翻转课堂教学模式在“数据结构” 课程教学中的实践与思考

    孙陆鹏 刘婷

    摘要：数据结构是计算机类专业的核心课程，它因为具有抽象性、理论性、实践性等特点而被公认为是难教难学的课程之一。翻转课堂教学模式充分利用信息化教学平台，调动教师和学生的积极性，为解决数据结构教学难题提供了一条解决之道。本文作者在对翻转课堂教学模式和“数据结构”课程性质分析的基础上，在数据结构教学中实施了翻转课堂教学模式，并对实施效果进行了分析。实践表明，该教学模式能够有效解决目前教学过程中的一些问题。

    关键词：翻转课堂;数据结构教学;教学改革

    中图分类号：G434? 文献标识码：A? 论文编号：1674-2117（2019）17-0105-03● 问题的提出

    在信息时代背景下，社会对信息技术人才的需求一直很旺盛，数据结构作为计算机类专业的一门核心课程，其教学质量直接影响信息技术人才培养的质量，而数据结构课程一直存在难教难学的问题。2016年，教育部颁发的《2016年教育信息化工作要点》中明确指出，高校应“利用在线开放课程探索翻转课堂、混合式教学等教学方式改革”。2017年，国务院印发的《国家教育事业发展“十三五”规划》中更是明确要求，要“全力推动信息技术与教育教学深度融合……利用翻转课堂、混合式教学等多种方式用好优质数字资源”。两个文件都提到了翻转课堂，那应如何在数据结构课堂中应用翻转课堂教学模式呢？笔者进行了一些尝试。● 翻转课堂

    翻转课堂（Flipped Classroom）也称为反转课堂或颠倒课堂，是近年来新兴的一种教学模式，是随着信息技术在教育教学中应用的深入而产生的。翻转课堂教学模式将教学过程分为课前和课中两个阶段。课前学生自学，以观看教师提供的视频为主，课中以讨论或合作学习的方式解决问题，解决重点和难点，促进学生知识的内化和升华。

    

    翻转课堂的翻转有两个含义：首先它改变了传统教学模式中知识讲授与做作业的次序，由传统教学的“教师课堂讲授，学生回家做作业”，变为“学生在家看教师视频讲解，做作业，回到课堂解决问题”;其次，它改变了传统课堂教学中师生的角色，教师从传统课堂中的知识传授者变成了学习的促进者和指导者，学生由被动的接受者变成了自定步调的学习者，他们可以选择学习时间、学习地点，可以控制学习内容、学习量，学生的学习变得更主动。师生之间可以进行更深层次的交流，以扩展和创造深度的知识。[1]

    美国富兰克林学院数学与计算科学专业的Robert Talbert教授总结出的翻转课堂教学模式如下页图所示。● “数据结构”课程

    数据结构是计算机类专业的一门专业基础课程，在计算机专业的课程体系中处于核心地位，是计算机专业考研的必考科目。数据结构是一门公认的难教难学的课程，其难点表现在以下几个方面：①知识点多，文献[2]后的附录列出了课程中涉及的名词和算法，其中有名词（概念）251个、函数（算法）138个，虽然这些概念和算法在教学时不会要求学生全部掌握，但即使以80%的量来计算，知识量和难度也是相当大的。②抽象性、理论性强，教学难度大。③数据结构是一门实践性很强的课程，要求学生理解算法进而设计算法，它一般以C语言作为编程语言。而大多数学生的先行课基础不够扎实，他们对C语言中的函数、数组、指针、结构体等较难掌握的部分，大部分掌握得不好，算法的理解、实现难度较大，一旦程序出错，学生调试能力欠缺，出现畏难情绪，很容易放弃。

    数据结构任课教师一直在探索提高课程教学质量的方法，从教材建设、资源建设、实验方案、教学方法等各方面着手，提出了各种策略来提高数据结构教学质量，仅从教学方法来说，就有项目教学法[3]、案例教学法[4]、行为导向教学法[5]、任务驱动教学法[6]等。近年来，翻转课堂教学模式逐渐受到教育界的关注，有教师在数据结构课堂上进行了翻转课堂教学模式的探索[7]，提出了数据结构课堂采用翻转课堂教学模式的实施方案。● “数据结构”课程翻转课堂教学模式的实践

    “数据结构”课程的教学内容，可以看作是运用计算机通过编程解决问题展开的讨论，研究问题中操作对象的逻辑结构，研究如何存储这些操作对象及其逻辑结构（存储结构），研究解决问题的算法。大学教育不仅要求学生学习知识、掌握技能，更重要的是培养学生的自学能力、协作精神，因此，翻转课堂教学模式非常适合在数据结构课堂教学中进行。

    1.教学实践

    按照左圖所示的翻转课堂教学模型，笔者在计算机专业的两个班进行了翻转课堂教学实践，具体过程如下。

    （1）准备学习资源。主要是录制微课视频，设计课前作业，并上传到网上。微课视频采用录制PPT的方式，由任课教师讲解，其中任课教师在片头和片尾出现，以增加亲切感。课前作业每次约20道题，题型有选择题、判断题、填空题，均为客观题。题目难度覆盖易、一般难度和较难三个层次，其中基本概念和术语属于较简单的题，一些简单计算和应用题属于难度一般的题型，如二叉树的遍历、图的遍历，一些计算和应用题如恢复二叉树、哈夫曼编码、二分查找、排序的中间过程等题目属于较难的题目，教师根据经验，将各难度题目比例一般控制在5∶3∶2。学校使用的是泛雅网络教学平台，学生能在台式机和手机上看视频、做作业。作业完成的截止时间为下次上课前的10个小时左右。

    （2）布置学习任务。在上一堂课下课前，教师用5分钟时间向学生说明下节课要学习的内容，要求学生通过看视频、教材、网上教学资源等完成作业，记下学习过程中遇到的问题以备下节课提问。

    （3）作业截止后，上课前，教师查看学生作业的完成情况，进行统计分析，修正设计的问题。

    （4）课堂上，首先对本节课的知识点进行回顾，然后针对作业中的习题进行分析，对难度较大、回答正确率较低的题，要进行重点分析。由学生提出问题，师生讨论，解决问题。如果学生没有问题，教师就提出问题，让学生思考、回答。最后进行总结。

    2.实施效果

    笔者在“数据结构”课程的树和二叉树、图、查找、排序等多个章节实施了翻转课堂教学模式，从实施效果看，课前作业上交率达95%以上，平均分达75分以上，作业中的基本概念题正确率平均达到90%以上，说明大部分学生能够按照要求进行自学，并完成了作业。基本概念的学习难度不大，学生通过自学完全能够掌握，而计算、应用、算法类的题目，如恢复二叉树、构造哈夫曼树、最短路径等知识点的题目正确率相对较低，平均只有30%左右，与出题时的预期相符，说明这些知识点对学生来说有一定难度。

    从实施效果看，课堂上学生发言、提问的次数明显增多，课堂气氛也比传统教学活跃。对比实验学期与上学期期末考试成绩，学生的考试成绩比往年提高10%左右，最低分由原来的20多分提高到40多分，最高分变化不大。● 总结与思考

    目前，大部分高校建立了自己的网络教学平台，为翻转课堂的实施创造了有利条件。其中，观看教学视频和练习都可以在网络上进行，并且网上有统计功能，教师能够很快了解学生对知识的掌握情况，有针对性地安排教学内容。

    但是，采用翻转课堂教学模式，教师的工作量比采用传统教学方式增加了许多，主要体现在课前视频录制和课前作业的设计上。教师提供给学生的视频一定要短小精悍，而且需要精心设计，另外，还要精心设计课前作业题，力图发现学生学习过程中的問题，从各个方面考查学生对知识的掌握程度。

    一个学期，通过若干个课时的翻转课堂教学尝试，回头看，笔者发现还存在很多不足。例如，视频需要进一步设计，不能只是简单的课堂讲授搬家，应加入动画等元素，以提高学生兴趣，降低学习难度。课前作业的设计还需更精细，最好能准确反映学生的学习瓶颈在哪里。此外，笔者主要在“数据结构”课程的理论教学中采用了翻转课堂教学模式，未在数据结构的实验教学中实施，在今后的教学中还需不断研究、探索。

    参考文献：

    [1]张金磊，王颖，张宝辉.翻转课堂教学模式研究[J].远程教育杂志，2012（04）：46-51.

    [2]严蔚敏，吴伟民.数据结构（C语言版）[M].北京：清华大学出版社，2014：322-333.

    [3]谭小兰，邓作杰.“六步走”项目教学法在数据结构课程中的教学试验与分析[J].湖南工程学院学报，2013，23（04）：111-113.

    [4]宗瑜，金萍.案例教学法与《数据结构》教学改革[J].皖西学院学报，2009，25（02）：30-31+120.

    [5]郭丹.行为导向教学法在数据结构课程中的应用[J].通化师范学院学报：自然科学，2014，35（02）：67-68.

    [6]冉燕辉，唐万梅.任务驱动教学模式在数据结构课程设计中的应用探究[J].计算机科学，2013，40（11A）：389-391.

    [7]刘小晶，钟琦，张剑平.翻转课堂模式在“数据结构”课程教学中的应用研究[J].中国电化教育，2014（08）：105-110.

    作者简介：孙陆鹏（1970.3—），男，河南省巩义市人，讲师，硕士，研究方向为教育信息化、计算机应用。

    基金项目：2018年度郑州师范学院教学改革研究一般项目“数据结构课程基于精品在线资源的翻转课堂教学改革与实践”（项目编号：2018-ZSJGYB-020）;2019年度河南省教育厅教师教育课程改革项目“基于项目学习的师范生信息技术教学能力培养模式探究 ”（项目编号：2019-JSJYYB-128）。