李曼 楊俊清 任靜 石鋒 張少應(yīng)

摘要：針對目前“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”教學(xué)中存在的問題，分析了應(yīng)用型本科院校“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)對象，提出從教學(xué)內(nèi)容組織、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)方法三個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)改革的方案。以陜西省第二屆微課競賽獲獎作品為例，分析數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中“棧的應(yīng)用”中的主要知識點(diǎn)、教學(xué)設(shè)計(jì)及授課效果。教學(xué)實(shí)踐表明：該方案的實(shí)施可取得明顯的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：微課課程;應(yīng)用型本科院校;教學(xué)改革;雙向互動

中圖分類號：G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DesignandApplicationofMicrocourseinDataStructureCourse

LIMan，YANGJunqing，RENJing，SHIFeng，ZHANGShaoying

（InstituteofComputer，XianAeronauticalUniversity，Xian710077，China）

Abstract：Inviewoftheexistingproblemsintheteachingofdatastructure，theteachingobjectivesandteachingobjectsofdatastructureinappliedundergraduatecollegesareanalyzed.Thispaperputsforwardateachingreformplanfromthreeaspects：teachingcontentorganization，instructionaldesignandteachingmethods.TakingawardwinningworksoftheSecondMicroClassCompetitioninShanxiProvinceasanexample，thispaperanalyzesthemainknowledgepoints，teachingdesignandteachingeffectof“ApplicationofStack”indatastructure.Teachingpracticeshowsthattheimplementationofthisschemecanachieveobviousteachingeffect.

Keywords：microcourse;applicationorienteduniversities;teachingreform;interactiveteaching

0引言

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、軟件工程及相關(guān)專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠針對實(shí)際問題，分析數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)合理的存儲結(jié)構(gòu)和算法[1]，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。學(xué)生學(xué)好該課程，對于學(xué)習(xí)其它課程、考研以及培養(yǎng)解決問題的能力等至關(guān)重要。因此，對“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程進(jìn)行教學(xué)改革，具有非常重要的意義。

按照“全面建設(shè)合格課程，重點(diǎn)建設(shè)學(xué)院重點(diǎn)課程，創(chuàng)建學(xué)院優(yōu)質(zhì)課程”的建設(shè)思路，加強(qiáng)課程建設(shè)[2]，不斷進(jìn)行課程教學(xué)改革與創(chuàng)新。

針對目前“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”教學(xué)中存在的問題，提出了從教學(xué)內(nèi)容組織、教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)方法三個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)改革的方案。以陜西省第二屆微課競賽獲獎作品為例，分析數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中“棧的應(yīng)用”中的主要知識點(diǎn)、教學(xué)設(shè)計(jì)及授課效果。

1“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)對象分析

通過“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的學(xué)習(xí)，知道“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”這門學(xué)科的性質(zhì)、地位和獨(dú)立價(jià)值;理解算法在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的地位和作用;知道數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的研究范圍、研究方法、研究現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢;掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的理論實(shí)質(zhì)內(nèi)涵;熟練掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法實(shí)現(xiàn)的基本方法。

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的教學(xué)對象是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、軟件工程專業(yè)的本科二年級學(xué)生，此類學(xué)生在學(xué)習(xí)“高級語言程序設(shè)計(jì)”課程的基礎(chǔ)上，再學(xué)習(xí)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程，就具有比較堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，具備用C語言開發(fā)應(yīng)用程序的能力[3]，能夠更加深刻的理解和領(lǐng)會“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”中算法的實(shí)現(xiàn)思想和實(shí)現(xiàn)過程。

課程開設(shè)前，召開教學(xué)聯(lián)系會，通過和學(xué)生互動交流，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對基本語法、基本概念、算法實(shí)現(xiàn)的掌握情況，如單個(gè)知識點(diǎn)掌握較好，但綜合應(yīng)用能力較弱，動手能力有待提高。

2“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的教學(xué)組織與微課舉例

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”是一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。貫穿“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的命脈是存儲結(jié)構(gòu)和算法描述，每個(gè)章節(jié)之間既相互獨(dú)立，又相互聯(lián)系。

為“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程制作SPOC平臺，通過課程建設(shè)，將課程視頻、課件、大綱、評論、問答、輔助教學(xué)資源等上傳至平臺，學(xué)生可通過帳號進(jìn)行學(xué)習(xí)。根據(jù)課程內(nèi)容，召開相關(guān)見面會、團(tuán)隊(duì)成員集體進(jìn)行微課設(shè)計(jì)，包括字幕配音稿，音樂，素材，相關(guān)圖片，拍攝模式（外景拍攝模式十扣像模式+背景虛化模式）等構(gòu)成。本課程每周4課時(shí)，共64課時(shí)，錄制視頻時(shí)每個(gè)知識點(diǎn)大概1015分鐘，涵蓋全部章節(jié)的主要內(nèi)容。

線性結(jié)構(gòu)包括線性表、棧和隊(duì)列、串、數(shù)組和廣義表。其中，線性表是最基本、最簡單的一種線性結(jié)構(gòu)，掌握線性結(jié)構(gòu)的原理及操作方法，有助于棧、隊(duì)列和數(shù)組的進(jìn)一步學(xué)習(xí)。因此，將線性表作為教學(xué)的重點(diǎn)，以它為主線帶動其它章節(jié)的教學(xué)。在教學(xué)中，要重點(diǎn)分析其本質(zhì)，內(nèi)在區(qū)別和聯(lián)系。

以陜西省第二屆微課競賽獲獎作品為例，分析數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中“棧的應(yīng)用”等主要知識點(diǎn)。棧是限定在表的一端進(jìn)行插入和刪除操作的線性表，特點(diǎn)是“后進(jìn)先出”。本微課用一個(gè)實(shí)際問題引入教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。采用PPT、flash動畫和算法演示系統(tǒng)輔助教學(xué)，采用“問題鏈?zhǔn)健钡榷喾N教學(xué)法相結(jié)合，層層遞進(jìn)，與學(xué)生雙向互動，依次解決以下幾個(gè)方面的問題：

1、棧的出棧序列如何求解？

2、中綴表達(dá)式求值如何通過堆棧來實(shí)現(xiàn)？

3、后綴表達(dá)式求值如何通過堆棧來實(shí)現(xiàn)？

最后用所學(xué)知識成功解決開篇提出的問題，為課程的學(xué)習(xí)畫上了一個(gè)圓滿的句號。通過本微課的學(xué)習(xí)，達(dá)到以下教學(xué)目的：

1、學(xué)生了解棧的定義和特點(diǎn)。

2、學(xué)生掌握用堆棧進(jìn)行中綴表達(dá)式求值的實(shí)現(xiàn)方法和算法思想。

3、學(xué)生掌握用堆棧進(jìn)行后綴表達(dá)式求值的實(shí)現(xiàn)方法和基本步驟。

重點(diǎn)內(nèi)容是棧的特點(diǎn)和棧的應(yīng)用。難點(diǎn)是中綴表達(dá)式求值和后綴表達(dá)式求值。

3“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的微課教學(xué)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

3.1教學(xué)方法

根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，一般采用“問題鏈?zhǔn)健苯虒W(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)[4]、研討式及案例式教學(xué)[5]等多種教學(xué)方式。

針對“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程層次性，邏輯性很強(qiáng)的特點(diǎn)，老師主要采用“問題鏈?zhǔn)健苯虒W(xué)法，并通過flash動畫演示、課堂討論、“啟發(fā)式”教學(xué)等多種教學(xué)方法和手段，進(jìn)行課堂教學(xué)。學(xué)生主要通過討論、提問等方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。

“問題鏈?zhǔn)健苯虒W(xué)法的一般模式是首先通過引入，提出問題，然后解決問題，再提出問題，解決問題等等，以此類推，環(huán)環(huán)相扣，形成一個(gè)問題鏈?！皢栴}鏈?zhǔn)健苯虒W(xué)法，本質(zhì)是以“問題”貫穿整個(gè)教學(xué)過程，以實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生思維能力，激發(fā)創(chuàng)新潛能。

針對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)內(nèi)容抽象、不容易理解、算法復(fù)雜等特點(diǎn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的改革。采用算法演示系統(tǒng)與C語言環(huán)境相結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)。

算法演示系統(tǒng)可以動態(tài)地演示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法執(zhí)行過程，使抽象問題具體化，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

注意教學(xué)方法的靈活性，組織學(xué)生進(jìn)行問題教學(xué)、閱讀指導(dǎo)、研討、師生互動等，尤其是通過觀看演示模式，使復(fù)雜的理論知識形象化，具體化，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。

在教學(xué)媒體使用方面，重點(diǎn)研究多媒體等現(xiàn)代化教學(xué)媒體的應(yīng)用[6]，充分發(fā)揮其在教學(xué)中的形象、直觀等優(yōu)勢，以利于提高教學(xué)效果。在多媒體課件的制作中，突出本課程教學(xué)過程中重點(diǎn)、難點(diǎn)的演示，對抽象的內(nèi)容以動畫的形式展示，幫助學(xué)生深入學(xué)習(xí)。

3.2微課教學(xué)設(shè)計(jì)

下面以1015分鐘的微課獲獎作品“棧的應(yīng)用”為例，進(jìn)行微課教學(xué)設(shè)計(jì)，如表1所示。

第一步3分鐘回顧棧的定義和特點(diǎn)，采用“問題鏈?zhǔn)健苯虒W(xué)法，通過舉例、flash動畫等教學(xué)輔助手段，講解棧的出棧序列如何求解？老師講解，采取提問，舉例等方式，與學(xué)生的雙向互動交流。

1、提出問題“棧的出棧序列如何求解？”

2、通過flah動畫演示出棧序列，師生雙向互動。

3、解決問題。

第二步7分鐘主要采用啟發(fā)式教學(xué)法和“問題鏈?zhǔn)健苯虒W(xué)法，并通過重點(diǎn)講解、算法演示系統(tǒng)、課堂討論等教學(xué)方法，以學(xué)生先期了解的棧的知識為切入點(diǎn)，講解中綴表達(dá)式求值如何通過堆棧來實(shí)現(xiàn)？老師講解，采取提問，舉例等方式，與學(xué)生的雙向互動交流。

1、首先提出問題“中綴表達(dá)式求值如何通過堆棧來實(shí)現(xiàn)？”

2、采用啟發(fā)式教學(xué)法，重點(diǎn)講解用堆棧進(jìn)行中綴表達(dá)式求值的實(shí)現(xiàn)方法、算符之間的優(yōu)先關(guān)系以及算法思想。

3、通過算法演示系統(tǒng)演示求解過程，師生互動。

4、最后得到結(jié)論。

第三步2分鐘進(jìn)行本次課的小結(jié)首先進(jìn)行本次課的小結(jié)，然后思考用棧如何將中綴表達(dá)式轉(zhuǎn)為后綴表達(dá)式？

作業(yè)1分鐘思考題：用棧如何將中綴表達(dá)式轉(zhuǎn)為后綴表達(dá)式？

學(xué)習(xí)資料：Ppt、flash動畫、教案、教材等資料。

總結(jié)分析1分鐘通過本次教學(xué)，采取提問，舉例、flash動畫、算法演示系統(tǒng)等方式，與學(xué)生互動交流。使學(xué)生了解棧的定義和特點(diǎn);掌握用堆棧進(jìn)行中綴表達(dá)式求值的實(shí)現(xiàn)方法和算法思想;熟悉算符間優(yōu)先關(guān)系。

3.3微課的教學(xué)效果

通過“棧的應(yīng)用”微課課程，使學(xué)生更形象、更深入地了解棧的定義和特點(diǎn);熟練掌握用堆棧進(jìn)行中綴表達(dá)式求值的實(shí)現(xiàn)方法和算法思想;熟悉并掌握算符間優(yōu)先關(guān)系，提供給學(xué)生一些思考題，然后組織學(xué)生討論，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力和探究意識，效果良好，表達(dá)式求值問題引入，如圖1所示。

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”微課的應(yīng)用，在教學(xué)中著眼學(xué)生數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識能力素養(yǎng)發(fā)展的基本要求，落實(shí)知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀“三位一體”的課程教學(xué)目標(biāo);采用現(xiàn)代化、多樣化的教學(xué)方式，采用自主探索、合作交流等積極主動的、多樣的學(xué)習(xí)方式，使學(xué)生的學(xué)習(xí)過程成為在老師引導(dǎo)下的“再創(chuàng)造”過程;課程教學(xué)中結(jié)合各種可行的學(xué)習(xí)活動，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鼓勵學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，養(yǎng)成獨(dú)立思考、積極探索的習(xí)慣。

在微課教學(xué)中，重點(diǎn)研究“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程標(biāo)準(zhǔn)以及本課程現(xiàn)在所用教材，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，在教學(xué)實(shí)施過程中，注意采用靈活多樣的教學(xué)形式，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中養(yǎng)成積極思考的習(xí)慣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，最大限度發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生的探究意識和科學(xué)精神。

采用微課的授課方式、“問題鏈?zhǔn)健苯虒W(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)、研討式及案例式教學(xué)等多種教學(xué)方式相結(jié)合的方式的教學(xué)，效果良好，作者所講授“棧的應(yīng)用”作品獲得陜西省第二屆高校教師微課教學(xué)比賽三等獎，微課小結(jié)如圖2所示。

（1）變“被動學(xué)習(xí)”為“主動學(xué)習(xí)”，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維。

（2）使學(xué)生從感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識，使教材內(nèi)容化難為易，化抽象為具體，掌握主要知識點(diǎn)。

4總結(jié)

由于“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”是計(jì)算機(jī)專業(yè)的骨干、核心課程，也是大多數(shù)學(xué)校研究生入學(xué)考試的必考課程，因此，對于該課程的教學(xué)，不僅要從理論上進(jìn)行探討，還要從內(nèi)容組織、教學(xué)方法等方面進(jìn)行研究。

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、軟件工程及相關(guān)專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課。也是大多數(shù)學(xué)校研究生入學(xué)考試的必考課程。結(jié)合陜西省獲獎作品“棧的應(yīng)用”，我們提出了從教學(xué)內(nèi)容組織、教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)方法3個(gè)方面進(jìn)行微課課程及教學(xué)改革的方案，并在教學(xué)中進(jìn)行實(shí)施。選用較為適宜的教學(xué)方法和比較科學(xué)、先進(jìn)的教學(xué)手段，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神;構(gòu)建“自學(xué)指導(dǎo)，課外訓(xùn)練、實(shí)踐實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練”三大課外自主學(xué)習(xí)體系建設(shè)，建立網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源庫，教學(xué)效果良好。

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（收稿日期：2019.08.15）