数据结构课程翻转课堂教学模式的设计与实践

初晓 冷泽 王泽龙 刁春予

【摘要】本文通过对数据结构课程的特点和翻转课堂教学模式的研究，针对数据结构课程中有代表性的知识点进行了翻转教学模式的原型构建，设计了翻转教学的实施方案，并应用于计算机专业本科二年级的数据结构教学中，研究结果表明翻转课堂教学模式能激发学生的学习兴趣，有助于培养学生自主学习的能力，使其更好地掌握数据结构课程内容。

【关键词】翻转课堂 数据结构 教学设计

【基金项目】吉林省教育科学“十三五”规划2017年度重点课题-“SPOC+翻转课堂”教学模式设计与应用研究——以计算机专业课程为例（编号：ZD17205）；长春财经学院教学改革与建设工程项目（NO.20160108）。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）01-0244-01

1.翻转课堂概述

翻转课堂秉持“以学生为主”的教学理念，有效地避免了传统教学的强制性和依赖性，增加了学生的成就感，激发了学生的学习兴趣，很大程度的提高了课堂教学质量。翻转课堂教学模式比较传统教学模式有如下优势：

1）翻转课堂教学模式有利于自主学习和分级教学。实施翻转课堂教学模式后，学生可以按照自己的步调来学习，自主掌控学习进度，充分实现分级教学，同时使学习变得更为灵活自由。

2）翻转课堂教学模式有利于推动应用型人才培养。翻转课堂教学模式中的课前自学、小组讨论、角色互换、分级教学等环节均体现了应用型人才培养的理念，势必大力推动具有综合素质的应用型人才的培养。

3）翻转课堂教学模式有利于教学效果提高。翻转课堂教学模式是一种高效利用互联网技术和学生课余时间、提高有限课堂教学效果、调动学生自学兴趣、培养学生创新思维与信息素养的全新教学模式。

2.数据结构课程教学现状

数据结构课程是计算机及相关专业的专业基础课，它研究数据在计算机中的组织、存储和处理方法。该课程要求学生掌握各种主要数据结构的特点、计算机内的表示方法，以及处理数据的算法实现，同时掌握初步的算法分析技术。

目前数据结构的教学方式大多以讲授式为主，课上传授知识，课下进行练习和作业。这种教学方式存在如下问题：

1）不能充分体现学生的主体地位，课堂教学仍以教师为主体，学生别动学习，不能发挥学生自主学习的主观能动性。

2）数据结构要求有一定的程序设计能力，学生虽然理解了算法思想，但不能对算法进行真正的实现。

3）教师统一在课堂授课，忽视了学生间的差异性，无法实现因材施教，造成有些学生觉得听不懂，有些学生又觉得不够深入的极端情况。

因此，寻找一种新的教学模式和方法，调动学生学习兴趣，扩展学生的学习深度，切实提高教学效果已成为数据结构课程教学中亟待解决的问题。

3.数据结构翻转课堂模式的教学环节

1）前期分析环节：建设在线学习资源库

前期分析環节块中设置了学习者分析、教学目标设计、教学内容设计和教学环境设计，通过这四方面的设计与分析开发出在线学习资料（SPOC视频、文档材料、PPT等），以便学生更好的进行课前学习打下基础。

2）课前环节：学生线上自主学习

包括学生自主观看教学视频，完成对基础知识的学习，进行有针对性的课前练习，以及遇到问题时与同学、老师进行交流。

3）课中环节：实体课堂教学

本环节主要包括创设情景、确定问题；分析问题、自主探究；小组协作、师生共探；成果交流以及教师小结和反馈。

4）课后环节：反思与提高

本环节设置了知识巩固、评价反思和拓展提高三内容。知识巩固指学生需要定时定量的完成教师布置的测试题目；评价反思指教师针对学生表现对学生进行评价，并反思教学过程的优越性及不足；拓展提高指学生根据自身能力及爱好，有选择性的进行拓展学习。

4.数据结构翻转课堂模式的教学设计

1）教学内容的选取

《数据结构》课程主要包括五大知识模块：基础知识、线性结构、树型结构、图结构、查找与排序。根据各知识模块的特点，结合翻转课堂教学模式的环节设置，本文针对如下教学内容实施“翻转课堂”教学改革。

①线性表—设计可行的通讯录管理系统的数据模型及基本操作。②栈、队列—设计可行的通道停车场问题解决方案。③哈弗曼树—分组设计一段报文的哈弗曼编码，并交换解码。④最短路径—设计模拟交通路线图系统系统模型。⑤气泡排序法—设计跳水比赛评分系统。

2）教学实施环节实例

本文以线性表实验设计为例，本案例主要针对顺序表、单链表的存储特点，引导学生将理论知识与实际应用相结合，培养学生的问题分析能力、团队合作能力、程序设计能力及表达能力。

①线上环节：将顺序表、单链表基本操作（构造、插入、删除、查找、输出）的C++算法实现以微视频的方式提供给学生自主学习，同时提供对应的代码填空试题，学生通过上机调试来巩固学习内容。线上学习环节需要学生提交实验可运行代码和测试数据。

②课堂环节：通过解决实际应用问题，对学生综合能力进行训练。实施方法是问题提出→小组讨论→撰写系统分析与设计报告→提交作品。

先由教师提出“通讯录系统设计”的具体要求；然后将学生进行分组（6人一组），要求学生在30分钟内完成分析问题、建模、讨论问题的解决方案，并由1名成员负责撰写系统分析及设计报告，其余同学分模块完成“通讯录系统”的各个功能。最终要求提交完整的系统设计方案及可运行代码。

3）教学评价环节设计方案

理论翻转课堂评价：主要从学生个人表现、各小组成果等方面对学生进行评价。重视评价的全面性和公平性。评价应根据测验的成绩、回答问题情况、小组探究的表现、课堂独立解决问题的情况、团队合作情况、成果展示、语言表达、创新意识等方面进行。

实验翻转课堂评价：主要依据学生的实验报告质量、小组协作情况、设计系统质量、成果汇报情况等方面进行。其中实验报告中需包含设计方案描述、代码实现、结果截图、成员分工、实验心得等内容。

5.实践效果分析

通过对计算机专业16级两个行政班级的试行，考核结果表明将翻转教学模式应用于数据结构课程有助于学生自主学习能力的培养、质疑能力的提高、参与度的提升和团队意识的培养。

6.总结

翻转课堂模式在应用型院校中才刚刚起步，相关教育工作者正在进行积极的探索与尝试，本文仅以数据结构课程为例进行了简单的改革和实践，在后续的教学过程中，还需进一步总结与完善，以求最大限度的发挥翻转课堂教学模式的优势与作用。