數據結構課程翻轉課堂教學模式的設計與實踐

初曉 冷澤 王澤龍 刁春予

【摘要】本文通過對數據結構課程的特點和翻轉課堂教學模式的研究，針對數據結構課程中有代表性的知識點進行了翻轉教學模式的原型構建，設計了翻轉教學的實施方案，并應用于計算機專業本科二年級的數據結構教學中，研究結果表明翻轉課堂教學模式能激發學生的學習興趣，有助于培養學生自主學習的能力，使其更好地掌握數據結構課程內容。

【關鍵詞】翻轉課堂 數據結構 教學設計

【基金項目】吉林省教育科學“十三五”規劃2017年度重點課題-“SPOC+翻轉課堂”教學模式設計與應用研究——以計算機專業課程為例（編號：ZD17205）；長春財經學院教學改革與建設工程項目（NO.20160108）。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）01-0244-01

1.翻轉課堂概述

翻轉課堂秉持“以學生為主”的教學理念，有效地避免了傳統教學的強制性和依賴性，增加了學生的成就感，激發了學生的學習興趣，很大程度的提高了課堂教學質量。翻轉課堂教學模式比較傳統教學模式有如下優勢：

1）翻轉課堂教學模式有利于自主學習和分級教學。實施翻轉課堂教學模式后，學生可以按照自己的步調來學習，自主掌控學習進度，充分實現分級教學，同時使學習變得更為靈活自由。

2）翻轉課堂教學模式有利于推動應用型人才培養。翻轉課堂教學模式中的課前自學、小組討論、角色互換、分級教學等環節均體現了應用型人才培養的理念，勢必大力推動具有綜合素質的應用型人才的培養。

3）翻轉課堂教學模式有利于教學效果提高。翻轉課堂教學模式是一種高效利用互聯網技術和學生課余時間、提高有限課堂教學效果、調動學生自學興趣、培養學生創新思維與信息素養的全新教學模式。

2.數據結構課程教學現狀

數據結構課程是計算機及相關專業的專業基礎課，它研究數據在計算機中的組織、存儲和處理方法。該課程要求學生掌握各種主要數據結構的特點、計算機內的表示方法，以及處理數據的算法實現，同時掌握初步的算法分析技術。

目前數據結構的教學方式大多以講授式為主，課上傳授知識，課下進行練習和作業。這種教學方式存在如下問題：

1）不能充分體現學生的主體地位，課堂教學仍以教師為主體，學生別動學習，不能發揮學生自主學習的主觀能動性。

2）數據結構要求有一定的程序設計能力，學生雖然理解了算法思想，但不能對算法進行真正的實現。

3）教師統一在課堂授課，忽視了學生間的差異性，無法實現因材施教，造成有些學生覺得聽不懂，有些學生又覺得不夠深入的極端情況。

因此，尋找一種新的教學模式和方法，調動學生學習興趣，擴展學生的學習深度，切實提高教學效果已成為數據結構課程教學中亟待解決的問題。

3.數據結構翻轉課堂模式的教學環節

1）前期分析環節：建設在線學習資源庫

前期分析環節塊中設置了學習者分析、教學目標設計、教學內容設計和教學環境設計，通過這四方面的設計與分析開發出在線學習資料（SPOC視頻、文檔材料、PPT等），以便學生更好的進行課前學習打下基礎。

2）課前環節：學生線上自主學習

包括學生自主觀看教學視頻，完成對基礎知識的學習，進行有針對性的課前練習，以及遇到問題時與同學、老師進行交流。

3）課中環節：實體課堂教學

本環節主要包括創設情景、確定問題；分析問題、自主探究；小組協作、師生共探；成果交流以及教師小結和反饋。

4）課后環節：反思與提高

本環節設置了知識鞏固、評價反思和拓展提高三內容。知識鞏固指學生需要定時定量的完成教師布置的測試題目；評價反思指教師針對學生表現對學生進行評價，并反思教學過程的優越性及不足；拓展提高指學生根據自身能力及愛好，有選擇性的進行拓展學習。

4.數據結構翻轉課堂模式的教學設計

1）教學內容的選取

《數據結構》課程主要包括五大知識模塊：基礎知識、線性結構、樹型結構、圖結構、查找與排序。根據各知識模塊的特點，結合翻轉課堂教學模式的環節設置，本文針對如下教學內容實施“翻轉課堂”教學改革。

①線性表—設計可行的通訊錄管理系統的數據模型及基本操作。②棧、隊列—設計可行的通道停車場問題解決方案。③哈弗曼樹—分組設計一段報文的哈弗曼編碼，并交換解碼。④最短路徑—設計模擬交通路線圖系統系統模型。⑤氣泡排序法—設計跳水比賽評分系統。

2）教學實施環節實例

本文以線性表實驗設計為例，本案例主要針對順序表、單鏈表的存儲特點，引導學生將理論知識與實際應用相結合，培養學生的問題分析能力、團隊合作能力、程序設計能力及表達能力。

①線上環節：將順序表、單鏈表基本操作（構造、插入、刪除、查找、輸出）的C++算法實現以微視頻的方式提供給學生自主學習，同時提供對應的代碼填空試題，學生通過上機調試來鞏固學習內容。線上學習環節需要學生提交實驗可運行代碼和測試數據。

②課堂環節：通過解決實際應用問題，對學生綜合能力進行訓練。實施方法是問題提出→小組討論→撰寫系統分析與設計報告→提交作品。

先由教師提出“通訊錄系統設計”的具體要求；然后將學生進行分組（6人一組），要求學生在30分鐘內完成分析問題、建模、討論問題的解決方案，并由1名成員負責撰寫系統分析及設計報告，其余同學分模塊完成“通訊錄系統”的各個功能。最終要求提交完整的系統設計方案及可運行代碼。

3）教學評價環節設計方案

理論翻轉課堂評價：主要從學生個人表現、各小組成果等方面對學生進行評價。重視評價的全面性和公平性。評價應根據測驗的成績、回答問題情況、小組探究的表現、課堂獨立解決問題的情況、團隊合作情況、成果展示、語言表達、創新意識等方面進行。

實驗翻轉課堂評價：主要依據學生的實驗報告質量、小組協作情況、設計系統質量、成果匯報情況等方面進行。其中實驗報告中需包含設計方案描述、代碼實現、結果截圖、成員分工、實驗心得等內容。

5.實踐效果分析

通過對計算機專業16級兩個行政班級的試行，考核結果表明將翻轉教學模式應用于數據結構課程有助于學生自主學習能力的培養、質疑能力的提高、參與度的提升和團隊意識的培養。

6.總結

翻轉課堂模式在應用型院校中才剛剛起步，相關教育工作者正在進行積極的探索與嘗試，本文僅以數據結構課程為例進行了簡單的改革和實踐，在后續的教學過程中，還需進一步總結與完善，以求最大限度的發揮翻轉課堂教學模式的優勢與作用。