0引言
年以来，教育部积极推进“示范性虚拟仿真实验教学项目”为主题的教育改革举措[1]，目标是推动高校积极探索线上线下教学相结合的个性化、智能化、泛在化实验教学新模式，形成专业布局合理、教学效果优良、开放共享有效的高等教育信息化实验教学项目示范新体系[2]。随着“互联网+教育”的发展，SPOC混合教学模式出现并得到了广泛的应用，它不仅具有线上教育资源在四维时空中易于拓展的优势，而且便于针对不同背景的学生群体定制教学过程，开展线下实体课堂教学活动[3-4]。
1数据结构课程教学现状
数据结构是计算机专业的核心课程，具有理论内容复杂抽象、实践操作缺乏感观认知的特点。目前教学中存在的问题体现在：①缺乏虚实结合的数据结构虚拟仿真实验项目，不利于学生理解、记忆和应用探究；②应用实践训练不足，不利于调动学生积极性和培养学生的应用实践能力；③考核评价形式单一，教学内容缺少系统性、创造性的评价方法体系。笔者曾实施“因专业施教[5]”“层次化实验教学[6]”和“立体化教材[7-8]”等教学改革举措，但对于学生提高解决复杂工程问题能力、构建人才培养体系等方面仍存在诸多弊端，制约着教学效果的提升。
针对上述问题，以油气站场应用场景为例，聚焦于站场内管路、仪表及设备定时巡视问题，引导学生沉浸到具体生产情景中，将数据结构图论知识点映射到所设计的虚拟仿真项目中，通过启发学生思维来培养学生的学习兴趣并提高实践能力。
2数据结构虚拟仿真教学案例
油气站场机器人巡查设备运行状况时，可以抽象为图结构的最短路径求解问题。结合检测任务和机器人的实际位置，实时、准确、快速寻找一条最优路径并到达检测点进行监测，具有重要的现实意义。将实际油气站场以图的形式转化为电子地图信息，采用有向图表示不同观测点间的关联关系及巡检机器人的运动方向，应用最短路径算法规划出一条不与障碍物发生碰撞的巡检路径。虚拟仿真实验流程如下：首先，设置用户在油气站场的三维可视化场景中漫游模式，根据实际生产需求标记巡检目标，如图1（a）、1（b）所示。然后，将巡检目标映射为有向图顶点，实际道路映射为有向图的边，则机器人巡检任务转换为有向图求取最短路径问题，如图1（c）所示。最后，通过编程实现A*算法或Dijkstra算法，生成机器人的行走路径，如图1（d）所示。通过虚拟实验的操作和编程实验结果反馈，学生可以掌握最短路径算法思想和原理，探究在车载电池有限供电等工程约束条件下最短路径算法的优化策略。
3构建基于虚拟现实与SPOC的混合教学模式
3.1教学平台构成
SPOC数据结构教学平台核心内容主要体现为课程信息和教学资源两个模块，如图2所示。
（1）课程信息模块包括培养方案、教学大纲、课程思*、课程简介、教学日历、参考教材和学习指导子模块。学生可以概览课程的主要内容、学习路径和考核方法，对课程形成总体认识，有利于课程的顺利开展。
（2）教学资源模块包括电子教案、讲稿、MOOC资源、教学视频、微课、教学动画、可视化教学平台、网络课件、虚拟现实案例和典型题解与习题库，其中，微课是针对章节的重点和难点内容，以“微电影”的方式将课件、课堂测验、课后总结、课外拓展等相关学习资源串联起来，方便学生自主学习。可视化教学平台是依据数据结构课程的实际情况，基于课程团队的技术优势自行编写的增强现实技术（AugmentedReality，AR）数据结构可视化教材[8]构建的。
3.2混合教学模式实施过程
（1）课前准备，教师在平台发布课程章节所对应知识点的课件、视频、学习素材等任务清单，引导学生学习。学生在学习过程中，如有疑问或难以理解的知识点可反复观看，视自身能力选择拓展学习；同时，学生可通过平台讨论区向教师提问，教师及时在线解答并总结知识点的共性问题。
（2）课中实施，针对课前练习或线上答疑中的问题，集中进行重点、难点解析。依托问题教学、情景式教学、体验式教学等形式，将数据结构教学知识点融入应用案例虚拟仿真任务场景，详细讲授应用实践中核心流程所涉及的算法。教师需要针对知识点预先在线上题库中设计对应算法的关键流程，通过随堂在线测试，检视学生对理论知识的掌握程度；根据学生课堂表现，可增加分组讨论环节，提高学生表达能力和自我展示能力。
以数据结构最短路径为例，描述混合教学实施过程如下。首先，在SPOC平台上，学生采用微视频了解最短路径的问题背景、数字孪生[9]、虚拟化及油气站场巡检应用场景等课前任务；然后，针对课前反馈的共性问题——A*或Dijkstra算法的数据演化疑问，在课堂上基于可视化平台演示算法的执行过程并讲述算法的核心思想；最后，引入虚拟仿真实验教学内容，通过地图生成、巡检目标设定、程序在线评测、计算结果在线检测等模块，实现学习数据的传导与切换。学生在SPOC平台提交代码编译执行，将计算结果导入虚拟巡检案例进行验证。经过项目的实施，学生能够清晰地理解算法的应用场景和执行过程，使教学过程变得更加生动形象。
（3）课后拓展，学生完成课堂学习后，教师通过SPOC平台发布对应章节的课后学习资源，支持课下拓展学习并组织学生参加学科竞赛和科研项目。学生也可通过在线教学平台、