数据结构课程中的翻转课堂教学模式研究

渠慎明 刘珊 王青博 梁胜彬

摘 要： 针对数据结构课程知识点多且独立、概念相对抽象、实验复杂等特点，提出注重学生自主学习，加强师生互动，利于学生长远发展的数据结构课程翻转课堂教学改革，构建系统、全面、易理解的数据结构知识体系，培养学生创新能力和动手能力。教学实践结果表明，该教学模式激发了学生的学习兴趣，提高了学生自主学习能力，学生更容易理解和接受课程内容。

关键词： 翻转课堂； 数据结构； 线上课堂； 实验教学

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2018）09-66-03

Abstract： In view of the characteristics of the data structure course， such as multi knowledge and independence， relatively abstract concept and complicated experiment， the paper puts forward the teaching reform of flipped classroom for the data structure course， which pays attention to the independent study of the students， strengthens the interaction between teachers and students， and is beneficial to the long-term development of the students， and constructs a systematic， comprehensive and understandable data structure knowledge system to cultivate students' innovative ability and practical ability. The results of the teaching practice show that the teaching mode has aroused the students' interest in learning， improved the students' self-learning ability， and it is easier for students to learn and accept the knowledge of data structure.

Key words： flipped classroom； data structure； online class； experiment teaching

0 引言

翻转课堂是指重新调整课堂内外的时间，将学习的决定权从教师转移给学生[1-2]。在翻转课堂中，学生自己先在线下学习教师制作好的关于新课的短小视频，然后带着问题回到课堂与教师进行交流讨论，教师为学生答疑解惑，帮助其进一步理解和运用知识[3-4]。这其实是先让学生内化知识，然后教师再进行知识传授，充分发挥学生学习的主体性，将学习的自主权放到学生手中。

数据结构是一门研究非数值计算的程序设计问题中计算机的操作对象（数据元素）以及它们之间的关系和运算等的学科[5]。不仅是一般程序设计（特别是非数值计算的程序设计）的基础，而且是设计和实现编译程序、操作系统、数据库系统，以及其他系统程序和大型应用程序的重要基础，所以说学习好数据结构这门课程是相当重要的[6]。

数据结构课程学起来并不轻松，主要存在以下四个问题。①学生应具备C语言程序设计、离散数学、线性代数知识的基礎，但老师往往默认学生已经掌握了这些知识，忽视对相关概念的复习。②概念抽象难懂，算法理解起来困难，如最短路径、最小生成树等。③学生的基础水平和掌握程度差异较大，再加上不少学生在课堂上不能积极提出自己的问题，而传统的教学模式不能顾及到每一个学生的接受情况。④部分学生不能将知识与代码联系在一起，死啃书本，缺乏实践，动手能力差。

为了解决上述问题，我们研究了翻转课堂在数据结构课程中的教学模式。学生通过线上课堂选择观看先导课程知识视频后观看相关章节视频，完成对应自测题；教师通过视频和自测题完成情况组织线下课堂教学，帮助学生更好的知识内化；另外在线下组织实验案例教学，让知识具体化为实践技能。

1 课程设置

1.1 选用教材

课程采用由严蔚敏、李冬梅、吴伟民编著的《数据结构（c语言版）》。本书贴近当前普通高等院校“数据结构”课程的现状和发展趋势，符合最新大学生考试大纲，内容难度适度，突出实用性和应用性。《数据结构（c语言版）》可作为普通高等院校计算机和信息技术相关专业“数据结构”课程的教材使用。

1.2 线上课堂

在传统教学课堂上，即使教师讲课很精彩，学生也很容易忘记上一课堂的主要内容[7]。我们将数据结构的基础知识点和相关先导课程知识点进行讲课视频录制，每个视频对应一个知识点，供学生随时、反复学习以及复习。我们根据具体内容设计时长一般为5～20分钟，学生可以最大程度的记忆理解视频内容。教师根据课程进度，提前布置课前视频观看的任务，学生在课前先进行线上自主学习。线上视频采用的是基础讲解形式，用简短生动的语言以及例子来讲解，学生观看时容易掌握。每一个视频都针对一个特定的问题，有较强的针对性，查找起来也比较方便。视频分为两部分。第一部分是关于数据结构的C语言程序设计、离散数学、线性代数相关基础知识，学生根据自身需要，观看这一部分视频；第二部分是数据结构各个知识点的相关视频，每一位学生都需要认真观看这一部分视频，根据视频中所涉及的知识点，设计1～3个与该知识点相关的自测题，学生完成每个视频相对应的自测题，自测题的正确率计入最后成绩考核，老师可以随时看到学生的自测情况，然后根据需要着重针对学生的难点进行线下指导。

1.3 线下课堂

在传统教学模式中，师生之间互动不足，老师向学生灌输知识，不利于培养学生学习的积极性；在传统课堂上学生不能很好的向老师积极反映自己所遇到的问题，老师不能精确掌握学生接受知识的进度，不利于培养学生学习的主动性；线上视频学习平台提供的视频是基础的讲解，不能把知识和问题全方面的延伸和扩展。于是，在翻转课堂线下课堂教学中，老师注重把课堂的主动权交给学生，形成师生之间、小组之间积极地互动，调动学生学习的积极性；老师可以根据师生之间的互动情况和学生自测情况照顾到更多的学生，根据学生接受知识的实际情况，帮助学生解决遇到的难点问题，引导学生努力解决困惑，帮助学生培养学习的主动性。老师还需要讲解视频中没有提到的相关知识的重点难点，延伸和扩展相关知识点，帮助学生深层次、多角度的学习知识。这样的课堂教学，可以使学生更好地理解课程学习的内容，建立完整的知识体系。

1.4 实验教学

仅有理论知识的学习是远远不够的，还应多做一些上机练习来帮助加深对知识的理解。实验能帮助学生应用所学的知识和方法解决实际工程问题，理解概念和定义，使学生学会如何把书本上学到的知识用于解决实际问题[8-9]。因此，实验课是学生学习数据结构的重要环节，是将理论知识转化为实践的重要工具。

学生通过线上加线下的理论学习，充分调动了学生学习的积极性和主动性，加强了师生之间的互动。这在接下来的实验教学过程中非常重要。我们可以把翻转课堂的主要思想引入到实验教学，革新原有的实验教学模式，创造一个新型的实验教学课堂。

老师实验准备 老师根据实验课程安排，将实验内容、实验要求、实验中的重点和难点等传到线上，对实验中较难理解的部分可提供详细的操作提示。

学生课前预习 学生通过线上学习，设计实验方案，对于自己不理解的部分可以和同学讨论或者查阅相关资料。

课堂互动 将学生进行分组，让学生之间形成一种互动，互相解决课前预习中遇到的问题。

课堂讲解 老师根据学生的讨论情况，细化实验步骤，着重讲解实验难点。

通过本实验教学模式，学生可以多次、阶段性地接受实验知识，掌握实验要点，激发学生的学习兴趣，提高学生学习的积极性，帮助学生探索实验的各个难点，有利于培养学生独立完成实验的能力。

1.5 考核

因为数据结构的翻转课堂教学是线上和线下相结合的，理论和实践相结合的，所以考核方式也是多维度的。该门课程从平时成绩和期末笔试成绩两个大方面综合考察，各占50%，其中，平时成绩又分为出勤考核，占总成绩的10%，视频观看情况和课后自测题完成情况，占总成绩的20%，以及20%比重的实验成绩。其中视频观看情况是通过学生是否按时完成相应视频观看来评判的，课后自测题完成情况是通过自测题是否按时完成和其正确率来评判的。期末笔试主要考察学生对基本理论和概念的掌握情况，题目重在考察学生对基本原理的理解。

我们在考核成绩中加入了视频观看情况和自测题完成情况，注重线上课堂学生自学情况，调动学生学习的主动性；实验成绩注重考查学生自主学习能力和学习的积极性；期末成绩则是对学生整个学期的学习情况的体现。尽量杜绝学生不注重平时课堂、应付考试、考前临时抱佛脚等现象，采用这样一种综合的考评方法以求尽量公平的反映出每一个学生的真实成绩。

2 实践教学

数据结构翻转课堂教学对象为2016级软件工程专业一班、二班本科生（二年级），共126人。他们已经学习了C语言程序设计、离散数学、线性代数等计算机专业知识，具有一定的程序设计能力。根据学校教学安排，本课程的课堂学时为每周4学时，实验2学时/周，按照本文所述的翻转课堂模式开展数据结构课程。

学期期末，对参与本次翻转课堂探索的学生进行问卷调查发现，学生更喜欢独立自主学习知识，对学习更有兴趣。通过与没有参加翻转课堂实践教学的本专业三班、四班的学生对比，出勤率和实验完成率明显高于后者，期末考试成绩也有所提高。

3 结束语

数据结构是计算机专业知识体系中的重要组成部分，合理的组织教学内容，才能使学生明确学习的方向，提高其学习积极性，从而达到理想的教学成果。通过观看先导课程的视频使学生能够及时预习相关知识，更好的理解数据结构知识；通过讲解各知识点间的联系以及简短生动的视频教学，使概念不再抽象难懂；通过学生线上自主学习和自测练习，让师生在线下课堂形成互动；通过实验教学，理论联系实际，增强了学生的动手能力。把翻转课堂教学模式应用到数据结构课程中，有利于培养学生学习的主动性，有利于提升学生的自主学习和思考的能力，有利于培养创新型人才。当然，翻转课堂在教学实践中还存在一些局限性，比如硬件设施不够完善，课堂互动中的纪律问题等。所以，我们应该在以后的实践中，要解决相关硬件问题，着重管理学生在课堂互动中的纪律。在实践中不断完善并发展翻转课堂教学模式。

参考文献（References）：

[1] 伍大清，阳小华，刘志明等.基于慕课的翻转课堂实战化教学模式构建[J].计算机教育，2015.233（5）：78-80

[2] Daniel S J. Making Sense of MOOCs：Musings in a Maze of Myth， Paradox and Possibility[J]. Open Education Research，2013.2012（3）：18

[3] 朱正东，张小雨，田靖轩等.MOOC混合教学模式及其实施中出现的主要问题与对策[J].计算机教育， 2017.9：94-97

[4] 康叶钦.在线教育的“后MOOC时代”——SPOC解析[J].清华大学教育研究，2014.35（1）：85-93

[5] 严蔚敏，吴伟民.数据结构（C语言版）[M].清华大学出版社，2009.

[6] 施鹏飞.数据结构及其在计算机科学中的作用和地位[J].自然杂志，1986.6：49-54

[7] Donovan M S E， Bransford J D E， Pellegrino J W E. How People Learn： Bridging Research and Practice.[J].Agenda Setting，1999.63：88

[8] 徐曾春，胡平.开放式实验教学与创新性人才培养[J].中国大学教学，2015.10.

[9] 杨玫，李瑛，李祁.计算机类课程翻转课堂应用研究[J].計算机工程与科学，2016.38（a01）：120-123