翻轉課堂教學模式在“數據結構” 課程教學中的實踐與思考

孫陸鵬 劉婷

摘要：數據結構是計算機類專業的核心課程，它因為具有抽象性、理論性、實踐性等特點而被公認為是難教難學的課程之一。翻轉課堂教學模式充分利用信息化教學平臺，調動教師和學生的積極性，為解決數據結構教學難題提供了一條解決之道。本文作者在對翻轉課堂教學模式和“數據結構”課程性質分析的基礎上，在數據結構教學中實施了翻轉課堂教學模式，并對實施效果進行了分析。實踐表明，該教學模式能夠有效解決目前教學過程中的一些問題。

關鍵詞：翻轉課堂;數據結構教學;教學改革

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2019）17-0105-03

● 問題的提出

在信息時代背景下，社會對信息技術人才的需求一直很旺盛，數據結構作為計算機類專業的一門核心課程，其教學質量直接影響信息技術人才培養的質量，而數據結構課程一直存在難教難學的問題。2016年，教育部頒發的《2016年教育信息化工作要點》中明確指出，高校應“利用在線開放課程探索翻轉課堂、混合式教學等教學方式改革”。2017年，國務院印發的《國家教育事業發展“十三五”規劃》中更是明確要求，要“全力推動信息技術與教育教學深度融合……利用翻轉課堂、混合式教學等多種方式用好優質數字資源”。兩個文件都提到了翻轉課堂，那應如何在數據結構課堂中應用翻轉課堂教學模式呢？筆者進行了一些嘗試。

● 翻轉課堂

翻轉課堂（Flipped Classroom）也稱為反轉課堂或顛倒課堂，是近年來新興的一種教學模式，是隨著信息技術在教育教學中應用的深入而產生的。翻轉課堂教學模式將教學過程分為課前和課中兩個階段。課前學生自學，以觀看教師提供的視頻為主，課中以討論或合作學習的方式解決問題，解決重點和難點，促進學生知識的內化和升華。

翻轉課堂的翻轉有兩個含義：首先它改變了傳統教學模式中知識講授與做作業的次序，由傳統教學的“教師課堂講授，學生回家做作業”，變為“學生在家看教師視頻講解，做作業，回到課堂解決問題”;其次，它改變了傳統課堂教學中師生的角色，教師從傳統課堂中的知識傳授者變成了學習的促進者和指導者，學生由被動的接受者變成了自定步調的學習者，他們可以選擇學習時間、學習地點，可以控制學習內容、學習量，學生的學習變得更主動。師生之間可以進行更深層次的交流，以擴展和創造深度的知識。[1]

美國富蘭克林學院數學與計算科學專業的Robert Talbert教授總結出的翻轉課堂教學模式如下頁圖所示。

● “數據結構”課程

數據結構是計算機類專業的一門專業基礎課程，在計算機專業的課程體系中處于核心地位，是計算機專業考研的必考科目。數據結構是一門公認的難教難學的課程，其難點表現在以下幾個方面：①知識點多，文獻[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、函數（算法）138個，雖然這些概念和算法在教學時不會要求學生全部掌握，但即使以80%的量來計算，知識量和難度也是相當大的。②抽象性、理論性強，教學難度大。③數據結構是一門實踐性很強的課程，要求學生理解算法進而設計算法，它一般以C語言作為編程語言。而大多數學生的先行課基礎不夠扎實，他們對C語言中的函數、數組、指針、結構體等較難掌握的部分，大部分掌握得不好，算法的理解、實現難度較大，一旦程序出錯，學生調試能力欠缺，出現畏難情緒，很容易放棄。

數據結構任課教師一直在探索提高課程教學質量的方法，從教材建設、資源建設、實驗方案、教學方法等各方面著手，提出了各種策略來提高數據結構教學質量，僅從教學方法來說，就有項目教學法[3]、案例教學法[4]、行為導向教學法[5]、任務驅動教學法[6]等。近年來，翻轉課堂教學模式逐漸受到教育界的關注，有教師在數據結構課堂上進行了翻轉課堂教學模式的探索[7]，提出了數據結構課堂采用翻轉課堂教學模式的實施方案。

● “數據結構”課程翻轉課堂教學模式的實踐

“數據結構”課程的教學內容，可以看作是運用計算機通過編程解決問題展開的討論，研究問題中操作對象的邏輯結構，研究如何存儲這些操作對象及其邏輯結構（存儲結構），研究解決問題的算法。大學教育不僅要求學生學習知識、掌握技能，更重要的是培養學生的自學能力、協作精神，因此，翻轉課堂教學模式非常適合在數據結構課堂教學中進行。

1.教學實踐

按照左圖所示的翻轉課堂教學模型，筆者在計算機專業的兩個班進行了翻轉課堂教學實踐，具體過程如下。

（1）準備學習資源。主要是錄制微課視頻，設計課前作業，并上傳到網上。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，以增加親切感。課前作業每次約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層次，其中基本概念和術語屬于較簡單的題，一些簡單計算和應用題屬于難度一般的題型，如二叉樹的遍歷、圖的遍歷，一些計算和應用題如恢復二叉樹、哈夫曼編碼、二分查找、排序的中間過程等題目屬于較難的題目，教師根據經驗，將各難度題目比例一般控制在5∶3∶2。學校使用的是泛雅網絡教學平臺，學生能在臺式機和手機上看視頻、做作業。作業完成的截止時間為下次上課前的10個小時左右。

（2）布置學習任務。在上一堂課下課前，教師用5分鐘時間向學生說明下節課要學習的內容，要求學生通過看視頻、教材、網上教學資源等完成作業，記下學習過程中遇到的問題以備下節課提問。

（3）作業截止后，上課前，教師查看學生作業的完成情況，進行統計分析，修正設計的問題。

（4）課堂上，首先對本節課的知識點進行回顧，然后針對作業中的習題進行分析，對難度較大、回答正確率較低的題，要進行重點分析。由學生提出問題，師生討論，解決問題。如果學生沒有問題，教師就提出問題，讓學生思考、回答。最后進行總結。

2.實施效果

筆者在“數據結構”課程的樹和二叉樹、圖、查找、排序等多個章節實施了翻轉課堂教學模式，從實施效果看，課前作業上交率達95%以上，平均分達75分以上，作業中的基本概念題正確率平均達到90%以上，說明大部分學生能夠按照要求進行自學，并完成了作業?；靖拍畹膶W習難度不大，學生通過自學完全能夠掌握，而計算、應用、算法類的題目，如恢復二叉樹、構造哈夫曼樹、最短路徑等知識點的題目正確率相對較低，平均只有30%左右，與出題時的預期相符，說明這些知識點對學生來說有一定難度。

從實施效果看，課堂上學生發言、提問的次數明顯增多，課堂氣氛也比傳統教學活躍。對比實驗學期與上學期期末考試成績，學生的考試成績比往年提高10%左右，最低分由原來的20多分提高到40多分，最高分變化不大。

● 總結與思考

目前，大部分高校建立了自己的網絡教學平臺，為翻轉課堂的實施創造了有利條件。其中，觀看教學視頻和練習都可以在網絡上進行，并且網上有統計功能，教師能夠很快了解學生對知識的掌握情況，有針對性地安排教學內容。

但是，采用翻轉課堂教學模式，教師的工作量比采用傳統教學方式增加了許多，主要體現在課前視頻錄制和課前作業的設計上。教師提供給學生的視頻一定要短小精悍，而且需要精心設計，另外，還要精心設計課前作業題，力圖發現學生學習過程中的問題，從各個方面考查學生對知識的掌握程度。

一個學期，通過若干個課時的翻轉課堂教學嘗試，回頭看，筆者發現還存在很多不足。例如，視頻需要進一步設計，不能只是簡單的課堂講授搬家，應加入動畫等元素，以提高學生興趣，降低學習難度。課前作業的設計還需更精細，最好能準確反映學生的學習瓶頸在哪里。此外，筆者主要在“數據結構”課程的理論教學中采用了翻轉課堂教學模式，未在數據結構的實驗教學中實施，在今后的教學中還需不斷研究、探索。

參考文獻：

[1]張金磊，王穎，張寶輝.翻轉課堂教學模式研究[J].遠程教育雜志，2012（04）：46-51.

[2]嚴蔚敏，吳偉民.數據結構（C語言版）[M].北京：清華大學出版社，2014：322-333.

[3]譚小蘭，鄧作杰.“六步走”項目教學法在數據結構課程中的教學試驗與分析[J].湖南工程學院學報，2013，23（04）：111-113.

[4]宗瑜，金萍.案例教學法與《數據結構》教學改革[J].皖西學院學報，2009，25（02）：30-31+120.

[5]郭丹.行為導向教學法在數據結構課程中的應用[J].通化師范學院學報：自然科學，2014，35（02）：67-68.

[6]冉燕輝，唐萬梅.任務驅動教學模式在數據結構課程設計中的應用探究[J].計算機科學，2013，40（11A）：389-391.

[7]劉小晶，鐘琦，張劍平.翻轉課堂模式在“數據結構”課程教學中的應用研究[J].中國電化教育，2014（08）：105-110.

作者簡介：孫陸鵬（1970.3—），男，河南省鞏義市人，講師，碩士，研究方向為教育信息化、計算機應用。

基金項目：2018年度鄭州師范學院教學改革研究一般項目“數據結構課程基于精品在線資源的翻轉課堂教學改革與實踐”（項目編號：2018-ZSJGYB-020）;2019年度河南省教育廳教師教育課程改革項目“基于項目學習的師范生信息技術教學能力培養模式探究 ”（項目編號：2019-JSJYYB-128）。