基于線上線下融合的數據結構教學改革

任雪萍

（杭州電子科技大學 信息工程學院，浙江 杭州 311305）

0 引 言

數據結構是一門計算機等相關專業關鍵的專業技術基礎課程。通過數據結構的學習,讓學生學會分析數據,為涉及的數據選擇適當的邏輯結構、存儲結構及相應的算法,并能對算法的時間和空間效率進行分析,讓學生具備良好的編程技能和習慣[1]。

互聯網環境下,網上資源豐富,企業對于員工提出了更高的要求。在這種形勢下,數據結構的教學如果還是墨守成規,不進行改革,學生就不能適應環境。線上線下融合的混合教學方式是面對面授課和在線學習的融合。研究表明,混合教學模式的學習成效是否優于純粹的網絡學習和傳統面對面學習,迄今沒有得出一致的結論[2]。要讓混合教學模式,能真正有利于提高學習成效,不能簡單地照搬照抄,需要針對學生特點進行適當裁剪補充。

1 數據結構教學現狀

傳統的數據結構教學以教師滿堂灌為主。完全采用翻轉課堂實施課堂教學,學生又不能適應。

1.1 數據結構學習特點

傳統整堂灌的授課模式,不能有效地降低數據結構學習難度。滿堂灌的授課模式無視學生學習基礎和學習能力的差異,采取一刀切的方式,根本無法滿足各類學生的學習需求,導致課堂教學效果差強人意,學生逃課曠課時有發生。

1.2 學生特點

獨立學院學生,學習基礎、能力和主動性的差異比普通本科的學生要大得多。由于長期以來“滿堂灌”和“填鴨式”教學,使得部分學生養成思維惰性,不預習、不復習的壞習慣和對教師的依賴,造成他們不會學習,學習興趣不高。

1.3 線下資源有限，課堂以教師為主

傳統教學模式中,課堂以教師為主,學生碰到的問題不能得到及時解答,因材施教不能充分體現。學生能夠利用或者獲得的資源有限,一般就是教科書、指定教材和教學PPT等。學習過程中能夠交流的只有教師同學。

1.4 翻轉課堂模式局限性

伴隨新理念和新技術的不斷涌現,使得翻轉課堂成為了教學改革的新思路[3],但是翻轉課堂也存在一定的問題[4]。線上學習視頻由于時間的限制,一般只能講解一個細小的知識點,而不會在知識點之間的聯系展開講解,更不會進行情感方面的交流;另外學生不能完成預習,不配合提問等原因,也使得翻轉課堂的實施障礙重重。

2 互聯網環境對教育信息化和企業人才需求的影響

在互聯網+環境下教育信息化進入創新階段[5],教學資源共享改變了以學校為渠道的配置方式,資源共享方式呈現多樣化,出現了數字資源共享、教師資源共享和環境資源共享等共享方式。學生獲得知識的渠道被拓寬,渠道不僅包括教師和學校,還包括學校資源、在線資源和社會資源。

在互聯網這個快節奏的行業,一個產品迭代的周期越來越短,完完全全自主研發所有的產品顯得有點不現實,整合市場上現有的各種資源,為我所用,快速打造產品才能贏得市場。此時就要求員工能有良好的資源整合的意識和能力。另外無論從事何種職業,現今社會對于PPT的制作、展示和講解都有一定的要求。

3 基于超星學習平臺的數據結構教學改革

基于前面的分析,本著以“學生為主體,培養能力為目的”的原則,對數據結構的教學改革可以采用線上線下融合,充分發揮面授教學和線上教學的優點,彌補它們的不足之處。對傳統的混合教學[6]進行相應裁剪,建立適合獨立學院學生特點和符合互聯網人才需求的教學模式。

教學過程中線上和線下相融合,可設計在線教學和面授教學相結合的混合學習環境,如圖1所示。與傳統混合教學模式不同的是,線上教學資源,不僅僅是學校和教師提供的學習平臺,還包括互聯網上大量的相關學習資料。

圖1 基于超星學習平臺的線上線下融合教學模式

3.1 課程實施設計

先根據教學大綱的知識點的難易程度、重要性和可拓展的資源,設計知識點的學習以翻轉課堂形式為主實施,還是傳統的課堂教學形式為主實施。表1展示了樹這一章教學大綱規定的各個知識點具體的教學設計。根據教學大綱,樹這一章一共9學時8個知識點,見表1,這8個知識點中,有3個知識點是以翻轉課堂的形式展開教學,有3個知識點有拓展延伸的任務。

以課堂教學為主的線下學習過程中,課后一樣可以通過超星平臺來鞏固復習當天的知識點。以翻轉課堂為主的線上學習,需要在平臺上完成課前預習(包括查看學習導圖、教學視頻和知識點測試等)和課后復習。當知識點的可拓展資源較多,即由于教材內容更新不及時或PPT展示沒有提及,而網上有較豐富的相關知識,此時教師設定問題,由學生到互聯網上去尋找相關資料,然后到課堂上進行反饋。

3.2 翻轉課堂

翻轉課堂,每個主題的視頻大概在10～15分鐘之內,可以很好地降低數據結構的學習難度。翻轉課堂教學模型簡要地把課堂分為課前、課中和課后3個階段[7]。

表1 樹中各知識點教學設計

3.2.1 課前階段

為了有效地實施翻轉課堂,教師設計的學習導圖是非常關鍵的一個環節。教師利用學習導圖來有效地組織“翻轉課堂”。所謂“學習導圖”,是教師設計的以表單形式呈現的學習文件包,里面包括自主學習的目標、內容和方法,并提供相應的學習資源。

表2是針對數據結構中第1章緒論中的一個知識點——算法的特性和要求,而設計的學習導圖舉例。

課前,根據類似表1的知識點教學設計,確定以翻轉課堂模式開展教學的知識點。每個知識點有獨立的內容、學習目標、學習方式方法和針對性的在線課前練習。學生根據學習進度安排通過微視頻或PPT學習。

為了避免出現翻轉課堂中的負功能,提高學生課前階段學習的積極性,學生完成一次微視頻的觀看能獲得一定的平時分,知識點測試的成績也計入平時成績。

表2 數據結構學習導圖舉例

3.2.2 課中階段

課堂活動設計的目標是保證翻轉課堂教學在最大化地開展課前自主學習的基礎上,不斷延長課堂學習時間,提高教學效果,以促進知識內化的最大化[8]。課堂活動由教師引導學生完成,具體實施主要分以下3個步驟。

首先,學生根據課前自主學習提出問題,教師引導班上其他同學嘗試回答。對于學生不能解決或解釋不清的問題,教師在課堂上集中講解,時間控制在5～10分鐘。通過講解和討論,完成學生對于基礎知識的內化。

其次,提出事先設計好的、有針對性的問題,讓學生討論或當堂完成。比如:用函數求三角形面積時,哪些情況屬于正確性要求,哪些屬于高效率要求,高效率指的是什么?要求學生馬上動手完成。對于有余力的同學,提出如何進一步提高算法的效率。在學生動手操作的過程中,及時主動地與學生溝通交流,進行個別指導。由此完成對學生的知識遷移能力的訓練。

最后,對相關知識進行拓展延伸。在課堂的最后10～15分鐘之內,根據學生完成的PPT質量,邀請1～2位學生上臺,給全體同學和老師講解拓展知識。借此拓展知識面,培養學生溝通交流和制作PPT的能力。比如,講到哈希表的時候,有學生給大家分享了Java中Hashmap的工作原理和使用的注意事項,圖2是PPT的部分截圖,而圖3是另一個學生做分享時的照片。

圖2 分享的PPT截圖

圖3 學生做分享時的照片

3.2.3 課后階段

課后測評——對學習者測試與測量,采集研究數據,進行統計分析,實現教學效果的測評[5]。筆者通過在線測評、書面作業、階段性測試和問卷調查等形式,進行效果評測。

首先,通過在線測評和書面作業,讓學生及時了解自己的掌握情況,安排下一步的學習。教師根據測評和作業情況,分析學生知識點的掌握情況,哪些是易錯點,哪些是難點。

其次,把學生的期末成績與以往進行對比,分析翻轉課堂是否能使教學效果得到提升。

最后,通過問卷調查的形式了解學生對翻轉課堂教學模式和教學效果的看法。問卷內容包括學生對在線作業、視頻等學習支持體系,教師的滿意度,翻轉課堂教學模式的看法和課堂時間分配等的看法以及他們的主觀建議等方面。問卷調查一般在學期末進行。

通過一系列的課后測評,教師了解到學生關注的焦點,學習中碰到的問題等,進行研討總結,教學反思,有必要的情況下,重新調整實施方案。

3.3 拓展延伸

互聯網時代,學生獲得知識的渠道被拓寬。互聯網成為學生獲得資源的一個重要渠道。在互聯網時代,特別是互聯網+時代,學生學習過程中不僅有師生交互、資源交互、生生交互,甚至還有社會交互,學習過程變成了一個復雜的網絡現象。

基于 “以學生為主,培養能力為目的”的原則,在課堂教學環節,增加拓展延伸環節。

拓展延伸的實施方式是,在課堂結束時,布置一個與當前知識點相關的任務。此任務必須借助外力才能完成,促使學生去尋求各種交互,獲得資源。獲得資源,完成任務后,要求學生制作PPT,向全班同學講解任務完成的方案。哈希函數在數據結構教材中是構造哈希表的方法。實際上除此之外,哈希函數還有很多其他的功能,比如加密、數字認證等。可以讓學生課后去收集相關資料。

4 實施過程中的關鍵問題

實施過程中存在以下關鍵問題:各章節中知識點的教學設計、學習導圖的設計、教學微視頻的錄制、學習支持系統的搭建以及學生的學習評價機制等。其中教學設計和學習導圖的設計又是整個教學改革方案是否能有效實施的關鍵點。

5 改革效果

該實施方案經過了近2年的實踐教學檢驗,相關研究項目的中期結題檢查和學生問卷調查,得到了有關學生和專家的認可與好評。

在期中問卷調查中,40%的學生認為通過課堂學習了解到了數據結構科學的學習策略和方法,并且能夠熟練應用;60%左右的學生認為學到了一些數據結構的學習策略和方法,但能夠掌握和應用的不多;只有個別學生認為效果不明顯,還是沿用原來的方法;有92%左右的學生表示很滿意或滿意課堂教學。以上數據表明學生能適應線上線下相融合的授課方式,比較滿意課堂教學。

在實施方案的成效評價主要從期末平均成績和參加競賽情況這兩方面展開,參加競賽的情況又分為參賽人數和獲獎人數來比較。

從課程成績的對照分析上,發現該實驗班的期末平均成績與普通教學班相比提高了7分,高分人數明顯比普通班多。該實驗班的學生積極參加了ACM大賽、服務外包大賽、信息安全大賽和軟件測試大賽等各項計算機相關的賽事,參賽人數比例和獲獎比例也是普通班的數倍。

從調查問卷和成效評價可以看出,線上線下融合的數據結構課堂教學,有利于學生成績的提高和能力的培養,提高了學生的自學能力、獲取和整合資源的能力。

6 結 語

互聯網時代,企業的人才需求發生了較大改變,課程教學如果不進行相應的改變,培養的學生就跟不上時代的潮流。筆者基于目前數據結構教學現狀和線上線下教學的優劣點分析,以翻轉課堂為切入點,采用線上線下相融合的數據結構課堂教學改革。在實施的過程中,部分內容采用線下教學為主,部分內容以翻轉形式開展,制定符合學生實際和課程特點的實施方案,避免傳統課堂教學的缺點和翻轉課堂的負功能。筆者以后將進一步總結完善學習導圖、在線作業等學習支持系統和學生評價體系,設計出符合獨立學院學生學習特點的方案,進一步提升教學效果。