1、第 4 期2023 年 4 月 10 日计 算 机 教 育Computer Education中图分类号：G64248基金项目：全国高等学校计算机教育研究会项目（CERACU2022R02）。作者简介：李晓红，女，教授，研究方向为安全软件工程、可信软件、信息安全，；金弟（通信作者），男，教授，研究方向为图机器学习、图数据挖掘，。0引 言混合式教学在充分利用线上教学资源，丰富学生课堂内容，方便学生自主学习的同时，弥补了线上教学过程监管困难，师生互动不够直接，自律性差学生学习效率低下的缺陷。混合教学并不是简单的线上课时和线下课时线性叠加，其背后存在线上、线下在教学组织、教学方法、教学模式、教学内容
2、、教学设计等方面如何转换、相互配合等关键问题。1混合教学存在的问题疫情时期，传统的大规模线下课堂教学不便于开展，但是单纯的线上网络教学，又存在教学过程监管困难，实践指导不够直观，学生自制力要求较高等问题，因此混合教学将是未来课程改革的主要方向1-2。很多教师简单认为混合教学是将部分线下课时转移到线上，而在个人能力提升、教学内容设计等方面并未做出相应调整，致使授课过程并未取得预期效果。1）教学内容线下化。一些观点认为混合教学就是将部分学时分配线上，其教学思路仍沿用传统的线下教学方式，面向“新工科”人才培养的数据结构课程线上线下混合教学实践李晓红，金 弟，刘志磊（天津大学 智能计算学部，天津 30
3、0350）摘 要：针对线上、线下教学的各自特点，提出基于“新工科”人才培养目标的数据结构课程线上线下混合教学模式，从教学设计思路、课程内容及授课方式、教学过程及成绩评定方面阐述该教学模式的实施过程，通过课程特色总结并与传统教学对比，说明该教学模式实施后取得的效果。关键词：数据结构；新工科；混合教学文章编号：1672-5913(2023)04-0048-04这样混合教学就成了教学内容和学时的简单叠加，线上教学是线下教学时间、空间的延续，失去了混合教学灵活、针对性强的特点，产生了线上教学和线下教学衔接不畅的问题。2）教学设计独立化。一些教师在设计混合教学时，意识到线上教学和线下教学体系应分别设计，
4、但是不能很好地处理好它们之间的关系，不少课程的线上部分是书本知识的视频化，内容并未做过多创新，难于发挥线上资源开阔学生视野，调动学习热情的目的。线下教学则是线上教学的简单重复，达不到针对性教学的目的，造成了前期录课投入大量人力、物力资源的浪费。3）教学过程流程化。线上教学平台（例如超星学习通、智慧树）提供了签到、抢答、讨论等丰富的课堂互动工具，但一些教师使用这些工具不够灵活，每节课的流程基本相同，并不能根据学生学习效果动态调整，时间一长容易引发学生倦怠情绪，教学效果大打折扣。2基于“新工科”人才培养目标的线上线下混合教学模式构建混合教学能否成功的关键是如何发挥各自的DOI:10.16512/k
5、i.jsjjy.2023.04.0172022 年中国高校计算机教育大会（三）第 4 期49特点，做好线上教学和线下教学的衔接匹配。线上教学应重点侧重打开学生思维、开阔学生视野、激发学习兴趣、方便自主学习；线下教学则应该强调以学生为主体，增强课程吸引力，提高学生参与度，培养创新精神，增强工程实践和团队协作能力。2.1教学设计思路以“新工科”人才培养目标作为指导，对原有课程教学内容进行分解、重塑，以工程案例的形式重新组合，并将知识点穿插其中，以此构建线上教学资源。采用线下翻转课堂3和线上互动式教学4相结合方式，以实现基于“SPOC”的新模式教学。在授课过程中，按照 SPOC 小规模灵活教学模式的
6、要求，根据实际教授学生的特点，对线上资源重新编排，针对性地调整作业、线上测验、问题、主题讨论等内容，以满足不同群体个性化教学要求，最终通过过程考试、ACM 竞赛学分替换等多种形式对学生进行全面综合考核。2.2课程内容及授课方式数据结构课程教学内容编排为 9 个章节，相较于以往最大的区别是每一章节增加一定比例的线上教学课时，同时每一章节除基本实验外还增加一个应用真实场景的工程综合性实验，用以培养学生新工科思维和工程实践能力。例如第七章图的综合性实验是利用度、中心性、连通性等概念预测网络欺诈行为。针对传统课堂教学引发的课堂气氛沉闷、互动性较差等问题，课程依托“SPOC”新模式框架，采用线上 MOO
7、C 和线下小班讨论式授课相结合的多模式混合教学方式，将线上互动式提问和线下翻转课堂融入其中，充分调动学生的主观能动性，激发学习热情，潜移默化中提高学生的综合工程实践能力，达到“润物无声、春风化雨”的教学效果。课程内容及授课方式整体方案如图 1 所示。图 1 课程内容及授课方式 课程内容及授课方式 第一章绪论 第二章线性表 第三章栈和队列 第四章串 第五章数组和广义表 第六章树和二叉树 第七章图 第八章查找 第九章内部排序 SPOC 教学模式 线下小班讨论教学 线下翻转课堂 线上互动式提问、分组讨论、随堂测验、在线答疑 ACM 竞赛学分替换 课前、课堂、课后综合评价 教学内容 教学方法 教学资源
8、线上理论教学短视频 线上实验教学短视频 线上课堂测验 线上作业 线上讨论及答疑专区 数据结构考试题库 自主实践测试题库 ACM/NOIP 竞赛平台及模拟测试题库 “新工科”人才培养2.3教学过程及成绩评定课程采用基于“新工科”的线上线下混合的SPOC 教学模式，线上教学平台采用“智慧树+腾讯课堂”，其中视频、测验、作业等线上资源部署在智慧树平台，线上直播、互动答疑主要通过腾讯课堂完成。线下教学主要依托小班分组讨论、翻转课堂、主题引导等模式。整个教学过程包括课前、课堂、课后 3 个环节，具体如下。1）课前环节。任课教师将预先准备好的短视频教学资源、课前作业以及相关课程要求部署在智慧树平台，并以任
9、务点的形式发布。学生需在指定时间点完成相应的任务点内容学习，教师通过智慧树后台对学生上交的测验和作业进行批阅，也可在公共讨论区以专题的形式与学生讨论交流。除此以外，教师也可借助后台对学生整体学习情况进行监控，对完成较好的学生给予相应鼓励，对完成不好的学生及时给予学业监督提醒，同时监控数据也有助于教师针对性地开展课上教学。2）课堂环节。课程按照一定比例，分配基于 MOOC 的线上教学学时和线下小班授课学时，其中，依托于智慧树、腾讯课堂的线上教学侧重于知识点理解和掌握。首先，任课教师在智慧树平台发布签202350计 算 机 教 育Computer Education到通知，然后以腾讯课堂的形式针对
10、学生课前预习过程中发现的问题以及本节重要知识点进行讲解，之后在智慧树平台下发课堂随机测验以检验学生学习效果，最后以腾讯课堂的形式对课堂测验以及学生的问题进行回答。线下教学侧重知识的升华和运用，课程以小班分组讨论、翻转课堂的形式展开，每一次课由任课教师设定一个和知识点相关的案例主题，该主题须面向行业应用场景，解决实际工程实践问题（例如，采用图算法知识解决网络欺诈问题）。然后，开展分组讨论，由小组代表汇报解决方案并付诸实现，教师加以引导并根据组内成员表现，记录过程考核成绩。3）课后环节。教师在智慧树平台发布课下作业，同时组织学生在留言区继续参与讨论并回答学生提出的各种问题。同时，教师借助线上平台统
11、计功能，了解每一名学生的学习、知识掌握、讨论参与等相关情况，对于优秀学生给予一定奖励机制，对后进学生给予一定的警告，督促尽快跟上学习进度。4）成绩评定。本课程成绩评定与传统教学最大的不同是增加了过程考核环节，主要包括线上参与活动的成绩以及线下分组讨论互动的成绩，分别计入课堂表现。最终成绩由课堂表现、平时成绩、上机实验和期末考试 4 部分组成，分别占总成绩的10%、20%、30%和 40%。在抗击疫情的第一学年，天津大学在完全线上教学中学生人数达到 460 余位的情况下，采用了闭卷考试方式，对 600 多道题目按照章节及难易程度进行分区，设计了自动组卷系统，实现在线自动组卷和阅卷。系统保证了每一
12、位考生在线考试时获得的题目是唯一的，同时抽到的题目也难易程度适中，保障了考试的公平性与合理性，效果非常理想，统计错误率为 0。3课程特色课程团队以“新工科”人才培养要求作为指导，从教学内容、方式、方法、资源 4 个方面，对课程进行重塑，其主要特色如下。1）整合固有知识，重塑教学资源。课程团队依据“新工科”发展内涵，构建课程能力培养标准。从工程实践与理论研究相结合的角度出发，搭建课程理论教学体系，打碎原有课程知识点，重新编排，采用案例引导、实践先行方式驱动课程教学，提升学生用所学知识解决复杂问题的能力。2）开展小班讨论，强化线下体验。依托于课程团队建立的强大的教学资源平台，学生完全可以实现全方位
13、、全周期的自主学习，并在教师设定的主题下查找资料和平台资源，在小班授课的框架下参与主题讨论，制订综合方案，解决工程问题，从而最大限度地发挥翻转课堂、互动式教学的优势，提高主动学习、主动研究、主动实践的能力。3）精炼线上资源，引导自主实践。课程团队从工程应用与学术研究两个角度进一步创建线上视频资源，力求理论教学资源具有一定的深度、广度，提升学生科研能力，训练学生科学思维；实验教学资源从工程实用性角度出发，力求使学生直面真实、复杂的工程实践问题，配合团队自主开发的实践测试资源库与 ACM 竞赛平台及题库的训练，进一步提升学生的工程实践素养和主动发现问题、解决问题的 能力。4应用效果及课程评价4.1
14、课堂教学效果对比我们选取 2016 级计算机科学与技术专业（简称计算机）和 2017 级计算机科学与技术专业任课教师相同的两个班级学生进行对比，其中2016 级采用的是传统线下教学，2017 级采用的是基于“新工科”人才培养目标的线上线下混合教学。我们分别从课堂出勤率、课堂互动率、作业成绩、期末考试成绩 4 个指标进行教学效果对比，其中传统教学模式课堂互动率只统计线下，混合教学模式课堂互动率统计线上和线下两种情况，统计方式采用学生平均主动参与互动次数占总的面向全体学生提供的互动次数的比值，教学效果对比见表 1。从表 1 可以看出，采用基于“新工科”的线上线下混合教学的班级（2017 级计算机）
15、，无论是在课堂表现以及最后成绩方面都优于传统线2022 年中国高校计算机教育大会（三）第 4 期51下教学，这说明混合教学在丰富学生课程学习资源、方便学生自主学习的同时，最大限度地调动了学生的参与热情，提升了课堂吸引力，在“潜移默化、春风化雨”中提高了学生的创新思维和工程实践能力。4.2课堂教学评价分别调取两个教学班级的期末评教数据，从总体评价、教学目标、兴趣引导、课程设计、课堂讲授、教学方式、反馈指导、持续改进、能力培养、评价考核 10 个维度对任课教师打分，单项满分为 5 分，权重均为 0.1。由于两个班级任课教师相同，因此可以较为准确地反映两个班级学生对教学模式的评价，具体评价结果如图
16、2所示。距最大，这显示了以学生为主体的“新工科”的线上线下混合教学模式，在课堂教学互动性、灵活性、针对性等方面相对于传统的以教师为主导的理论讲解+实验验证的教学模式具有明显的优越性，因此更能够得到学生的认可和支持。5结 语基于线上、线下的混合教学是未来课堂教学发展的重要方向，它解决了单纯依赖线上教学存在的过程监管困难、指导不够直观、自制力要求较高、效果难以把控等问题，然而广大高校对于混合教学的尝试仍处于初级阶段，实际教学过程中仍存在线上教学和线下教学转换脱节的问题，难于充分发挥它们之间的互补优势。天津大学智能学部数据结构课程团队以“新工科”人才培养目标作为指导，对课程教学体系进行了重新梳理，确立了线上教学和线下教学的定位以及关系，解决了二者衔接不畅的问题；从教学内容、方式、方法、资源 4 个方面对课程进行分解、重塑，按照“新工科”人才培养标准，重新整合教学内容，搭建线上资源，依托智慧树、腾讯课堂等线上平台开展线上互动式教学；探索小班分组讨论、翻转课堂、主题引导相结合的线下教学方法，调动学生参与热情，培养学生创新精神以及工程实践能力；最后依托课程团队开发的多样化教学资源库、ACM 竞赛平
