面向教育信息化变革的课程教学改革实践

毛彧 楼润平 吉清凯

摘  要：基于DIKW（Data，Information，Knowledge，Wisdom）层次模型理论，以“数据结构”交互式课程中栈章节为教学实例，借助数字化工具对教学过程和教学内容进行数字化重构，数字化交互教学情景设计，将DIKW模型理论框架和数字化教学改革相结合，通过分阶段、多路径的问题导向，引导学生进行深层次的知识学习，提高学生信息化素养的完整过程，提升学生信息技术应用能力向提升信息素养转变，以此探索课程教学改革的实践路径。

关键词：DIKW层次模型;交互式课件;数字化;数据结构;栈

中图分类号：G642          文献标识码：B          文章编号：1002-4107（2022）06-0041-05

一、基于DIKW模型，构建教育信息化 2.0教学架构

1978年，我国推动电化教育重新起步、全面发展，教育信息化也随着信息技术的应用不断融入到教学过程中。从电化教学、多媒体教学到网络教学，信息化技术已不断纵深至教学过程的各个核心环节。当前信息技术正在向以大数据、人工智能和数字化平台等为代表的数字化方向大步迈进，在教育领域，以数据驱动的、线上线下互为延伸的数字化教育模式正得到越来越广泛的应用。教育数字化转型是通过数据重塑教育环节赋能教研、教学，是教育信息化整体效率提升的必然途径，如表1。

在信息管理、信息系统和知识管理学科中，最基本的模型是DIKW（Data，Information，Knowledge，Wisdom，以下简称DIKW）层次模型。在DIKW模型中（流程如图1所示），信息是被赋予了意义和目标的数据。信息和数据的区别在于信息是有意义、有用的，可以回答诸如谁、什么、哪里、多少、什么时候等问题，因此可以赋予数据内涵，帮助进行决策或行动。因此，信息是采用描述的方式定义知识。而从数据到信息的过程即为知识发现的过程。信息具有两类特性，即结构性和功能性。信息是组织好的结构化数据，与某个特定的目标和上下文有关联，因此是有意义、有价值、有关联的。从这个意义上说，信息和数据的差别在于结构，而不是两者的功能。知识是被处理、组织、应用或付诸行动的信息。知识又是框架化的经验、价值、情景信息、专家观察和基本直觉的综合，它提供了一个环境和框架，用于评估和融入新的经验和信息。知识是原语，应用于知识者的意识之中。知识通常体现于文档和资料的描述中，也流转于组织机构的流程、处理和实践中。智慧是启示性的，本意是知道为什么、知道如何去做。知识与智慧之间存在一种状态：理解，它是一种对为什么的欣赏，而智慧则是被评估过的理解。智慧可增加有效性和价值，它蕴含的伦理和美学价值与主题一脉相承，并且是独特和个性化的。从DIKW模型的理论框架来看，当数字化技术不断发展、数据成为驱动核心要素的时候，教育过程也从信息到知识的传递，转型为数据到智慧的升华。

二、基于DIKW架构的“数据结构”教学设计

“數据结构”课程教学包括：线性表、栈与队列、串、数组和广义表、树和二叉树、图等内容。对于基本结构需要讲解逻辑结构定义和物理存储实现以及该数据结构的主要应用。学生对概念理解感觉抽象难懂，这需要引用各种各样的生活知识来类比，并运用“图形+代码”来演示抽象内容，指导学生对知识点所涉及到的算法作逐行分析和比较。应用数字化平台在课程教学中实现信息化交互式课程设计，以问题导向的方式引导学生进行实践学习，以达到素质培养的教学要求。

（一）栈教学内容分析及教学框架设计

“数据结构”课程是从计算机系统科学的维度给出栈的定义，传统栈的教学过程是从具体栈的定义展开，进而延伸到表示、实现和应用。基于对教学内容的全面分析，我们以DIKW模型为理论框架，对教学过程进行了重构，如图2所示。

首先问题导入：“什么是栈？”，教师通过“举例→解释→提问（举一反三）→讨论”的方式来导入栈的概念;接下来讲解栈概念，将“栈”的逻辑、规则、概念、表象和类比等心理表征，在学生的思维中构造出栈的数据结构，按照栈的顺序存储→栈的链式存储→算法分析的思路来展开，通过分解的形式，将栈的处理要求划分成各种功能，再抽象舍弃实现细节，从而得到栈运算的定义;再次实例演示，举例说明栈的应用，引导学生思考、分析、讨论其特征点;最后归纳总结出对栈数据结构的完整认知，通过布置课后思考题，引导学生对相关问题进行深度思考。

（二）数字化交互式教学情境设计

根据DIKW模型框架下的教学内容设计，我们将在栈教学过程采用数字化教学情境，在学生思维认知中构造栈数据结构的过程。借助数字化交互式新型互动平台的教学情境设计，课件不再仅仅是教师表述的辅助工具，而是课堂信息交互的中枢和纽带。不仅教师可以通过平台进行辅助信息的传递，师生之间可以通过平台进行信息互动，学生之间也可以通过平台进行信息交流，使课堂中的每个成员都深度参与到信息交流的过程中，从而对不同的认知个体以灵活变化的信息传递方式，统一到课堂的教学过程中。同时，还将课堂之外的预习和复习过程借助交互式课件融入到教学过程中，从而实现了认知过程的时空延伸。

教学情境设计遵循教学过程，按照问题导入、概念、实例演示、课后任务的导航方式来搭建框架，而实验课是以教师引导课件为主的动手实践过程，如图3所示，平台的左边为导航部分可以快速链接到相关的教学环节，右边展示的是当前讲授的内容。

三、问题导向的分阶段多路径素质培养方式

基于DIKW模型的问题导向素质培养模式，通过数字化平台，将课程实验教学分为三个阶段：首先，是个人任务。先通过简单的一组对比实例引导学生动手参与并思考和探索，进入主动认知过程，进一步寻求栈结构的概念及运算，实现学生与课件的深度交互。其次，是实例演示。在教师示范引导下，学生在边学边做的过程中掌握其要领，逐渐形成独立处理类似问题的能力，提升他们的积极性、参与度，以及面对困难问题时的分析与推理等逻辑思考能力，以交互式平台为枢纽实现师生间的信息交互。最后，是小组任务。教师搭建一个集思广益的空间，通过讨论、倾听与共享来构建彼此间的共同认知，并为潜在的协作学习机会打下坚实的基础，实现学生与学生的信息交互与学习。

（一）独立学习，建立完整认知流程

数字化交互式平台包含了完备的知识点，可以作为每个学生独立学习过程中完整的过程记录，从而为每个学生打造一个符合自身认知特点的完整学习流程。平台深度融合了理论教学和实验操作，理论课的知识可以通过实验教学操作实践，使学生做到举一反三，而交互式平台可以作为学生实验指导书。在栈的学习过程中，教师可以通过“问题导入”模块让学生先温习知识点，求解阶乘的两种方法对时间和空间的效率有什么样的影响？在不同的情境下该如何选用更优的方法？引导学生进行思考，聚焦问题本身，将零散、孤立的信息聚集为一个相互关联的思维网络。同时，教师可通过以求5的阶乘为例，分析讲解循环结构和递归两种不同的实现方式，从而对比引出栈结构的概念，通过观看程序演示过程及每一步对应的代码跟踪，让学生直观地理解两种方法的差异及时间、空间效率，以此为理解本节概念知识作好准备。

（二）对比学习，辨析关键知识

对比组合源自对知觉学习的研究，知觉不同于感觉，需要后天培养。通过数字化手段，可以将关键知识点设计成对比组合，帮助学生在众多感觉中，敏锐地捕捉到与自己有关的信号。数字化平台提供两种不同存储方式导航，学生在存储方式的对比组合中能够观察到极为相似的例子。通过对比组合的学习，可以提高学生对知识理解的精度，增强知识的可用性。

数字化平台可以在教学过程中运用对比组合，让学生来辨别事例的差异而非反复记忆概念，从而获得更深刻的认知。针对顺序存储和链式存储结构的不同，学生通过概念、运算来对比学习，可以更好地理解抽象概念，以及提高在实际问题中恰当应用知识的意识。

（三）实例编程，实现认知过程的深度交互

面对栈结构应该如何使用，一开始学生毫无头绪，所以，教师要围绕实例讲解栈结构在解决实际问题的过程，将步骤型的任务一步步示范出来，供学生参考，以促进学生主动参与学习。这样既能够帮助初学者搞清楚关键步骤，又能提高其解决问题的能力。教师通过信息化交互平台的内容引导学生探索解决问题的实践过程，学生亲身体验栈结构的应用过程，能赋予抽象的知识与符号真实具体的含义，栈结构就能灵活地运用起来，解决实际生活中的问题。从生活中发现问题，分析并找到解决的算法，最后通过计算机程序得以实现，将实际问题与抽象算法和数据结构之间产生强关联，逐步构建出解决问题的思维模式。

（四）分组任务，融入集体学习建立共性认知

学生在经过个人学习与参与学习之后，最后通过合作完成小组任务。个人学习实例編程，重在理解和模仿，分组任务在实例的基础上进行延伸，让学生将“栈”应用到实际的生活当中。面对不同的结构在不同的场景需要考虑实现过程，一起交流学习可以激发小组成员参与的积极性，学习者能够保持注意力，并不断换位思考来了解别人的想法，进行信息的有效交流，并促进对问题全方位、多角度的理解，从而建立对教学内容的共性认知，并且学会如何更有效地与别人进行信息交流和协作。

四、数字化评价与反思体系

教学过程中教与学的即时反馈对教学改进尤为重要，通过数字化手段，在教评体系中引入手机App，并进行实时问卷反馈，可以及时掌握教学动态，通过自我评价、生生互评、师生互评、自我反思、小组合作反思的多环节数据采集评估，建立科学的素质评估体系，可以从学生、学习小组、教师等多维度、多层面综合评价教学效果，并建立有效的反馈系统，全面提升教学质量。如图4所示。

教育信息化 2.0时代，数字化技术将使教学层面从信息向数据延伸，数据成为教育系统性革新的内生变量，从而推进教育理念更新、形式变化、系统重构。教育信息化2.0的主要内涵就是在教育信息化1.0的硬件基础上，以软件+数据为基础，将外部力量转换成内生力量，实现数字教育资源的开放共享，引领教育现代化。通过在教育领域实现从信息化向数字化的延伸，使高校教学由“知识培养”向“素质培养”转变。基于DIKW理论框架，采用数字化手段对“数据结构”课程中栈的教学过程进行重构，引导学生进行深层次的知识学习，提高学生信息化素养的完整过程。在后续教学过程中不断践行知行合一的教育理念，广泛应用数字化技术，深入探索以素质教育为核心目标的教学改革。

参考文献：

[1]何克抗.如何实现信息技术与学科教学的“深度融合”[J].教育研究，2017（10）.

[2]赵丽.在线课程开发：从资源“共享学习”到智慧“共生跃迁”[J].电化教育研究，2016（11）.

[3][美]丹尼尔L.施瓦茨.科学学习：斯坦福黄金学习法则[M].郭曼文，译.北京：机械工业出版社，2018：45-50.

[责任编辑  姜    雯]

收稿日期：2021-11-30

作者简介：毛彧（1980—），女，贵州遵义人，海南大学管理学院副教授，博士，主要从事信息管理研究。

基金项目：海南大学教育教学改革研究项目“移动互联网时代的教学模式研究”（hdjy1915）;海南省高等学校教育教学改革研究资助项目“大数据时代下物流管理专业复合型人才培养的课程改革研究”（Hnjg2020-7）

通讯作者：吉清凯