翻转课堂在《数据结构》实验教学中的应用探索

熊莹，金刚，毛雪松

（1.武汉科技大学计算机科学与技术学院，武汉430065；2.湖北省智能信息处理与实时工业系统湖北省重点实验室，武汉430065；3.武汉科技大学信息与科学技术学院，武汉430081）

0 引言

随着国家推进教育改革的步伐，各高校纷纷将翻转课堂这种先进的教学方式引入到理论教学中，取得了很好的效果[1]。针对有些本科生上实验课主动性有时不高，课上不认真，课下伪造数据，甚至有抄袭其他同学的实验报告的情况[2]，武汉科技大学计算机学院教师考虑是否能将翻转课堂这种教学方式应用到实验教学中去，从而促进学生的学习积极性，改变学生学习内动力不足，学生与教师沟通被动的局面。自2014 年秋季开始，教师将部分实验教学课堂设计成翻转课堂，期望通过先进的教育手段，调动学生们的学习主动性，培养他们的思维能力和探索精神[3-4]，探索“以学生为中心”的实验教学新模式。

1 翻转课堂在《数据结构》课程实验中的初探索

《数据结构》是计算机学院大学二年级必修的基础理论课，由于理论学习周期长，难度大，学生很容易中途跟不上学习进度，滋生敷衍的学习态度。而实验课正是理论学习中的强心针，衔接好了，能利于学生们重拾信心，迎难向前。于是，教师选定《数据结构》课程实验进行翻转课堂教学探索实践。根据学生们面对较难问题时，容易拖延、逃避、滋生敷衍学习态度的特点，教师在《数据结构》实验课的题目中挑选了2 个实验题目：实验E1“一元多项式相加”和实验D1“结合二叉树的二叉排序树设计”，E1 难度一般，D1 难度较大，分别针对2014 年秋季大学二年级软件工程产业计划（简称软产）和信息安全（简称信安）专业进行了翻转课堂教学应用探索。

翻转实验课堂实践的前一周实验课上，教师根据机位划分小组（小组人数设计为6～8 人），分配组任务，并为学生讲解实验的重难点。随后，小组推选组长，组长根据组员意愿和能力进行任务分配，各小组需在课后复习实验程序设计相关的知识点并编写部分代码。翻转课堂设计成小班教学，每班30 人左右。实验翻转课堂上小组演示程序调试时长定为1 学时，成果展示发表1 学时，教师总结10 分钟左右。

本次实验翻转课堂结束后，教师分别统计了参加翻转实验课堂教学探索的实验组和未参加翻转实验课堂教学探索的对照组2 组学生的实验验收通过率。实验验收通过率是教师在实验过程中检验学生实验成绩的重要指标，验收通过率越高，表明这部分知识点学生掌握得越好，教师一般根据学生程序运行情况行和问题回答情况来确定学生此实验是否验收通过。

参加过翻转课堂教学探索的2014 年秋季大学二年级本科生实验组E1、D1 验收通过率如表1 所示。

表1 翻转课堂教学验收通过率

同样的教学条件，没有参加翻转课堂的计算机科学与技术卓越计划(简称计卓越)、网络工程（简称网工）和软件工程（简称软工）专业2015 年秋季大学二年级本科生对照组实验E1、D1 验收通过率如表2 所示。

表2 传统式教学验收通过率

由表1 和表2 的统计数据分析可以得出：实验组和对照组的实验验收通过率与实验难度成反比，实验难度越大，实验验收通过率越低。而且很显然，无论是难度一般的实验E1 还是难度较大的实验D1，对照组，表2 中显示的传统式教学实验验收通过率比实验组，表1 中翻转课堂实验验收通过率的数据值要低很多，特别是难度较大实验D1，按专业划分比较，表2 中数据值比表1 中数据值至少低50 个百分点；按整体平均验收通过率比较，表2 中数据值比表1 中数据值至少低70 个百分点。

实验对比结果很好的说明了实验教学采用翻转课堂教学效果较好，远优于传统教学模式。究其原因，这与翻转课堂教学新颖的教学方式激发了学生们主动学习的欲望，增强了生生互动和师生互动，提高了知识内化力有关[5]。这种新型教学方式让更多的学生通过成果发表展示自己的学习成果，无形中使他们增强了自信心，同时他们也能在攻克疑难知识点的过程中，逐步培养了自主探索、协作学习的综合素质，增强了社会竞争力。

2 翻转课堂在《数据结构》课程实验中的优化实践探索

2014 年度二年级本科生进行翻转教学探索时，教师观察到有小组由于成果发表准备得比较仓促，发表的熟练程度和生动性有所欠缺，有小组成员在小组协作过程中消极逃避小组长分配的任务，有搭便车[6]行为，破坏了小组共同进退的学习氛围，还有在进行实验难度较大的D1 时，个别小组成员不服从组长指挥，出现脱离小组的现象，所以在15 年秋季第二次进行翻转课堂教学实践时，教师在课堂上加大了对实验难点的讲解力度，并引入了小组内成员互相评分的评价环节，以期提高团队协作力，使验收通过率能进一步提高。

2015 年秋季选择计算机科学与技术专业二年级本科生参与了第二次翻转实验课堂实践，此次翻转课堂设计成大班教学，每班人数70 多人，由于人数和组数较上一年增加一倍，小组演示程序调试时长缩短至半小时，成果展示发表延长到1 小时，教师总结10 分钟左右。2015 年大学二年级本科生实验组，采用传统式教学方式的对照组和2014 年大学二年级本科生实验组的实验E1、D1 验收通过率统计结果如表3 所示。

表3 翻转式教学验收通过率

比较表3 和1 数据发现，2015 年秋季二年级本科生实验组在翻转课堂教学实践环节优化后，E1 和T1验收通过率均较2014 年秋季实验组均有所提高，2014年和2015 年采用了翻转课堂的实验验收通过率都远高于传统式实验验收通过率。通过两年连续的统计和分析可以看出：即使针对不同的专业，翻转实验课堂教学效果远优于传统课堂教学效果。

但是2015 年度，由于课堂人数增多，发表时长变短，出现有小组发表时长没把握好，成果发表严重超时的情况，如果超时组数变多，各小组的累积超时将会影响了整个班级的发表进度，所以教师当堂临时选定了几个计时员控制发表进度，实验完毕后分析，2015 年实验组最大的问题是：时间不足引起的发表虎头蛇尾。因此笔者认为，大学翻转课堂更适合人数少的小规模课堂，较少的人数较利于学生们进行充分讨论，较利于翻转课堂发生状况时，教师能根据情况灵活处理保证优质的教学效果。

2016 年至2019 年，武科大计算机学院继续对部分实验课堂进行了翻转课堂实践，分别实践过自发式翻转课堂、创新算法成果展示翻转课堂和指定特定学生发表的翻转课堂这几种翻转实践模式。其中，指定的特定学生一般为实验课上态度不认真的学生。学生上课开小差时被老师发现，就会被指定在下次实验课进行翻转发表，发表人数根据违规情况来决定，一人违规一人发表，多人违规多人组队发表的翻转课堂模式。采用此种方式，学生们在实验学习中敷衍的态度大为改观，而被指定发表的学生由于具有成果展示发表的压力，会翻转他们被动学习、敷衍学习的态度，从而进一步达到成绩由低到高的翻转，达到了预先设计的教学效果。同时有充足的时间让学生展示成果，让老师及时根据情况及时优化教学设计中忽视了的问题，弥补多人发表时学生和教师都很仓促被动的现象。

3 结语

当代大学生们在平时的学习中主要以“填鸭式”教学为主[7]，此次初涉美欧国家倡导的翻转式课堂[8-9]，普遍反映良好。但发表技巧略显生疏，如何生动地为他人讲解还是一项值得大学生们持续练习的技能，发表内容生动性和准确性越高，翻转课堂的教学效果将会更好。同时对教师而言，翻转课堂也需要提前准备多种教学预案才能保证翻转课堂的顺畅和生动性，达到既定的教学目标。

无论是理论学习还是实践学习，翻转课堂模式都能很好的提高学生内动力，加强生生互动和师生互动，取得良好的教学效果。翻转实验课堂的教学探索的初衷就是在调动学生们的学习积极性，让他们主动参与到学习过程中，通过良性的师生互动和生生互动来加强学生的学习内化力，使他们在提高学习成绩的同时积累一些团队协作的经验，以便于学生们在进入公司后，能快速适应公司团队工作方式，步入正轨。翻转课堂这种教学改革方式使实验教学模式丰富了起来。笔者期望这些关于翻转课堂在实验教学中的应用探索经验，能为更多的同行实施更高层次的教学改革提供更多的思路和方向。