基于翻轉課堂的數據結構課程實驗教學模式研究

趙慶聰

[摘 要]在傳統的教學模式下，數據結構的實驗課程難以實現對理論課程的輔助作用。可以在云計算教學平臺基礎上，提出翻轉課堂教學實驗模式，設計實驗教學過程。在數據結構實驗課程教學過程中引入翻轉課堂的教學模式，對“教”與“學”都起到促進作用。

[關鍵詞]數據結構；實驗教學；翻轉課堂

[中圖分類號] G642·423 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）02-0009-02

數據結構是信息管理與信息系統專業的必修課，主要研究從現實中總結出的數據的邏輯結構、數據在計算機中的存儲結構及在數據結構上能進行的各種處理運算方法。課程的教學目標為：讓學生根據實際問題設計出數據的邏輯結構，并選用合適存儲結構；分析對數據結構進行的可能性操作，設計算法并編寫出解決應用問題的程序。

數據結構課程內容比較抽象，只靠課堂講授，學生很難真正理解、掌握。與教學內容配套的實驗教學，本應是學生通過實踐練習，完成對理論知識的消化理解，并能解決實際應用問題，但現在設置的實驗內容基本是對課堂已講授的數據結構及算法進行驗證，缺乏學生獨立思考、自行解決問題的環節，所以教師無法從學生那里得到其對教學內容掌握程度的反饋。如何激發學生學習的主動性，有效管理學生課外的學習時間成為亟待解決的問題。

“翻轉課堂”（Flipped Classroom）是一種對知識傳授和知識內化的顛倒安排。[1]傳統的教學過程是教師在課堂講授新知識，課后布置適量的作業，讓學生對所學知識加以鞏固、消化。教師將需要學生掌握的新知識以視頻、課件等形式提供給學生，然后利用課堂時間與學生進行交流，鼓勵學生提出問題，組織學生進行討論、解答，指導學生完成作業。[2]在數據結構的實驗教學中引入翻轉課堂的教學模式，在激發學生學習的積極性、提高教師的工作效率、提升學生的學習效率方面都具有促進作用。

一、實驗教學內容的調整

數據結構課程改革的目標和方向是提升學生的實踐應用能力，對此，課程組對實驗教學內容進行了相應的調整。

（一）增加實驗內容，完善對理論課程的輔助作用

增加“算法設計與分析”實驗，作為數據結構課程的引入實驗。課程組教師提供六個比較復雜的算法設計題目，讓學生自行挑選其中三個，設計算法，分析時間復雜度，并編寫出程序。這一過程既能檢驗學生對時間復雜度概念是否理解，又能考查學生編寫復雜程序的能力及實現語言、開發環境的熟悉程度。

增加“數組與特殊矩陣”實驗。縮減理論課時后，對特殊矩陣的存儲原理，無需在課堂花費太多時間講解，可將這部分知識的學習放在實驗教學過程中完成。

（二）轉換實驗題目，提升實驗的應用性和趣味性

在學習線性表、棧、隊列、二叉樹、圖等數據結構的過程中，除實現數據結構的基本操作之外，實驗題目應與特定應用場景結合，引導學生嘗試用所學知識解決具體應用問題。如利用棧實現火車車廂的排列，利用隊列模擬銀行排隊系統，利用圖解決高速公路交通網的存儲及查詢最短路徑問題等。這些題目既與實際應用問題結合，又有一定的趣味性，對激發學生學習的主動性和積極性有顯著效果。

（三）提升實驗難度，體現實驗的設計性和綜合性

合并實驗內容，模擬搜索引擎的工作流程，實現文本內容的查詢與排序。這類實驗項目難度較大，需要學生把學到的理論知識融會貫通，并加入自己的設計思想，這樣既鍛煉了學生的綜合應用能力，也提高了他們的設計能力。

二、翻轉課堂教學模式的設計

翻轉課堂亦稱反轉式教學，顧名思義，傳統教學模式將被徹底翻轉過來，即新知識的學習過程是以學生為主體，通過提供教學視頻、學習資源等各種方式，讓學生自主進行學習。但是這并不意味著學習新知識的過程將不在教師的控制下進行，相反整個教學過程都應該在教師的設計和操控下完成。結合數據結構實驗課程自身的特點，課程組構建出基于翻轉課堂的教學模式（如圖1）。

實驗教學模式主要由實驗準備、課前自主學習、課堂活動、課后反饋與評價四部分構成。實驗準備是由教師準備各種與實驗相關的教學資源；學生根據實驗要求進行課前自主學習并進行知識點測驗。課堂活動可根據實驗內容及實驗的難易程度，由教師安排進行分組交流討論、小組成員分工協作、小組匯報、答疑指導等多種形式的教學活動，保證學生在交流與合作中完成知識的內化。[3]課程結束后需要學生提交實驗成果及實驗報告，實驗成果可公示于教學平臺，由學生小組相互評價，也請課程組每位教師打分、評價，再結合實驗準備情況、課堂綜合表現等給出最后評價。在實驗報告中可要求學生對本次實驗的收獲、難點及未解決的遺留問題進行闡述，以進一步了解學生知識內化的程度和效果，進而及時對實驗內容及實驗設計做相應調整和優化。由圖1可以看出，翻轉課堂的教學模式離不開云計算教學平臺的支持，除了課堂教學活動是學生、教師之間進行面對面交流外，其他三個教學步驟都需要在云教學平臺上進行。

三、實驗教學過程設計

（一）實驗準備

實驗準備環節包括編寫實驗指導書、錄制教學視頻、生成教學資源包。

編寫實驗指導書。課程組根據實驗教學目的來編制實驗指導書，指定實驗內容，提出實驗要求，如有特殊的操作要求，可給出詳細的實驗步驟。

錄制教學視頻。對實驗中需要用到的、較難理解的理論知識，或是有一些特殊的操作步驟，可錄制微視頻加以講解或說明。視頻不宜過長，10-15分鐘比較合適，要充分考慮學生自主學習的時長和難易程度。視頻可配測驗題目，便于學生檢驗自己是否掌握了必要的知識點。

生成教學資源包。提供與實驗相關的學習資源，解決不同層次學生的不同學習需求。同班級的學生在學習能力和學習興趣上總會有差異，一般實驗內容和難易程度會以大多數學生的學習情況來設定。可通過在教學資源包中提供拓展實驗和延伸學習資源等方式來滿足能力強、學習興趣濃厚的學生的學習要求。教學資源可用多種方式呈現，如視頻、音頻、文本、網站等。

（二）課前自主學習

學生在課前應閱讀實驗指導書，了解實驗內容和實驗要求，按提示觀看教學視頻，對實驗的理論知識或操作步驟進行自主學習。學完后要進行測試，檢驗自己是否掌握了必要的知識點。測試通過后可根據實驗難易程度自行或組隊設計實驗方案，在此過程中學生之間可交流討論，學生也可通過云計算平臺與教師交流討論。

（三）課堂活動

一次實驗教學可根據實驗的難易程度安排2學時或4學時。如課前已設計出實驗方案，可直接進行小組匯報及成果展示，若還有未解決問題，可先進行小組討論，教師答疑指導，方案通過后再進行編程實現。

（四）課后反饋評價

實驗課后，學生要按實驗指導書中的要求完成實驗報告，實驗報告中需含設計方案描述、代碼實現、結果截圖、成員分工、實驗心得等內容。完成后通過云計算教學平臺提交實驗報告。教師根據學生的自主學習情況、實驗課堂表現及最后的實驗報告綜合給出實驗評價。可設置學生互評，促進學生互相學習、交流。最后，課程組教師應根據實驗課堂的效果、學生的反饋等對實驗進行總結，以及時調整實驗內容或難易程度。

四、結束語

課程組在2012級、2013級信息管理與信息系統試點專業的數據結構課程實驗教學中采用了基于翻轉課堂的實驗教學模式，取得了良好效果，不但激發了學生的學習主動性和積極性，而且學生之間、學生與教師之間都有了更多的交流機會。根據學生對實驗的反饋評價，教師能及時調整或更新實驗資料，實現了“學”對“教”的促進。翻轉課堂的教學模式徹底顛覆了傳統的教學模式，真正實現了“以學生為中心”的教學理念。借助云計算教學平臺等現代化的信息技術手段，翻轉課堂的教學模式必將為教育界帶來一場教學革命，讓“教”更好地為“學”服務。

[ 注 釋 ]

[1] 張金磊，王穎，張寶輝.翻轉課堂教學模式研究[J].遠程教育雜志，2012（4）：46-51.

[2] 徐妲，鐘紹春，馬相春.基于翻轉課堂的化學實驗教學模式及支撐系統研究[J].遠程教育雜志，2013（5）：107-112.

[3] 林青松.基于翻轉課堂的“現代教育技術實驗”課程設計[J].實驗室研究與探索，2014（1）：194-198.

[責任編輯：鐘 嵐]