翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)” 課程教學(xué)中的實(shí)踐與思考

孫陸鵬 劉婷

摘要：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的核心課程，它因?yàn)榫哂谐橄笮浴⒗碚撔浴?shí)踐性等特點(diǎn)而被公認(rèn)為是難教難學(xué)的課程之一。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式充分利用信息化教學(xué)平臺(tái)，調(diào)動(dòng)教師和學(xué)生的積極性，為解決數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)難題提供了一條解決之道。本文作者在對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式和“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程性質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)中實(shí)施了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，并對(duì)實(shí)施效果進(jìn)行了分析。實(shí)踐表明，該教學(xué)模式能夠有效解決目前教學(xué)過(guò)程中的一些問(wèn)題。

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

中圖分類(lèi)號(hào)：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2019）17-0105-03

● 問(wèn)題的提出

在信息時(shí)代背景下，社會(huì)對(duì)信息技術(shù)人才的需求一直很旺盛，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)核心課程，其教學(xué)質(zhì)量直接影響信息技術(shù)人才培養(yǎng)的質(zhì)量，而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程一直存在難教難學(xué)的問(wèn)題。2016年，教育部頒發(fā)的《2016年教育信息化工作要點(diǎn)》中明確指出，高校應(yīng)“利用在線(xiàn)開(kāi)放課程探索翻轉(zhuǎn)課堂、混合式教學(xué)等教學(xué)方式改革”。2017年，國(guó)務(wù)院印發(fā)的《國(guó)家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中更是明確要求，要“全力推動(dòng)信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合……利用翻轉(zhuǎn)課堂、混合式教學(xué)等多種方式用好優(yōu)質(zhì)數(shù)字資源”。兩個(gè)文件都提到了翻轉(zhuǎn)課堂，那應(yīng)如何在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課堂中應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式呢？筆者進(jìn)行了一些嘗試。

● 翻轉(zhuǎn)課堂

翻轉(zhuǎn)課堂（Flipped Classroom）也稱(chēng)為反轉(zhuǎn)課堂或顛倒課堂，是近年來(lái)新興的一種教學(xué)模式，是隨著信息技術(shù)在教育教學(xué)中應(yīng)用的深入而產(chǎn)生的。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式將教學(xué)過(guò)程分為課前和課中兩個(gè)階段。課前學(xué)生自學(xué)，以觀看教師提供的視頻為主，課中以討論或合作學(xué)習(xí)的方式解決問(wèn)題，解決重點(diǎn)和難點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)的內(nèi)化和升華。

翻轉(zhuǎn)課堂的翻轉(zhuǎn)有兩個(gè)含義：首先它改變了傳統(tǒng)教學(xué)模式中知識(shí)講授與做作業(yè)的次序，由傳統(tǒng)教學(xué)的“教師課堂講授，學(xué)生回家做作業(yè)”，變?yōu)椤皩W(xué)生在家看教師視頻講解，做作業(yè)，回到課堂解決問(wèn)題”;其次，它改變了傳統(tǒng)課堂教學(xué)中師生的角色，教師從傳統(tǒng)課堂中的知識(shí)傳授者變成了學(xué)習(xí)的促進(jìn)者和指導(dǎo)者，學(xué)生由被動(dòng)的接受者變成了自定步調(diào)的學(xué)習(xí)者，他們可以選擇學(xué)習(xí)時(shí)間、學(xué)習(xí)地點(diǎn)，可以控制學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)量，學(xué)生的學(xué)習(xí)變得更主動(dòng)。師生之間可以進(jìn)行更深層次的交流，以擴(kuò)展和創(chuàng)造深度的知識(shí)。[1]

美國(guó)富蘭克林學(xué)院數(shù)學(xué)與計(jì)算科學(xué)專(zhuān)業(yè)的Robert Talbert教授總結(jié)出的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式如下頁(yè)圖所示。

● “數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，在計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的課程體系中處于核心地位，是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)考研的必考科目。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一門(mén)公認(rèn)的難教難學(xué)的課程，其難點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①知識(shí)點(diǎn)多，文獻(xiàn)[2]后的附錄列出了課程中涉及的名詞和算法，其中有名詞（概念）251個(gè)、函數(shù)（算法）138個(gè)，雖然這些概念和算法在教學(xué)時(shí)不會(huì)要求學(xué)生全部掌握，但即使以80%的量來(lái)計(jì)算，知識(shí)量和難度也是相當(dāng)大的。②抽象性、理論性強(qiáng)，教學(xué)難度大。③數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，要求學(xué)生理解算法進(jìn)而設(shè)計(jì)算法，它一般以C語(yǔ)言作為編程語(yǔ)言。而大多數(shù)學(xué)生的先行課基礎(chǔ)不夠扎實(shí)，他們對(duì)C語(yǔ)言中的函數(shù)、數(shù)組、指針、結(jié)構(gòu)體等較難掌握的部分，大部分掌握得不好，算法的理解、實(shí)現(xiàn)難度較大，一旦程序出錯(cuò)，學(xué)生調(diào)試能力欠缺，出現(xiàn)畏難情緒，很容易放棄。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)任課教師一直在探索提高課程教學(xué)質(zhì)量的方法，從教材建設(shè)、資源建設(shè)、實(shí)驗(yàn)方案、教學(xué)方法等各方面著手，提出了各種策略來(lái)提高數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)質(zhì)量，僅從教學(xué)方法來(lái)說(shuō)，就有項(xiàng)目教學(xué)法[3]、案例教學(xué)法[4]、行為導(dǎo)向教學(xué)法[5]、任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法[6]等。近年來(lái)，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式逐漸受到教育界的關(guān)注，有教師在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課堂上進(jìn)行了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的探索[7]，提出了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課堂采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的實(shí)施方案。

● “數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的實(shí)踐

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的教學(xué)內(nèi)容，可以看作是運(yùn)用計(jì)算機(jī)通過(guò)編程解決問(wèn)題展開(kāi)的討論，研究問(wèn)題中操作對(duì)象的邏輯結(jié)構(gòu)，研究如何存儲(chǔ)這些操作對(duì)象及其邏輯結(jié)構(gòu)（存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)），研究解決問(wèn)題的算法。大學(xué)教育不僅要求學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)、掌握技能，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、協(xié)作精神，因此，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式非常適合在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課堂教學(xué)中進(jìn)行。

1.教學(xué)實(shí)踐

按照左圖所示的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模型，筆者在計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的兩個(gè)班進(jìn)行了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實(shí)踐，具體過(guò)程如下。

（1）準(zhǔn)備學(xué)習(xí)資源。主要是錄制微課視頻，設(shè)計(jì)課前作業(yè)，并上傳到網(wǎng)上。微課視頻采用錄制PPT的方式，由任課教師講解，其中任課教師在片頭和片尾出現(xiàn)，以增加親切感。課前作業(yè)每次約20道題，題型有選擇題、判斷題、填空題，均為客觀題。題目難度覆蓋易、一般難度和較難三個(gè)層次，其中基本概念和術(shù)語(yǔ)屬于較簡(jiǎn)單的題，一些簡(jiǎn)單計(jì)算和應(yīng)用題屬于難度一般的題型，如二叉樹(shù)的遍歷、圖的遍歷，一些計(jì)算和應(yīng)用題如恢復(fù)二叉樹(shù)、哈夫曼編碼、二分查找、排序的中間過(guò)程等題目屬于較難的題目，教師根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，將各難度題目比例一般控制在5∶3∶2。學(xué)校使用的是泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生能在臺(tái)式機(jī)和手機(jī)上看視頻、做作業(yè)。作業(yè)完成的截止時(shí)間為下次上課前的10個(gè)小時(shí)左右。

（2）布置學(xué)習(xí)任務(wù)。在上一堂課下課前，教師用5分鐘時(shí)間向?qū)W生說(shuō)明下節(jié)課要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，要求學(xué)生通過(guò)看視頻、教材、網(wǎng)上教學(xué)資源等完成作業(yè)，記下學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題以備下節(jié)課提問(wèn)。

（3）作業(yè)截止后，上課前，教師查看學(xué)生作業(yè)的完成情況，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，修正設(shè)計(jì)的問(wèn)題。

（4）課堂上，首先對(duì)本節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行回顧，然后針對(duì)作業(yè)中的習(xí)題進(jìn)行分析，對(duì)難度較大、回答正確率較低的題，要進(jìn)行重點(diǎn)分析。由學(xué)生提出問(wèn)題，師生討論，解決問(wèn)題。如果學(xué)生沒(méi)有問(wèn)題，教師就提出問(wèn)題，讓學(xué)生思考、回答。最后進(jìn)行總結(jié)。

2.實(shí)施效果

筆者在“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的樹(shù)和二叉樹(shù)、圖、查找、排序等多個(gè)章節(jié)實(shí)施了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，從實(shí)施效果看，課前作業(yè)上交率達(dá)95%以上，平均分達(dá)75分以上，作業(yè)中的基本概念題正確率平均達(dá)到90%以上，說(shuō)明大部分學(xué)生能夠按照要求進(jìn)行自學(xué)，并完成了作業(yè)。基本概念的學(xué)習(xí)難度不大，學(xué)生通過(guò)自學(xué)完全能夠掌握，而計(jì)算、應(yīng)用、算法類(lèi)的題目，如恢復(fù)二叉樹(shù)、構(gòu)造哈夫曼樹(shù)、最短路徑等知識(shí)點(diǎn)的題目正確率相對(duì)較低，平均只有30%左右，與出題時(shí)的預(yù)期相符，說(shuō)明這些知識(shí)點(diǎn)對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)有一定難度。

從實(shí)施效果看，課堂上學(xué)生發(fā)言、提問(wèn)的次數(shù)明顯增多，課堂氣氛也比傳統(tǒng)教學(xué)活躍。對(duì)比實(shí)驗(yàn)學(xué)期與上學(xué)期期末考試成績(jī)，學(xué)生的考試成績(jī)比往年提高10%左右，最低分由原來(lái)的20多分提高到40多分，最高分變化不大。

● 總結(jié)與思考

目前，大部分高校建立了自己的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，為翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施創(chuàng)造了有利條件。其中，觀看教學(xué)視頻和練習(xí)都可以在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行，并且網(wǎng)上有統(tǒng)計(jì)功能，教師能夠很快了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況，有針對(duì)性地安排教學(xué)內(nèi)容。

但是，采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，教師的工作量比采用傳統(tǒng)教學(xué)方式增加了許多，主要體現(xiàn)在課前視頻錄制和課前作業(yè)的設(shè)計(jì)上。教師提供給學(xué)生的視頻一定要短小精悍，而且需要精心設(shè)計(jì)，另外，還要精心設(shè)計(jì)課前作業(yè)題，力圖發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的問(wèn)題，從各個(gè)方面考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度。

一個(gè)學(xué)期，通過(guò)若干個(gè)課時(shí)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)嘗試，回頭看，筆者發(fā)現(xiàn)還存在很多不足。例如，視頻需要進(jìn)一步設(shè)計(jì)，不能只是簡(jiǎn)單的課堂講授搬家，應(yīng)加入動(dòng)畫(huà)等元素，以提高學(xué)生興趣，降低學(xué)習(xí)難度。課前作業(yè)的設(shè)計(jì)還需更精細(xì)，最好能準(zhǔn)確反映學(xué)生的學(xué)習(xí)瓶頸在哪里。此外，筆者主要在“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的理論教學(xué)中采用了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，未在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)施，在今后的教學(xué)中還需不斷研究、探索。

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作者簡(jiǎn)介：孫陸鵬（1970.3—），男，河南省鞏義市人，講師，碩士，研究方向?yàn)榻逃畔⒒⒂?jì)算機(jī)應(yīng)用。

基金項(xiàng)目：2018年度鄭州師范學(xué)院教學(xué)改革研究一般項(xiàng)目“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程基于精品在線(xiàn)資源的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革與實(shí)踐”（項(xiàng)目編號(hào)：2018-ZSJGYB-020）;2019年度河南省教育廳教師教育課程改革項(xiàng)目“基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的師范生信息技術(shù)教學(xué)能力培養(yǎng)模式探究 ”（項(xiàng)目編號(hào)：2019-JSJYYB-128）。