基于智能云的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實(shí)踐

鄧曦輝，常文萃

（晉中學(xué)院信息技術(shù)與工程學(xué)院，晉中030619）

0 引言

隨著新理念和新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，信息技術(shù)與課程教學(xué)的整合日漸深入，其中翻轉(zhuǎn)課堂掀起了國(guó)內(nèi)外教育改革的新浪潮，為教學(xué)模式的改革提供了新的思路[1]。

智能手機(jī)是人們隨身攜帶的必備工具。然而，因?yàn)樽钥啬芰Σ睿谡n堂上玩游戲、看視頻的學(xué)生比比皆是。我們很難控制學(xué)生不帶手機(jī)走進(jìn)課堂，那么如何因勢(shì)利導(dǎo)把學(xué)生手中的智能手機(jī)變成學(xué)習(xí)工具，讓手機(jī)服務(wù)于課程教學(xué)，是值得每一個(gè)教育者深思并解決的問(wèn)題。

藍(lán)墨云班課是國(guó)內(nèi)一款免費(fèi)課堂互動(dòng)教學(xué)App，它基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生之間的即時(shí)互動(dòng)、資源推送和作業(yè)任務(wù)。這款融入人工智能技術(shù)的教學(xué)工具，有完善的激勵(lì)與評(píng)價(jià)體系，可以激發(fā)學(xué)生在移動(dòng)設(shè)備上進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。

筆者以藍(lán)墨云班課為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，將手機(jī)作為課上課下必備工具，對(duì)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程進(jìn)行了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的教學(xué)改革與實(shí)踐，對(duì)提高課程教學(xué)效率和質(zhì)量具有積極意義。

1 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》的教學(xué)現(xiàn)狀

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一門專業(yè)基礎(chǔ)主干課程，主要研究非數(shù)值計(jì)算的程序設(shè)計(jì)問(wèn)題中計(jì)算機(jī)的操作對(duì)象以及它們之間的關(guān)系和操作等。該課程的教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生學(xué)會(huì)分析計(jì)算機(jī)所處理數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)特性，以便能為應(yīng)用選擇適當(dāng)?shù)倪壿嫿Y(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的算法，并初步掌握算法的時(shí)間分析和空間分析技術(shù)[2]。

傳統(tǒng)的以講授為主的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)模式，忽視了學(xué)生的差異和個(gè)性化需求，從而影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；學(xué)生是知識(shí)的被動(dòng)接受者，課堂活動(dòng)缺失，抑制了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考和探索創(chuàng)新能力的發(fā)展；講授時(shí)間偏長(zhǎng)，易造成學(xué)生注意力分散，影響學(xué)習(xí)效果，阻礙學(xué)生對(duì)知識(shí)的自主建構(gòu)[3]。

2 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

翻轉(zhuǎn)課堂是由Baker 于2000 年提出的[4]，在該模式中，教師提供以教學(xué)微視頻為主要形式的學(xué)習(xí)資源，學(xué)生在課外時(shí)間完成對(duì)新知識(shí)的自主學(xué)習(xí)，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授。而在課堂上，教師負(fù)責(zé)組織學(xué)生對(duì)課下學(xué)習(xí)的知識(shí)進(jìn)行解答疑惑、開(kāi)展協(xié)作探究和互動(dòng)交流等活動(dòng)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)知識(shí)內(nèi)化。翻轉(zhuǎn)課堂將傳統(tǒng)課堂中的知識(shí)傳授和知識(shí)內(nèi)化過(guò)程顛倒，整個(gè)教學(xué)過(guò)程以學(xué)生為主教師為輔，將學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)由課中拓展到課前和課后。課前，學(xué)生自主規(guī)劃學(xué)習(xí)時(shí)間、學(xué)習(xí)地點(diǎn)和學(xué)習(xí)方式，課中，學(xué)生能夠更專注于問(wèn)題的解決，從而對(duì)知識(shí)獲得更深層次的理解。教師則采用引導(dǎo)、協(xié)作、個(gè)別輔導(dǎo)等方式來(lái)滿足學(xué)生的需要，促成學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)。近幾年，翻轉(zhuǎn)課堂在國(guó)內(nèi)外得到越來(lái)越多的關(guān)注，也得到了較好的應(yīng)用[5]。

根據(jù)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程特點(diǎn)，依托移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，利用翻轉(zhuǎn)課堂這一教育創(chuàng)新理念對(duì)課程教學(xué)模式進(jìn)行改革以彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足就成為我們關(guān)注的課題。

3 翻轉(zhuǎn)課堂在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程中的教學(xué)實(shí)踐

美國(guó)富蘭克林學(xué)院數(shù)學(xué)與計(jì)算科學(xué)專業(yè)教授Robert Talbert 在很多課程中應(yīng)用了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，并取得了良好的教學(xué)效果。Robert Talbert 總結(jié)出翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施結(jié)構(gòu)模型，模型分課前和課中，課前的主要環(huán)節(jié)是觀看教學(xué)視頻和針對(duì)性的課前練習(xí)；課中則有快速少量的測(cè)評(píng)，解決問(wèn)題，促進(jìn)知識(shí)內(nèi)化和總結(jié)反饋三個(gè)主要環(huán)節(jié)[6]。該模型對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施的很多方面沒(méi)有詳細(xì)描述。

筆者以學(xué)生和教師共同發(fā)展為目的，根據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂的內(nèi)涵和系統(tǒng)化教學(xué)設(shè)計(jì)理論，同時(shí)結(jié)合我校學(xué)生和《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)特點(diǎn)，提出了一套對(duì)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的詳細(xì)實(shí)施方案。整個(gè)方案分課前、課中和課后三個(gè)階段。

3.1 課前實(shí)施方案

課前是實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授過(guò)程的主要階段，其實(shí)施方案、實(shí)施過(guò)程以及過(guò)程中角色分配如圖1 所示。

圖1 課前實(shí)施方案圖

教師的主要任務(wù)是資源開(kāi)發(fā)，錄制視頻、整理在線測(cè)試題或思考題、設(shè)計(jì)課前導(dǎo)學(xué)案作為學(xué)生自主學(xué)習(xí)的向?qū)У龋⑦@些教學(xué)資源發(fā)布于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。

（1）教師對(duì)教學(xué)內(nèi)容劃分出一級(jí)知識(shí)點(diǎn)和相對(duì)獨(dú)立的二級(jí)知識(shí)點(diǎn)，對(duì)每個(gè)二級(jí)知識(shí)點(diǎn)錄制10 分鐘左右的教學(xué)視頻。

（2）教師以2 至4 個(gè)知識(shí)點(diǎn)為單位設(shè)計(jì)數(shù)量不多于10 個(gè)的在線測(cè)試題目，或設(shè)計(jì)1 至2 個(gè)思考題。

（3）教師在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上發(fā)起在線討論活動(dòng)。

（4）教師設(shè)計(jì)課前導(dǎo)學(xué)案，在導(dǎo)學(xué)案中說(shuō)明一段時(shí)間（通常為一周）內(nèi)學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)、課前自主學(xué)習(xí)步驟：即閱讀哪部分教材內(nèi)容、觀看哪些視頻、參與哪幾個(gè)活動(dòng)，甚至對(duì)有能力的學(xué)生進(jìn)行知識(shí)拓展建議。

以一級(jí)知識(shí)點(diǎn)二叉樹為例，筆者對(duì)課前資源的開(kāi)發(fā)情況如表1 所示。

表1 二叉樹課前資源

學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，依據(jù)教師發(fā)布的課前導(dǎo)學(xué)案進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。基礎(chǔ)好的學(xué)生可以直接進(jìn)行在線測(cè)試，帶著問(wèn)題去學(xué)習(xí)；基礎(chǔ)差的學(xué)生可以重復(fù)觀看教學(xué)視頻后進(jìn)行在線測(cè)試。學(xué)生在觀看視頻和在線測(cè)試環(huán)節(jié)中，隨時(shí)可以在教師發(fā)起的在線討論活動(dòng)中提出自己對(duì)新知識(shí)的疑問(wèn)，學(xué)生可以相互解答這些疑問(wèn)。

另外，教師隨時(shí)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)了解學(xué)生的課前學(xué)習(xí)情況，對(duì)沒(méi)有及時(shí)課前學(xué)習(xí)的學(xué)生進(jìn)行提醒；鼓勵(lì)學(xué)生互相解答疑問(wèn)，解答學(xué)生無(wú)法解決的個(gè)別疑問(wèn)，梳理學(xué)生對(duì)新知識(shí)的共性疑問(wèn)；查看學(xué)生在線測(cè)試的答題情況，找出學(xué)生答題較差的測(cè)試題并分析其原因等。

最后，教師根據(jù)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上學(xué)生課前學(xué)習(xí)的反饋信息，設(shè)計(jì)課中活動(dòng)的具體內(nèi)容和組織形式，為課中知識(shí)內(nèi)化環(huán)節(jié)而作準(zhǔn)備。

3.2 課中實(shí)施方案

課中是教師組織活動(dòng)，學(xué)生參與活動(dòng)，是學(xué)生展示交流、協(xié)作討論、解疑釋問(wèn)和完成作業(yè)等充分實(shí)現(xiàn)知識(shí)內(nèi)化的過(guò)程，具體實(shí)施方案如圖2 所示。

圖2 課中活動(dòng)實(shí)施方案圖

課中活動(dòng)主要有兩種形式：教師與學(xué)生面對(duì)面組織的活動(dòng)和教師在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上發(fā)起，學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)參與的活動(dòng)。

教師與學(xué)生面對(duì)面組織的活動(dòng)：教師首先介紹本節(jié)課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，然后對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)過(guò)程中產(chǎn)生的共性疑難問(wèn)題進(jìn)行講解。接下來(lái)，按照難易程度逐個(gè)實(shí)施教師預(yù)先設(shè)計(jì)好的課堂教學(xué)活動(dòng)。對(duì)于只需要識(shí)記的概念性知識(shí)點(diǎn)，教師直接組織學(xué)生完成作業(yè)，對(duì)完成作業(yè)有困難的學(xué)生可以進(jìn)行一對(duì)一輔導(dǎo)。對(duì)于需要理解和應(yīng)用的知識(shí)點(diǎn)，教師可歸納出幾個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題，組織學(xué)生進(jìn)行小組討論，小組討論結(jié)束后由小組代表發(fā)言，進(jìn)行關(guān)鍵問(wèn)題解決方案的成果匯報(bào)，教師對(duì)學(xué)生匯報(bào)中存在的問(wèn)題進(jìn)行講解。

小組討論的組織方式：學(xué)生由5 人左右組成一個(gè)討論小組，選出一名學(xué)生任組長(zhǎng)，每個(gè)小組起一個(gè)獨(dú)具特色的名字。組長(zhǎng)負(fù)責(zé)組織協(xié)調(diào)小組成員的討論，并在小組討論結(jié)束后推薦代表發(fā)言。小組成員積極交流對(duì)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)和想法，形成組內(nèi)共識(shí)。

學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)參與教師發(fā)起的活動(dòng)：如完成作業(yè)、隨堂測(cè)試、調(diào)查問(wèn)卷和簽到等。藍(lán)墨云班課中的簽到有3 種方式：一鍵簽到、手勢(shì)簽到和手工登記，簡(jiǎn)單快捷方便，通常一個(gè)班的簽到可以在1 分鐘甚至更短的時(shí)間內(nèi)完成。藍(lán)墨云班課中的頭腦風(fēng)暴活動(dòng)是學(xué)生背對(duì)背答題的一種方式，答題過(guò)程中學(xué)生之間無(wú)法看到對(duì)方的答題內(nèi)容，在活動(dòng)結(jié)束后，可以瀏覽所有學(xué)生的答題情況。

一級(jí)知識(shí)點(diǎn)二叉樹的授課計(jì)劃是4 個(gè)學(xué)時(shí)，分為兩次課。筆者把二叉樹的定義、性質(zhì)和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)安排在第1 次課，二叉樹的遍歷和應(yīng)用安排在第2 次課。二叉樹第1 次課的活動(dòng)組織情況如表2 所示，其中解答疑問(wèn)采取的授課方法是啟發(fā)式教學(xué)和多媒體演示。

表2 二叉樹第1 次課的活動(dòng)組織情況

3.3 課后實(shí)施方案

課后的實(shí)施方案如圖3 所示。教師在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上完成課中階段的善后工作：如批改學(xué)生的作業(yè)；針對(duì)學(xué)生掌握不太好的知識(shí)點(diǎn)發(fā)布新任務(wù)；統(tǒng)計(jì)分析學(xué)生的階段性學(xué)習(xí)情況，從而發(fā)現(xiàn)后進(jìn)生，重點(diǎn)對(duì)象重點(diǎn)關(guān)注，可以選擇適當(dāng)時(shí)機(jī)進(jìn)行個(gè)別談話，了解他們對(duì)學(xué)習(xí)不積極的深層原因，及時(shí)改變他們的學(xué)習(xí)態(tài)度，從而提高學(xué)習(xí)主動(dòng)性。教師還可以針對(duì)課中活動(dòng)的組織開(kāi)展情況，進(jìn)行教學(xué)反思、教學(xué)小結(jié)，以促進(jìn)后續(xù)教學(xué)工作的改進(jìn)。

學(xué)生在課后的主要任務(wù)是查缺補(bǔ)漏，對(duì)掌握不好的知識(shí)回看視頻，重做在線測(cè)試題，查看答疑討論信息等。

圖3 課后實(shí)施方案圖

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)其校計(jì)算機(jī)專業(yè)2015 級(jí)和2016 級(jí)的學(xué)生分成兩部分，一部分作為實(shí)驗(yàn)班，實(shí)施了翻轉(zhuǎn)課堂模式的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)，另一部分作為對(duì)照班，實(shí)施傳統(tǒng)的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)模式。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班的期末考試成績(jī)，實(shí)驗(yàn)班的成績(jī)分布都更趨于合理，2015 級(jí)和2016 級(jí)實(shí)驗(yàn)班的平均分分別比對(duì)照班高出8.3 分和7.6 分，優(yōu)秀率分別高出12.1%和11.3%，及格率分別高出11.4%和9.3%。

實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，活躍了課堂氣氛，加強(qiáng)了學(xué)生的參與度，帶來(lái)了課堂的高效性；大幅度增加了課上課下的互動(dòng)時(shí)間，帶來(lái)了師生和生生的深度互動(dòng)性；激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，帶來(lái)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性；學(xué)生可自定學(xué)習(xí)步調(diào)，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的個(gè)性化；有充裕的時(shí)間培養(yǎng)合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)等，提高了學(xué)生協(xié)作溝通、創(chuàng)新等能力的培養(yǎng)；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)記錄了所有學(xué)生學(xué)習(xí)的全部信息，實(shí)現(xiàn)了課程考核的過(guò)程化。

在教學(xué)改革的大浪潮中，筆者為高校課程的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式改革提供了可以借鑒的實(shí)施方案。今后，筆者還將繼續(xù)探索和研究翻轉(zhuǎn)課堂模式的合理運(yùn)用，并向其他課程推廣。