數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式研究

渠慎明 劉珊 王青博 梁勝彬

摘 要： 針對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程知識點多且獨立、概念相對抽象、實驗復(fù)雜等特點，提出注重學(xué)生自主學(xué)習(xí)，加強師生互動，利于學(xué)生長遠(yuǎn)發(fā)展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革，構(gòu)建系統(tǒng)、全面、易理解的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識體系，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和動手能力。教學(xué)實踐結(jié)果表明，該教學(xué)模式激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，學(xué)生更容易理解和接受課程內(nèi)容。

關(guān)鍵詞： 翻轉(zhuǎn)課堂； 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)； 線上課堂； 實驗教學(xué)

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2018）09-66-03

Abstract： In view of the characteristics of the data structure course， such as multi knowledge and independence， relatively abstract concept and complicated experiment， the paper puts forward the teaching reform of flipped classroom for the data structure course， which pays attention to the independent study of the students， strengthens the interaction between teachers and students， and is beneficial to the long-term development of the students， and constructs a systematic， comprehensive and understandable data structure knowledge system to cultivate students' innovative ability and practical ability. The results of the teaching practice show that the teaching mode has aroused the students' interest in learning， improved the students' self-learning ability， and it is easier for students to learn and accept the knowledge of data structure.

Key words： flipped classroom； data structure； online class； experiment teaching

0 引言

翻轉(zhuǎn)課堂是指重新調(diào)整課堂內(nèi)外的時間，將學(xué)習(xí)的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生[1-2]。在翻轉(zhuǎn)課堂中，學(xué)生自己先在線下學(xué)習(xí)教師制作好的關(guān)于新課的短小視頻，然后帶著問題回到課堂與教師進行交流討論，教師為學(xué)生答疑解惑，幫助其進一步理解和運用知識[3-4]。這其實是先讓學(xué)生內(nèi)化知識，然后教師再進行知識傳授，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性，將學(xué)習(xí)的自主權(quán)放到學(xué)生手中。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一門研究非數(shù)值計算的程序設(shè)計問題中計算機的操作對象（數(shù)據(jù)元素）以及它們之間的關(guān)系和運算等的學(xué)科[5]。不僅是一般程序設(shè)計（特別是非數(shù)值計算的程序設(shè)計）的基礎(chǔ)，而且是設(shè)計和實現(xiàn)編譯程序、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，以及其他系統(tǒng)程序和大型應(yīng)用程序的重要基礎(chǔ)，所以說學(xué)習(xí)好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門課程是相當(dāng)重要的[6]。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程學(xué)起來并不輕松，主要存在以下四個問題。①學(xué)生應(yīng)具備C語言程序設(shè)計、離散數(shù)學(xué)、線性代數(shù)知識的基礎(chǔ)，但老師往往默認(rèn)學(xué)生已經(jīng)掌握了這些知識，忽視對相關(guān)概念的復(fù)習(xí)。②概念抽象難懂，算法理解起來困難，如最短路徑、最小生成樹等。③學(xué)生的基礎(chǔ)水平和掌握程度差異較大，再加上不少學(xué)生在課堂上不能積極提出自己的問題，而傳統(tǒng)的教學(xué)模式不能顧及到每一個學(xué)生的接受情況。④部分學(xué)生不能將知識與代碼聯(lián)系在一起，死啃書本，缺乏實踐，動手能力差。

為了解決上述問題，我們研究了翻轉(zhuǎn)課堂在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中的教學(xué)模式。學(xué)生通過線上課堂選擇觀看先導(dǎo)課程知識視頻后觀看相關(guān)章節(jié)視頻，完成對應(yīng)自測題；教師通過視頻和自測題完成情況組織線下課堂教學(xué)，幫助學(xué)生更好的知識內(nèi)化；另外在線下組織實驗案例教學(xué)，讓知識具體化為實踐技能。

1 課程設(shè)置

1.1 選用教材

課程采用由嚴(yán)蔚敏、李冬梅、吳偉民編著的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（c語言版）》。本書貼近當(dāng)前普通高等院?！皵?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，符合最新大學(xué)生考試大綱，內(nèi)容難度適度，突出實用性和應(yīng)用性。《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（c語言版）》可作為普通高等院校計算機和信息技術(shù)相關(guān)專業(yè)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的教材使用。

1.2 線上課堂

在傳統(tǒng)教學(xué)課堂上，即使教師講課很精彩，學(xué)生也很容易忘記上一課堂的主要內(nèi)容[7]。我們將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識點和相關(guān)先導(dǎo)課程知識點進行講課視頻錄制，每個視頻對應(yīng)一個知識點，供學(xué)生隨時、反復(fù)學(xué)習(xí)以及復(fù)習(xí)。我們根據(jù)具體內(nèi)容設(shè)計時長一般為5～20分鐘，學(xué)生可以最大程度的記憶理解視頻內(nèi)容。教師根據(jù)課程進度，提前布置課前視頻觀看的任務(wù)，學(xué)生在課前先進行線上自主學(xué)習(xí)。線上視頻采用的是基礎(chǔ)講解形式，用簡短生動的語言以及例子來講解，學(xué)生觀看時容易掌握。每一個視頻都針對一個特定的問題，有較強的針對性，查找起來也比較方便。視頻分為兩部分。第一部分是關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的C語言程序設(shè)計、離散數(shù)學(xué)、線性代數(shù)相關(guān)基礎(chǔ)知識，學(xué)生根據(jù)自身需要，觀看這一部分視頻；第二部分是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)各個知識點的相關(guān)視頻，每一位學(xué)生都需要認(rèn)真觀看這一部分視頻，根據(jù)視頻中所涉及的知識點，設(shè)計1～3個與該知識點相關(guān)的自測題，學(xué)生完成每個視頻相對應(yīng)的自測題，自測題的正確率計入最后成績考核，老師可以隨時看到學(xué)生的自測情況，然后根據(jù)需要著重針對學(xué)生的難點進行線下指導(dǎo)。

1.3 線下課堂

在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，師生之間互動不足，老師向?qū)W生灌輸知識，不利于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性；在傳統(tǒng)課堂上學(xué)生不能很好的向老師積極反映自己所遇到的問題，老師不能精確掌握學(xué)生接受知識的進度，不利于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性；線上視頻學(xué)習(xí)平臺提供的視頻是基礎(chǔ)的講解，不能把知識和問題全方面的延伸和擴展。于是，在翻轉(zhuǎn)課堂線下課堂教學(xué)中，老師注重把課堂的主動權(quán)交給學(xué)生，形成師生之間、小組之間積極地互動，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性；老師可以根據(jù)師生之間的互動情況和學(xué)生自測情況照顧到更多的學(xué)生，根據(jù)學(xué)生接受知識的實際情況，幫助學(xué)生解決遇到的難點問題，引導(dǎo)學(xué)生努力解決困惑，幫助學(xué)生培養(yǎng)學(xué)習(xí)的主動性。老師還需要講解視頻中沒有提到的相關(guān)知識的重點難點，延伸和擴展相關(guān)知識點，幫助學(xué)生深層次、多角度的學(xué)習(xí)知識。這樣的課堂教學(xué)，可以使學(xué)生更好地理解課程學(xué)習(xí)的內(nèi)容，建立完整的知識體系。

1.4 實驗教學(xué)

僅有理論知識的學(xué)習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還應(yīng)多做一些上機練習(xí)來幫助加深對知識的理解。實驗?zāi)軒椭鷮W(xué)生應(yīng)用所學(xué)的知識和方法解決實際工程問題，理解概念和定義，使學(xué)生學(xué)會如何把書本上學(xué)到的知識用于解決實際問題[8-9]。因此，實驗課是學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的重要環(huán)節(jié)，是將理論知識轉(zhuǎn)化為實踐的重要工具。

學(xué)生通過線上加線下的理論學(xué)習(xí)，充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，加強了師生之間的互動。這在接下來的實驗教學(xué)過程中非常重要。我們可以把翻轉(zhuǎn)課堂的主要思想引入到實驗教學(xué)，革新原有的實驗教學(xué)模式，創(chuàng)造一個新型的實驗教學(xué)課堂。

老師實驗準(zhǔn)備 老師根據(jù)實驗課程安排，將實驗內(nèi)容、實驗要求、實驗中的重點和難點等傳到線上，對實驗中較難理解的部分可提供詳細(xì)的操作提示。

學(xué)生課前預(yù)習(xí) 學(xué)生通過線上學(xué)習(xí)，設(shè)計實驗方案，對于自己不理解的部分可以和同學(xué)討論或者查閱相關(guān)資料。

課堂互動 將學(xué)生進行分組，讓學(xué)生之間形成一種互動，互相解決課前預(yù)習(xí)中遇到的問題。

課堂講解 老師根據(jù)學(xué)生的討論情況，細(xì)化實驗步驟，著重講解實驗難點。

通過本實驗教學(xué)模式，學(xué)生可以多次、階段性地接受實驗知識，掌握實驗要點，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，幫助學(xué)生探索實驗的各個難點，有利于培養(yǎng)學(xué)生獨立完成實驗的能力。

1.5 考核

因為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)是線上和線下相結(jié)合的，理論和實踐相結(jié)合的，所以考核方式也是多維度的。該門課程從平時成績和期末筆試成績兩個大方面綜合考察，各占50%，其中，平時成績又分為出勤考核，占總成績的10%，視頻觀看情況和課后自測題完成情況，占總成績的20%，以及20%比重的實驗成績。其中視頻觀看情況是通過學(xué)生是否按時完成相應(yīng)視頻觀看來評判的，課后自測題完成情況是通過自測題是否按時完成和其正確率來評判的。期末筆試主要考察學(xué)生對基本理論和概念的掌握情況，題目重在考察學(xué)生對基本原理的理解。

我們在考核成績中加入了視頻觀看情況和自測題完成情況，注重線上課堂學(xué)生自學(xué)情況，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性；實驗成績注重考查學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)的積極性；期末成績則是對學(xué)生整個學(xué)期的學(xué)習(xí)情況的體現(xiàn)。盡量杜絕學(xué)生不注重平時課堂、應(yīng)付考試、考前臨時抱佛腳等現(xiàn)象，采用這樣一種綜合的考評方法以求盡量公平的反映出每一個學(xué)生的真實成績。

2 實踐教學(xué)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)對象為2016級軟件工程專業(yè)一班、二班本科生（二年級），共126人。他們已經(jīng)學(xué)習(xí)了C語言程序設(shè)計、離散數(shù)學(xué)、線性代數(shù)等計算機專業(yè)知識，具有一定的程序設(shè)計能力。根據(jù)學(xué)校教學(xué)安排，本課程的課堂學(xué)時為每周4學(xué)時，實驗2學(xué)時/周，按照本文所述的翻轉(zhuǎn)課堂模式開展數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程。

學(xué)期期末，對參與本次翻轉(zhuǎn)課堂探索的學(xué)生進行問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生更喜歡獨立自主學(xué)習(xí)知識，對學(xué)習(xí)更有興趣。通過與沒有參加翻轉(zhuǎn)課堂實踐教學(xué)的本專業(yè)三班、四班的學(xué)生對比，出勤率和實驗完成率明顯高于后者，期末考試成績也有所提高。

3 結(jié)束語

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計算機專業(yè)知識體系中的重要組成部分，合理的組織教學(xué)內(nèi)容，才能使學(xué)生明確學(xué)習(xí)的方向，提高其學(xué)習(xí)積極性，從而達(dá)到理想的教學(xué)成果。通過觀看先導(dǎo)課程的視頻使學(xué)生能夠及時預(yù)習(xí)相關(guān)知識，更好的理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識；通過講解各知識點間的聯(lián)系以及簡短生動的視頻教學(xué)，使概念不再抽象難懂；通過學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)和自測練習(xí)，讓師生在線下課堂形成互動；通過實驗教學(xué)，理論聯(lián)系實際，增強了學(xué)生的動手能力。把翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式應(yīng)用到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中，有利于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，有利于提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和思考的能力，有利于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。當(dāng)然，翻轉(zhuǎn)課堂在教學(xué)實踐中還存在一些局限性，比如硬件設(shè)施不夠完善，課堂互動中的紀(jì)律問題等。所以，我們應(yīng)該在以后的實踐中，要解決相關(guān)硬件問題，著重管理學(xué)生在課堂互動中的紀(jì)律。在實踐中不斷完善并發(fā)展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。

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