基于翻转课堂的数据结构教学模式的研究与实践

董亚则 王涛 王国春 王璐

摘要：随着“互联网+教育”的不断推进，翻转课堂教育模式的优势更加明显。本文针对数据结构教学过程中存在的有效学习时间不足、知识内化困难、课堂教学设计不合理、缺乏及时有效的学习反馈等问题，提出基于翻转课堂的数据结构教学模式，以期通过课前、课中、课后整体教学设计，扩充有效学习时间，提高知识内化次数和深度，培养学生实践和应用能力，通过及时有效的学习评价提高学习动力，进而达到良好的教学效果。

关键词：翻转课堂；快课；交互式微课；学习跟踪；整体评价

引言

在信息技术飞速发展的今天，互联网技术、新一代人工智能、大数据技术与教育教学相互融合，改变了人们获取知识和提升技术的途径。“互联网+、MOOC和SPOC”等教学手段的出现，改变了传统的课程教学模式。在“互联网+教育”不断推进过程中，翻转课堂教学模式的优势更明显，这一模式为师生在课内解答疑惑提供更多时间，在教师引领下快速而深入地进行知识内化与应用，便于教师个性化教学的开展，有利于学生创新能力的提高和个性化发展，为数据结构课程教学中存在的问题提供一个解决思路。数据结构做为计算机及相关专业的核心基础课，在计算机专业教学中占有重要的地位，因学习人数多往往是大班授课，课程本身由于其理论性强、内容抽象等原因被誉为难学课，又是理论联系实际、实操性较强的课程，教学效果往往很难达到要求。究其根源，主要有学生有效的学习时间少，教师只是知识的传授者，困难的知识内化过程更多由学生独立完成。本文通过课前、课中、课后揉为一体的整体教学设计，旨在充分扩充学习者的有效学习时间，将传达性知识以微课形式在课前完成，附加合理的学习评价和跟踪。通过学习平台的学习评价、学习信息跟踪、论坛等方式，让教师与更多的学习者进行更多行之有效的交流，并更全面、更准确地把握学习者的学习状态、学习程度等，为课中个性化教学提供依据，同时为课中留有更多的时间进行重点强化、難点分析，理论与实际结合，在课后通过在线测评系统实现实操性训练，进而解决数据结构课程教学中存在的问题。

一、数据结构教学模式设计

翻转课堂这一新型的教学模式，将传统教学模式中“课内知识传授”与“课外知识内化”翻转，变为学生课前看教师录制的视频讲解来获取知识，课上在教师指导下实验、探讨内化知识，这一形式为师与生在课内解答疑惑提供更多时间，将困难且重要的知识内化、在教师的引领下快速、深入地应用所学知识。本文根据翻转课堂的教学模式和理念，剖析数据结构课程特点，结合学院的办学定位和人才培养方案的要求，充分利用学习资源与评价平台，将微课的教学设计融入到整体教学设计中，设计了如图1所示的教学模型。

该教学模式具有如下特点：

1.充分利用网络平台。

2.以知识点为单位将教学内容分隔。

3.将课前、课中、课后揉为一个整体。

4.整合并充分利用学习评价。

二、交互式微课设计

1.交互式微课的设计理念

本文根据数据结构课程的特点，基于“知识脉冲”教育形式设计数据结构交互式微课，用于辅助数据结构课程教学活动。在设计过程中遵循技术与内容的统一、画面和内容的统一、情感和内容的统一、情节和内容的统一、线上和线下的统一这5个统一原则。融合新媒体、新技术、新教育的数据结构微课，使课程教学更智能更吸引眼球。

2.交互式微课的设计技术

由于学生的个性化发展，仍采用一程不变的教学方案，是无法达到预期效果的，随着课程的进行，随着学习者不断涌现的问题，需要教师不断丰富教学方案。在不断变化的教学方案中，必然涉及到课前微课的重新录制，这就要求教师具有随时录制微课的能力，而制作成本高、技术难度大，耗时长的录制方法是行不通的。因此本文提倡一种教师上手快的交互式微课录制技术“快课”。“快课”是一种以模板套件为基础来设计和开发教学课件的技术，具有操作简单、技术要求低、开发周期短等特点。快课制作软件很多，目前比较流行的有Adobe Captivate、Articulate、CourseLab、Lectora、ToolBook等。快课主要技术包括课件发布和呈现、测试与反馈方式、课件模板功能以及人机互动等。软件不同，发布格式有所差异，发布方式有SWF形式、本地、CD-ROM形式、E-Mail形式、HTML5形式等。快课软件有测试反馈信息功能，可以反馈学习者的分数、学习证书、时间限制、答题准确率以及发送测试结果等。

现将在交互式微课制作中使用的主要快课软件介绍如下：

（1）语言合成

娓娓动听的语音旁白也是提高学习者兴趣的有效方法，但对朗读配音人员的普通话水平和朗读技能要求较高。利用文本生成语音技术生成课件的语音旁白，并与动画助教人物相结合，可以到达良好的效果。

（2）动漫助教设计软件

在微课制作中，很多教师为真人出镜录制而为难，一程不变的录屏，在微课中缺少吸引眼球的表现形式，对学习者来说也是痛苦的学习过程。动漫形象一直深受人们喜爱，在微课制作中，适当的动漫出镜讲解也是不错的选择。

（3）授课视频

授课视频的录入方式有很多，本文选择了视频抠像与编辑软件Adobe Ultra和3D动画场景设计软件iClone。

（4）整合设计

Adobe Presenter和Captivate是技术门槛较低的课件设计工具，是基于PPT进行交换式的设计，上手简单且制作效率高。

三、基于学习资源的综合评价平台的设计

翻转课堂的实现离不开资源平台，而资源平台的数据组织方式对使用效果有着较大的影响。同时，合理的评价体制是推动学习者有效学习的重要保障，而翻转课堂的评价体制应与传统课堂的评价体制有所不同，不仅需要注重对学习结果的评价，更应注重学习过程的评价。微课作为翻转课堂知识传播的主要学习途径，其学习效果的评价必将是过程性评价非常重要的组成部分，需融入课程整体评价中。为此本文提出制作交互式微课，在观看微课过程中进行的评价，将其作为过程评价的一部分。基于以上观点本文设计了基于学习资源的课程学习评价平台，图2为该平台的系统结构。

数据结构课程学习评价平台以知识点为核心进行各类资源的组织，主要完成资源管理、信息跟踪、信息统计与分析3类功能。通过信息跟踪、统计与分析，为学习者提供及时的学习评价与反馈，推动学习积极有效的进行。同时为教师呈现学习者的学习态度和知识点掌握程度，为教学方案的制定和个性化教学提供依据。现将主要功能描述如下：

1.学习资源管理

资源主要分成微课资源、试题资源、輔助学习资源、论坛资源4类。其中微课资源和试题资源是由教师制作并发布的，而辅助学习资源和论坛可由教师和学习者两类用户进行访问与发布。各类资源进行发布时需要根据资源涉及的知识点进行有选择的发布，只有按知识点发布方能进行后续的信息统计与分析。

2.学习者平台访问信息跟踪

信息跟踪主要对在线时间、观看微课的时间、辅助学习资源的贡献量、论坛访问量的跟踪。信息跟踪主要目的是督促和推动学习者积极学习，同时教师可了解学习者的学习态度，对于教学方案的制定和个性化教学提供依据。

3.测试统计与分析

测试统计与分析是对测试数据的统计和对知识点掌握情况进行分析。测试统计包括线上所有的测试以及教师线下进行的测试成绩统计。线下测试需要教师试后批改并录入到平台上，方可参与最终的测试数据统计。线上测试包括微课视频中的交互式测试、观看微课后的效果评价测试、教师组织的线上测试等。线上的试题资源也是围绕知识点进行组织，便于通过学习者试题作答情况给出知识点掌握情况分析，并可以从一个知识点掌握情况、题目作答情况、每个题目具体作答情况、一名学习者知识点掌握情况、一名学习者答题情况等多维度进行统计与分析。为教学设计提供更全面的数据分析，为更充分地进行个性化教学提供依据。

四、学习效果评价

根据基于翻转课堂的数据结构教学模式，在2016级数据结构教学中，将应用技术专业的6个行政班分为2个教学班，分别采用传统的教学模式和基于翻转课堂的教学模式，讲授王红梅老师编著的《数据结构——从概念到c实现》的前4章后，进行线性部分阶段考试，通过测试成绩（图3所示）可以看出基于翻转课堂教学模式的有效性。后通过调查问卷方式对2个教学班的课外学习时间进行对比（图4所示），可见基于翻转课堂教学模式有效的推动学生学习。

五、结语

基于对翻转课堂的数据结构教学模式的探索与实践，在深入研究了数据结构课程在教学中存在的问题后，研究得出将知识点中传达性学习内容以微课形式在课前讲授，将有限的课中时间进行知识内化，这样的教学模式扩充了教学时间，提高知识内化次数与深度。在教学模式实施中充分利用网络平台，通过跟踪学习者的访问数据制定教学计划。同时教师可以了解学习者的学习态度；通过及时的学习评价，提高学习者的学习动力；通过学习评价的统计与分析，为教师提供个性化教学依据。将此教学模式在数据结构教学中应用发现学习者的学习时间有明显增多，测试成绩有所提高，验证了这一教学模式的可行性。但在由于其教学经验不足，对学习者的认知能力掌握不透，平台对有效学习的跟踪、测试数据存在不真实，对知识点划分存在偏差等问题都将影响教学效果，在之后的探索和实施中有待进一步研究。