基于智能云的《数据结构》翻转课堂教学实践

邓曦辉，常文萃

（晋中学院信息技术与工程学院，晋中030619）

0 引言

随着新理念和新技术的不断涌现，信息技术与课程教学的整合日渐深入，其中翻转课堂掀起了国内外教育改革的新浪潮，为教学模式的改革提供了新的思路[1]。

智能手机是人们随身携带的必备工具。然而，因为自控能力差，在课堂上玩游戏、看视频的学生比比皆是。我们很难控制学生不带手机走进课堂，那么如何因势利导把学生手中的智能手机变成学习工具，让手机服务于课程教学，是值得每一个教育者深思并解决的问题。

蓝墨云班课是国内一款免费课堂互动教学App，它基于移动互联网，实现教师与学生之间的即时互动、资源推送和作业任务。这款融入人工智能技术的教学工具，有完善的激励与评价体系，可以激发学生在移动设备上进行自主学习。

笔者以蓝墨云班课为网络教学平台，将手机作为课上课下必备工具，对《数据结构》课程进行了翻转课堂教学模式的教学改革与实践，对提高课程教学效率和质量具有积极意义。

1 《数据结构》的教学现状

《数据结构》是计算机科学的一门专业基础主干课程，主要研究非数值计算的程序设计问题中计算机的操作对象以及它们之间的关系和操作等。该课程的教学目标是让学生学会分析计算机所处理数据的结构特性，以便能为应用选择适当的逻辑结构、存储结构，设计相应的算法，并初步掌握算法的时间分析和空间分析技术[2]。

传统的以讲授为主的《数据结构》教学模式，忽视了学生的差异和个性化需求，从而影响了学生的学习积极性；学生是知识的被动接受者，课堂活动缺失，抑制了学生的自主学习、独立思考和探索创新能力的发展；讲授时间偏长，易造成学生注意力分散，影响学习效果，阻碍学生对知识的自主建构[3]。

2 翻转课堂教学模式

翻转课堂是由Baker 于2000 年提出的[4]，在该模式中，教师提供以教学微视频为主要形式的学习资源，学生在课外时间完成对新知识的自主学习，从而实现知识传授。而在课堂上，教师负责组织学生对课下学习的知识进行解答疑惑、开展协作探究和互动交流等活动，进一步实现知识内化。翻转课堂将传统课堂中的知识传授和知识内化过程颠倒，整个教学过程以学生为主教师为辅，将学生的学习活动由课中拓展到课前和课后。课前，学生自主规划学习时间、学习地点和学习方式，课中，学生能够更专注于问题的解决，从而对知识获得更深层次的理解。教师则采用引导、协作、个别辅导等方式来满足学生的需要，促成学生的个性化学习。近几年，翻转课堂在国内外得到越来越多的关注，也得到了较好的应用[5]。

根据《数据结构》课程特点，依托移动网络教学平台，利用翻转课堂这一教育创新理念对课程教学模式进行改革以弥补传统教学模式的不足就成为我们关注的课题。

3 翻转课堂在《数据结构》课程中的教学实践

美国富兰克林学院数学与计算科学专业教授Robert Talbert 在很多课程中应用了翻转课堂教学模式，并取得了良好的教学效果。Robert Talbert 总结出翻转课堂的实施结构模型，模型分课前和课中，课前的主要环节是观看教学视频和针对性的课前练习；课中则有快速少量的测评，解决问题，促进知识内化和总结反馈三个主要环节[6]。该模型对翻转课堂实施的很多方面没有详细描述。

笔者以学生和教师共同发展为目的，根据翻转课堂的内涵和系统化教学设计理论，同时结合我校学生和《数据结构》课程教学特点，提出了一套对《数据结构》采用翻转课堂教学模式的详细实施方案。整个方案分课前、课中和课后三个阶段。

3.1 课前实施方案

课前是实现知识传授过程的主要阶段，其实施方案、实施过程以及过程中角色分配如图1 所示。

图1 课前实施方案图

教师的主要任务是资源开发，录制视频、整理在线测试题或思考题、设计课前导学案作为学生自主学习的向导等，并将这些教学资源发布于网络教学平台。

（1）教师对教学内容划分出一级知识点和相对独立的二级知识点，对每个二级知识点录制10 分钟左右的教学视频。

（2）教师以2 至4 个知识点为单位设计数量不多于10 个的在线测试题目，或设计1 至2 个思考题。

（3）教师在网络教学平台上发起在线讨论活动。

（4）教师设计课前导学案，在导学案中说明一段时间（通常为一周）内学生的学习目标、课前自主学习步骤：即阅读哪部分教材内容、观看哪些视频、参与哪几个活动，甚至对有能力的学生进行知识拓展建议。

以一级知识点二叉树为例，笔者对课前资源的开发情况如表1 所示。

表1 二叉树课前资源

学生通过网络教学平台，依据教师发布的课前导学案进行自主学习。基础好的学生可以直接进行在线测试，带着问题去学习；基础差的学生可以重复观看教学视频后进行在线测试。学生在观看视频和在线测试环节中，随时可以在教师发起的在线讨论活动中提出自己对新知识的疑问，学生可以相互解答这些疑问。

另外，教师随时可以通过网络教学平台了解学生的课前学习情况，对没有及时课前学习的学生进行提醒；鼓励学生互相解答疑问，解答学生无法解决的个别疑问，梳理学生对新知识的共性疑问；查看学生在线测试的答题情况，找出学生答题较差的测试题并分析其原因等。

最后，教师根据网络教学平台上学生课前学习的反馈信息，设计课中活动的具体内容和组织形式，为课中知识内化环节而作准备。

3.2 课中实施方案

课中是教师组织活动，学生参与活动，是学生展示交流、协作讨论、解疑释问和完成作业等充分实现知识内化的过程，具体实施方案如图2 所示。

图2 课中活动实施方案图

课中活动主要有两种形式：教师与学生面对面组织的活动和教师在网络平台上发起，学生通过网络平台参与的活动。

教师与学生面对面组织的活动：教师首先介绍本节课程的教学内容和教学目标，然后对学生自主学习过程中产生的共性疑难问题进行讲解。接下来，按照难易程度逐个实施教师预先设计好的课堂教学活动。对于只需要识记的概念性知识点，教师直接组织学生完成作业，对完成作业有困难的学生可以进行一对一辅导。对于需要理解和应用的知识点，教师可归纳出几个关键性问题，组织学生进行小组讨论，小组讨论结束后由小组代表发言，进行关键问题解决方案的成果汇报，教师对学生汇报中存在的问题进行讲解。

小组讨论的组织方式：学生由5 人左右组成一个讨论小组，选出一名学生任组长，每个小组起一个独具特色的名字。组长负责组织协调小组成员的讨论，并在小组讨论结束后推荐代表发言。小组成员积极交流对问题的认识和想法，形成组内共识。

学生通过网络教学平台参与教师发起的活动：如完成作业、随堂测试、调查问卷和签到等。蓝墨云班课中的签到有3 种方式：一键签到、手势签到和手工登记，简单快捷方便，通常一个班的签到可以在1 分钟甚至更短的时间内完成。蓝墨云班课中的头脑风暴活动是学生背对背答题的一种方式，答题过程中学生之间无法看到对方的答题内容，在活动结束后，可以浏览所有学生的答题情况。

一级知识点二叉树的授课计划是4 个学时，分为两次课。笔者把二叉树的定义、性质和存储结构安排在第1 次课，二叉树的遍历和应用安排在第2 次课。二叉树第1 次课的活动组织情况如表2 所示，其中解答疑问采取的授课方法是启发式教学和多媒体演示。

表2 二叉树第1 次课的活动组织情况

3.3 课后实施方案

课后的实施方案如图3 所示。教师在网络教学平台上完成课中阶段的善后工作：如批改学生的作业；针对学生掌握不太好的知识点发布新任务；统计分析学生的阶段性学习情况，从而发现后进生，重点对象重点关注，可以选择适当时机进行个别谈话，了解他们对学习不积极的深层原因，及时改变他们的学习态度，从而提高学习主动性。教师还可以针对课中活动的组织开展情况，进行教学反思、教学小结，以促进后续教学工作的改进。

学生在课后的主要任务是查缺补漏，对掌握不好的知识回看视频，重做在线测试题，查看答疑讨论信息等。

图3 课后实施方案图

4 结语

对其校计算机专业2015 级和2016 级的学生分成两部分，一部分作为实验班，实施了翻转课堂模式的《数据结构》教学，另一部分作为对照班，实施传统的《数据结构》教学模式。通过对比实验班和对照班的期末考试成绩，实验班的成绩分布都更趋于合理，2015 级和2016 级实验班的平均分分别比对照班高出8.3 分和7.6 分，优秀率分别高出12.1%和11.3%，及格率分别高出11.4%和9.3%。

实施翻转课堂教学模式，活跃了课堂气氛，加强了学生的参与度，带来了课堂的高效性；大幅度增加了课上课下的互动时间，带来了师生和生生的深度互动性；激发了学生的学习兴趣，带来了学生学习的主动性；学生可自定学习步调，实现了学生学习的个性化；有充裕的时间培养合作学习、探究学习等，提高了学生协作沟通、创新等能力的培养；网络教学平台记录了所有学生学习的全部信息，实现了课程考核的过程化。

在教学改革的大浪潮中，笔者为高校课程的翻转课堂教学模式改革提供了可以借鉴的实施方案。今后，笔者还将继续探索和研究翻转课堂模式的合理运用，并向其他课程推广。