基于在线教育平台的混合教学模式研究——以《数据结构》课程改革为例

江志英 石雯雯 史晟辉 彭四伟

（北京化工大学信息科学与技术学院 北京 100029）

0 引言

随着信息技术的高速发展，信息技术逐渐融入教学课堂，与传统的教育模式相比，基于信息技术的教育教学方法对于智能化软、硬件产品有着很强的依赖。信息技术的加入，一方面缓解了教学实践中的人工成本，更重要是为教学提供了更为新颖灵活的场景。习近平同志在国际教育信息化大会中强调，人才决定未来，教育成就梦想，中国愿同世界各国一道，开拓更加广阔的国际交流合作平台，积极推动信息技术与教育融合创新发展，共同探索教育可持续发展之路，共同开创人类更加美好的未来。因此，把信息技术融合到课堂教学，大力推进课程教学体系的改革创新，是高校当下重要的研究课题。

近年来，互联网技术发展迅猛，尤其是移动智能设备的推广，极大地推动了移动互联网技术的发展。MOOC、SPOC等在线教育平台的诞生，催生出各式各样的基于在线平台的教学模式，加之移动智能设备的有力支撑，教育从传统的定点、定时、局部覆盖转为无时无刻全面覆盖。计算机领域的教学具有专业特殊性，除了传统慕课平台之外，对于程序设计类课程，还产生出了在线自动评测系统（英文全称：OnlineJudge，简称OJ）。当然，OJ的初衷是为了支撑由国际计算机协会（ACM）主办的国际大学生程序设计竞赛（英文全称：International Collegiate Programming Contest，简称：ICPC），随着在线教育改革的深入，OJ也逐渐进入普通程序设计类课程的教学实施过程之中。

数据结构课程旨在培养学生的计算机思维，贯通学生对计算机软、硬件组织方式的理解，是一门数学理论与计算机实践交叉的专业性较强课程。课程在专业人才培养体系中，起着承上启下的重要作用，既进一步深化了前期离散数学和程序设计基础，又为后续操作系统、计算机网络等专业核心课程奠定基础。同时，该课程既是计算机专业考研课程又是大多数科技企业招聘的面试科目。因此，不少高校的学者，从不同的角度对课程的教学改革提出了各自的见解。

1 改革基础与教学现状

（1）课程改革基于学校提供的软硬件基础，硬件上部署了智慧校园全套智能教学设备，同时大力建设在线教育平台（北化在线）。本文基于北化在线，与传统课堂教学结合，构建线上线下混合教学模式。

（2）对在线评测（OJ）功能进行改革创新，提供代码重复检测、学习数据评估等支撑教学环节相关功能的BUCTOJ，构建多方位的线上教学平台。

（3）本文研究的数据结构课程理论性强，涉及的教学知识点抽象，课程教学环节常见学生课上听不懂、课下写不出代码等现象。因此，课程改革应从解决上述问题入手，利用线上平台，对线下课堂进行有效补充。

2 基于在线教育平台的数据结构教学改革策略

2.1 教学模式设计

本文结合北化在线以及在线评测系统（BUCTOJ），提出了基于在线教育平台的线上线下教学模式，混合教学模式具体设计如图1所示。

（1）线上：平台提供培养目标、教学大纲、课程简介、教学日历等，学生可以在平台直观地了解课程概况，在学习前对课程有个整体的认识，制定符合自己的学习规划。配套课程教学进度，平台同步推送实验教学视频、OJ在线练习作业等，辅助学生课后巩固强化。另外，开放线上论坛，方便学生与教师或学生之间相互交流讨论，常见问题信息能够持续保存，用于后期学生学习了解或教师下次课上强化教学。

（2）线下：在传统教学基础上，分解教学内容，将重点、难点拆分成小的知识点上传到教学平台，供学生反复学习实践。另外，结合课堂教学效果与线上学生学情分析结果，对课程教学进行深入反思。针对在线评测系统学生表现与交流区学生的常见问题，调整教学方案。

2.2 课程教学过程设计

结合《数据结构》课程教学目标，针对课程教学现状，运用线上线下混合教学模式，对课程教学过程进行重新设计，课程教学组织方式如图2所示。课程教学过程分为课前、课中与课后三部分，具体过程设计如下：

（1）课前：根据教学进度，提前在平台发布章节对应的课件、视频等学习素材，制定好课后作业、在线练习题等任务清单。另外，针对当前章节内容，开辟线上平台的专题讨论区。

（2）课中：在章节知识教授外，针对线上讨论区的问题，集中进行解析。另外，引入翻转课堂，将线上表现突出的学生请上讲台，从学生角度分享学习经验，提高学生表达能力和自我展示能力。

图1：线上线下混合教学模式

图2：基于线上线下混合教学模式的课程组织方式

图3：学生评教文字内容（部分截取）展示

图4：课程近两轮教学学生成绩分布（%）

（3）课后：学生在针对课堂内容线上讨论、教师参与讨论答疑。另外，结合课堂讲授与平台视频，继续巩固学习。鼓励学生参加ACM/ICPC等程序设计类竞赛，以赛代学。

3 教学实施与效果分析

上述教学模式和教学组织被应用于计算机科学与技术专业与数据科学与大数据处理专业的《数据结构》课程教学中。在课程中，课程主讲教师可以实时获取学生们的线上学习数据，包括：进入课程次数、阅读教学资源次数、上交课程作业次数、在线时长(分钟)、进入播课次数、进入播课个数、学习播课视频次数、学习播课视频时长（分钟）等。既包含了教学班整体学习情况，同时包含了具体的单个学生学习数据。由图3所示的部分学生评教结果可见，新的教学模式与教学组织方式解决了学生编码难的问题，在线平台为教学提供了更为多元的方式，调动了学生课堂互动的积极性。

课程学习平台于18年上线，19年开始严格要求学生在平台中进行学习并将课堂学习数据记录为平时成绩的组成部分，前后学生成绩对比如图4所示。整体优秀率显著提升，不及格率也有所下降，由此可见，基于在线的课程学习平台的混合教学模式，对于学生课程学习表现有显著的提升。

4 结束语

将信息技术运用到计算机相关专业学生的课堂教学，从专业角度而言，其意义就高于其他非信息类相关专业的学生。利用成熟的在线教育平台及在线自动评测技术辅助传统的课堂教学，不仅能够提供多元的学习体验，提高学生融入课堂的积极性，同时还能够为教师对课堂总结与不断调整提供科学的数据支撑。另外，在线平台与在线评测系统提供的自动化统计分析与自动评测功能，使得教师能够从琐碎的数据整理、计算等耗费大量时间精力的工作中抽离出来，从而能够更好地参与到教学反思、科研引导教学等对课堂教学质量提升更有意义的工作。随着线上线下这种教学模式的不断推广，线上将不断积累课程的教学资源与学生的学习数据，此类数据如果能够得到有效的整理，结合深度学习等大数据分析处理技术，将可能在学生学习行为评估、预测等领域取得突破性进展。