課程教案和授課幻燈片。其中，表1中是以二叉樹這一章節內容為例，通過提供恰當的提示詞生成的2學時的教案內容。

AIGC輔助教學的優勢：①自動生成各類教學材料，節省教師備課時間，使其更專注于學生個性化輔導和互動；②生成多樣化的教學材料（文本、視頻、圖形等） ，增強學生參與感和積極性，促進對數據結構的理解。

AIGC輔助教學的挑戰：①教師要對AIGC生成內容的質量進行審查與調整，確保其符合教學要求與學術標準。②教師對AIGC技術的過度依賴，會降低自身的學習與思考能力。③AIGC的應用使教師從傳統的知識傳授者轉變為學習引導者與協調者，教師應增強在教學設計與課程管理方面的能力。

2 數據結構實踐教學改革與探索

在掌握了數據結構理論知識的同時再配合做一些相關的實驗，更能加深對課程中的基本概念、算法、分析方法等的理解與掌握，為課程的學習起到促進和鞏固作用，也為今后從事獨立的開發打下扎實的基礎。根據數據結構實驗的特點，將傳統的以教師為中心的實驗方法轉變為以學生為中心、教師為主導的模式，鼓勵學生充分參與實驗設計。本文以查找實驗為例進行介紹。

本實驗要求應用順序查找、折半查找和排序算法設計一個小型成績查詢應用程序。學生需對成績數據進行輸入、輸出、排序和查找等操作，并設計菜單允許用戶通過菜單來選擇執行多個查找（至少包括順序查找和折半查找） 操作，執行完畢后選擇退出系統。實驗的設計方案如圖4所示，包括主界面設計模塊、查找處理模塊及結果輸出與分析模塊。其中，查找處理是本實驗的核心處理模塊，包括三個分支，第一個分支是對所建立的順序查找表實現順序查找處理；第二個分支是對所建立的有序表實現折半查找處理；第三個分支是先建立無序表，利用所學的排序算法將此無序表實現排序處理，再對此有序表實現折半查找處理。在整個實驗的進行過程中，學生需要完成線性結構的建立、排序以及查找等處理任務，將所學的數據結構與相關的算法結合起來，并通過編寫程序代碼，鍛煉學生的綜合設計能力和工程實踐能力。

3 教學改革成效分析

AIGC的應用在多個方面提升了數據結構課程的教學效果。

1） 豐富教學資源，提高教師備課效率。教師備課時間平均減少了20%，使其有更多時間進行個性化輔導和互動。

2） 多樣化的教學資源激發學生學習興趣，提升課堂教學效果。在線學習平臺的活躍度增加了10%，學生積極參與討論、提交作業和進行在線測試的頻率也有增加。同時，學生的數據結構課程期末考試成績平均提高了5%，學生的學習效果普遍提高。

3） 以學生為中心的實驗設計模式提升了學生對實踐教學的滿意度。學生積極參與實驗設計、數據分析和結果討論的全過程，學生評教滿意度達94%以上。

4 結束語

本文探討數據結構課程的教學改革，充分利用AIGC技術的智能生成能力，實現了教學內容的自動生成，為學生提供了多樣化的學習資源，為數據結構課程注入了新的活力。結果表明，這種改革方式提高了教學效率和質量，學生的學習參與度、課堂學習效果、教學滿意度都得到了提升。人工智能技術可為數據結構課程提供更具針對性的支持，然而，教師仍需保持對技術的敏感性，不斷學習和提升專業素養，以更好地將技術融入教學實踐。今后，我們將繼續關注人工智能技術的最新發展動態，深化數據結構課程教學改革，如探索利用AIGC技術促進課堂互動與討論等內容，推動教育教學質量的持續提升。

參考文獻：

[1] 上官倩芡，張鳴天，吳暉锽.工程能力評價的方法探索及思考[J].中國人事科學，2022（1）：68-74.

[2] 路揚，白青海.數據結構課程教學現狀與教學模式探索[J].內蒙古民族大學學報（自然科學版），2022，37（5）：446-449.

[3] 華子荀，王煒，吳開華，等.如何發揮AIGC的教育效能？：基于響應面分析的數字素養高意識能力培養[J].現代教育技術，2024，34（9）：14-25.

[4] 廖劍，許邯鄲，劉明，等.數智分身：人工智能時代教師本位人機共教模式[J].現代遠程教育研究，2024，36（4）：85-93.

[5] 謝濤，全文瑛，廖劍.未來課堂人機共教的價值邏輯與實踐方略[J].現代教育技術，2024，34（8）：33-42.

【通聯編輯：王 力】