以生成式人工智能赋能“数据与数据结构”项目学习的探索

随着人工智能，尤其是生成式人工智能新锐代表DeepSeek大模型的开源，基于数据与算法的教学、教研正迎来新的变革。本期栏目从一线的视角来及时观察数据结构教学及网页数据组织教研如何应用人工智能赋能，启发一线教学教研的实践创新。

摘要：本文结合以DeepSeek为代表的生成式人工智能（GAI）技术，探索以“淄博之旅线路规划”为主题的数据与数据结构项目式学习，实施以GAI赋能的课程设计与项目学习，以期能够提升学生对GAI的正确认知与应用素养。

关键词：GAI赋能；数据结构；项目式学习

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2025）07-0000-04

项目背景

无论是现行的信息技术课程，还是即将革新的信息科技课程，都对“数据与数据结构”模块的学习非常重视。当前，数据结构教学主要集中于对单一知识的讲解，教学方式存在一定的局限性。例如，在传统教学中，教师往往花费大量时间阐述线性结构、树形结构和图状结构各自的概念、特点及操作方法，却较少将它们置于综合性的、贴近实际生活的情境中去展现其相互关系与应用差异。本文以“淄博之旅线路规划”项目式学习为例，探讨基于生成式人工智能（GAI）赋能的项目式学习，探索如何让学生深度理解数据处理与分析的核心要义，精准把握数据结构等关键概念，并实际运用数据结构解决现实难题。

项目设计

1.项目目标

①学会根据实际需求选择合适的数据结构来组织和处理数据。

②激发对数据结构及算法实现的学习兴趣，激发对数据结构相对抽象但极具应用价值的知识领域的探索欲望，认识其被广泛应用的价值和重要作用。

③增强对淄博的文化和旅游资源的了解与热爱，培养运用数据结构解决生活实际问题的意识，提升计算思维的实践能力。

2.项目选题

“数据与数据结构”课程内容包括线性结构（如数组、链表）、树形结构（如二叉树、多叉树）以及图状结构（如有向图、无向图）等多种数据结构，还涉及相关算法（如迪杰斯特拉算法等）的学习与应用。笔者选择“淄博之旅线路规划”作为项目主题，将这些核心知识巧妙地融入其中，使项目不再局限于数据与数据结构的学习。

3.项目内容

（1）项目启动与知识导入

目标：激发学生对项目的兴趣，明确项目目标与任务，回顾数据结构基础概念。

内容：播放淄博旅游宣传视频，展示周村古商城、聊斋城等景点，组织学生分享感受，引出项目主题。认知线性、树形、图状数据结构概念。

（2）数据收集方法与实践

目标：让学生掌握旅游信息来源，开始收集景点基本数据并整理。

内容：教师讲解数据收集的网站等多种渠道，为高效教学推荐使用DeepSeek模型，避免网络受阻，同时提供数据记录模板。学生收集淄博景点名称、位置、特色等，将其整理到电子表格，教师巡视指导并答疑。

（3）线性与树形数据结构

目标：运用线性结构存储景点数据，构建树形结构进行景点分类管理。

内容：以DeepSeek生成Python程序为例，分组探究创建列表、数组或链表存储景点名称、开放时间等基本数据，并尝试生成查询、添加、删除景点的功能函数。学生在探索生成后，尝试调试。

（4）图状数据结构

目标：构建图状结构，表示旅游交通网络，实现数据结构可视化展示。

内容：学生借助iodrwa等绘图软件，绘制线性、树形、图状结构图形，展示并分享成果。教师点评并指出问题。

（5）迪杰斯特拉最短线路规划算法

目标：借助DeepSeek生成原理与解释，小组探讨理解迪杰斯特拉算法原理，分析其在旅游线路规划中的应用要点。

内容：小组生成该算法的“简化版”程序代码并运行，分析程序中使用字典构建的邻接表的数据结构特点，并观察程序运行结果，实验算法在最短路径实现情况。

（6）线路规划与算法应用实践

目标：运用迪杰斯特拉算法结合数据结构规划旅游线路，进行多种实际因素优化。

内容：学生根据之前构建的数据结构，以小组为单位，针对不同游客需求，如时间最短、费用最低等情况，生成数据模型。尝试借助GAI设计迪杰斯特拉算法，规划线路进行推演计算。然后，根据具体需求的提示词（如“用迪杰斯特拉算法原理规划淄博的五个景点的任意两个费用最低的路线”）生成程序代码，并推演路线权重计算，实验代码进行结论验证。

（7）项目成果整合与展示评价

目标：整合项目成果，进行展示汇报，开展多维度评价与总结反思。

内容：小组内整合线路规划方案、数据结构代码、算法代码、说明文档等成果，组织项目评价。最后教师总结项目，表彰优秀小组，提出改进期望。

项目实施

1.情境导入，项目选题

教师展示淄博的周村古商城、聊斋城、淄博陶瓷琉璃博物馆、潭溪山等景点的魅力风光，激发学生对家乡旅游资源的兴趣，进而引出本项目的数据组织结构主题——淄博旅线路规划。

2.分工协作，项目规划

将学生分成若干小组，选择淄博具有代表性的景点作为研究问题，填写淄博景点交通信息记录模板，为后面的线路规划做好准备。

3.结构搭建，项目实践

活动1：初探淄博旅游景点，认识线性结构。

每个小组基于收集的景点数据，使用线性结构，如列表来存储景点属性。例如，info=[["周村古商城"， 80]， ["聊斋城"， 40]， ["淄博陶瓷琉璃博物馆"， 免费]， ["潭溪山"， 80]， ["齐文化博物院"， 免费]]。遍历列表可以快速输出各个景点的名称和门票价格，让游客对淄博景点的消费情况有初步了解。

活动2：探究淄博旅游景点分类，构建树形结构。

引导学生以旅游主题分类为基础构建树形结构（如上页图1）。每个景点作为对应子节点的叶子节点。通过构建树形结构，让学生理解树形结构在数据分类和层次化组织方面的作用，如快速查找某一类主题下的景点，通过节点之间的关联构建树形结构。

活动3：推荐淄博旅游景点，构建图状结构模型。

各小组基于淄博景点交通数据记录模板中所收集的内容，将景点作为顶点，景点之间的交通路线作为边，交通时间或费用作为边的权重，构建图状结构模型（如图2）。

学生通过构建淄博旅游景点的图状结构模型，深入了解图状结构的构建原理、节点与边的定义及设置方法、确定边的权重（如交通时间、费用）等关键知识，将抽象的数据结构概念转化为具体可操作的图形，加深对数据结构的理解和记忆，提高对数据结构的应用能力。在构建过程中，教师引导学生思考如何准确地表示景点之间的复杂连接关系和交通成本，如考虑不同交通方式的切换、交通拥堵因素对时间的影响等，让学生深入理解图状结构在表示多对多关系问题方面的优势。

活动4：生成式人工智能赋能，编程实现择优线路的算法。

各小组基于构建的淄博旅游图状结构模型，借助DeepSeek在编程环境中实现算法，生成构建好的图状结构数据（景点、边、权重），输出最优线路规划结果，包括线路顺序、总时间、总费用等。

在活动过程中，教师运用迪杰斯特拉算法，解决淄博旅游线路规划问题，引导学生深入探究数据结构与算法的实现，并推演、实验、理解算法步骤，包括初始化距离、不断更新邻接顶点距离以及确定最短路径的回溯过程等。这样就即将原本抽象的算法理论转化为可操作、可感知的实践应用，提升对复杂算法的理解深度和运用熟练度，培养学生的逻辑思维与数学建模能力，提升问题解决与优化思维。

4.项目展示与评价

活动5：开展“旅游规划师”评比活动。

小组选派代表展示规划的淄博景点最优线路，参加评选。展示的内容包括线路规划图、行程安排表（包含景点游览顺序、交通方式、时间节点、费用预算等）以及算法实现代码和结果。教师组织全班学生进行讨论，引导学生对各小组的线路规划进行评价和分析。

通过互动交流，促进学生之间的思想碰撞和知识共享，提高其问题解决能力和创新思维。同时，教师在学生讨论交流的基础上总结评价，从线路规划方案质量、数据结构模型构建的准确完整度、算法应用的正确率，以及小组在整个项目过程中的协作、沟通等多维度，对各小组的表现进行综合评价，肯定优点，指出存在的问题和不足，并提出改进建议。评价结果可作为学生本次评选的成绩评定依据，学生也可通过评价结果了解自己的优势和不足。

5.总结与拓展

教师对“淄博之旅线路规划”项目式学习进行总结，回顾项目实施过程中涉及的数据结构、算法应用等主要内容。强调数据结构和算法在实际问题解决中的不同作用，培养学生运用数据结构及GAI来解决实际问题的意识和能力。另外，教师布置项目拓展作业，建议学生选择家乡或其他感兴趣的城市，运用所学数据结构与算法知识，重新规划多日游的旅游线路项目

项目式学习的思考

1.激发学习兴趣与内在动力

“淄博之旅线路规划”项目具有很强的趣味性和现实意义，它紧密联系学生的生活实际，使学生能够在熟悉的情境中感受到数据结构与GAI相结合应用的意义。学生在为淄博之旅规划线路的过程中，以一名专业的旅游规划师的身份，深入了解淄博的各个景点，挖掘其文化内涵，探索不同景点之间的最佳路线。这一过程能够极大地激发学生的学习兴趣和内在动力，使学生更加主动地进行项目学习。

2.知识整合与应用的有效平台

项目活动以“淄博之旅线路规划”项目为载体，将数据结构、算法、数据收集与处理等知识、技术紧密地整合在一起。该真实项目情境的知识应用，使学生深刻体会到不同知识之间的联系，提高了知识的迁移运用能力，为以后解决复杂问题奠定初步基础。

3.团队协作与沟通交流能力的塑造

该项目以小组形式开展，小组成员之间的协作与沟通至关重要。通过团队协作过程，学生参考别人的意见和建议，发挥各人优势共同解决难题，提高了团队的凝聚力，培养了良好的团队协作与沟通交流能力，这对于学生未来在任何领域的发展都不可或缺。

参考文献：

中华人民共和国教育部.普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）[S]北京：人民教育出版社，2020.