任雪萍

（杭州電子科技大學(xué) 信息工程學(xué)院，浙江 杭州 311305）

0 引 言

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一門計(jì)算機(jī)等相關(guān)專業(yè)關(guān)鍵的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程。通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí),讓學(xué)生學(xué)會(huì)分析數(shù)據(jù),為涉及的數(shù)據(jù)選擇適當(dāng)?shù)倪壿嫿Y(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的算法,并能對(duì)算法的時(shí)間和空間效率進(jìn)行分析,讓學(xué)生具備良好的編程技能和習(xí)慣[1]。

互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下,網(wǎng)上資源豐富,企業(yè)對(duì)于員工提出了更高的要求。在這種形勢(shì)下,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教學(xué)如果還是墨守成規(guī),不進(jìn)行改革,學(xué)生就不能適應(yīng)環(huán)境。線上線下融合的混合教學(xué)方式是面對(duì)面授課和在線學(xué)習(xí)的融合。研究表明,混合教學(xué)模式的學(xué)習(xí)成效是否優(yōu)于純粹的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)和傳統(tǒng)面對(duì)面學(xué)習(xí),迄今沒有得出一致的結(jié)論[2]。要讓混合教學(xué)模式,能真正有利于提高學(xué)習(xí)成效,不能簡(jiǎn)單地照搬照抄,需要針對(duì)學(xué)生特點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)裁剪補(bǔ)充。

1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)以教師滿堂灌為主。完全采用翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施課堂教學(xué),學(xué)生又不能適應(yīng)。

1.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)特點(diǎn)

傳統(tǒng)整堂灌的授課模式,不能有效地降低數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)難度。滿堂灌的授課模式無視學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)能力的差異,采取一刀切的方式,根本無法滿足各類學(xué)生的學(xué)習(xí)需求,導(dǎo)致課堂教學(xué)效果差強(qiáng)人意,學(xué)生逃課曠課時(shí)有發(fā)生。

1.2 學(xué)生特點(diǎn)

獨(dú)立學(xué)院學(xué)生,學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、能力和主動(dòng)性的差異比普通本科的學(xué)生要大得多。由于長(zhǎng)期以來“滿堂灌”和“填鴨式”教學(xué),使得部分學(xué)生養(yǎng)成思維惰性,不預(yù)習(xí)、不復(fù)習(xí)的壞習(xí)慣和對(duì)教師的依賴,造成他們不會(huì)學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)興趣不高。

1.3 線下資源有限，課堂以教師為主

傳統(tǒng)教學(xué)模式中,課堂以教師為主,學(xué)生碰到的問題不能得到及時(shí)解答,因材施教不能充分體現(xiàn)。學(xué)生能夠利用或者獲得的資源有限,一般就是教科書、指定教材和教學(xué)PPT等。學(xué)習(xí)過程中能夠交流的只有教師同學(xué)。

1.4 翻轉(zhuǎn)課堂模式局限性

伴隨新理念和新技術(shù)的不斷涌現(xiàn),使得翻轉(zhuǎn)課堂成為了教學(xué)改革的新思路[3],但是翻轉(zhuǎn)課堂也存在一定的問題[4]。線上學(xué)習(xí)視頻由于時(shí)間的限制,一般只能講解一個(gè)細(xì)小的知識(shí)點(diǎn),而不會(huì)在知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系展開講解,更不會(huì)進(jìn)行情感方面的交流;另外學(xué)生不能完成預(yù)習(xí),不配合提問等原因,也使得翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施障礙重重。

2 互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境對(duì)教育信息化和企業(yè)人才需求的影響

在互聯(lián)網(wǎng)+環(huán)境下教育信息化進(jìn)入創(chuàng)新階段[5],教學(xué)資源共享改變了以學(xué)校為渠道的配置方式,資源共享方式呈現(xiàn)多樣化,出現(xiàn)了數(shù)字資源共享、教師資源共享和環(huán)境資源共享等共享方式。學(xué)生獲得知識(shí)的渠道被拓寬,渠道不僅包括教師和學(xué)校,還包括學(xué)校資源、在線資源和社會(huì)資源。

在互聯(lián)網(wǎng)這個(gè)快節(jié)奏的行業(yè),一個(gè)產(chǎn)品迭代的周期越來越短,完完全全自主研發(fā)所有的產(chǎn)品顯得有點(diǎn)不現(xiàn)實(shí),整合市場(chǎng)上現(xiàn)有的各種資源,為我所用,快速打造產(chǎn)品才能贏得市場(chǎng)。此時(shí)就要求員工能有良好的資源整合的意識(shí)和能力。另外無論從事何種職業(yè),現(xiàn)今社會(huì)對(duì)于PPT的制作、展示和講解都有一定的要求。

3 基于超星學(xué)習(xí)平臺(tái)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)改革

基于前面的分析,本著以“學(xué)生為主體,培養(yǎng)能力為目的”的原則,對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教學(xué)改革可以采用線上線下融合,充分發(fā)揮面授教學(xué)和線上教學(xué)的優(yōu)點(diǎn),彌補(bǔ)它們的不足之處。對(duì)傳統(tǒng)的混合教學(xué)[6]進(jìn)行相應(yīng)裁剪,建立適合獨(dú)立學(xué)院學(xué)生特點(diǎn)和符合互聯(lián)網(wǎng)人才需求的教學(xué)模式。

教學(xué)過程中線上和線下相融合,可設(shè)計(jì)在線教學(xué)和面授教學(xué)相結(jié)合的混合學(xué)習(xí)環(huán)境,如圖1所示。與傳統(tǒng)混合教學(xué)模式不同的是,線上教學(xué)資源,不僅僅是學(xué)校和教師提供的學(xué)習(xí)平臺(tái),還包括互聯(lián)網(wǎng)上大量的相關(guān)學(xué)習(xí)資料。

圖1 基于超星學(xué)習(xí)平臺(tái)的線上線下融合教學(xué)模式

3.1 課程實(shí)施設(shè)計(jì)

先根據(jù)教學(xué)大綱的知識(shí)點(diǎn)的難易程度、重要性和可拓展的資源,設(shè)計(jì)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)以翻轉(zhuǎn)課堂形式為主實(shí)施,還是傳統(tǒng)的課堂教學(xué)形式為主實(shí)施。表1展示了樹這一章教學(xué)大綱規(guī)定的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)具體的教學(xué)設(shè)計(jì)。根據(jù)教學(xué)大綱,樹這一章一共9學(xué)時(shí)8個(gè)知識(shí)點(diǎn),見表1,這8個(gè)知識(shí)點(diǎn)中,有3個(gè)知識(shí)點(diǎn)是以翻轉(zhuǎn)課堂的形式展開教學(xué),有3個(gè)知識(shí)點(diǎn)有拓展延伸的任務(wù)。

以課堂教學(xué)為主的線下學(xué)習(xí)過程中,課后一樣可以通過超星平臺(tái)來鞏固復(fù)習(xí)當(dāng)天的知識(shí)點(diǎn)。以翻轉(zhuǎn)課堂為主的線上學(xué)習(xí),需要在平臺(tái)上完成課前預(yù)習(xí)(包括查看學(xué)習(xí)導(dǎo)圖、教學(xué)視頻和知識(shí)點(diǎn)測(cè)試等)和課后復(fù)習(xí)。當(dāng)知識(shí)點(diǎn)的可拓展資源較多,即由于教材內(nèi)容更新不及時(shí)或PPT展示沒有提及,而網(wǎng)上有較豐富的相關(guān)知識(shí),此時(shí)教師設(shè)定問題,由學(xué)生到互聯(lián)網(wǎng)上去尋找相關(guān)資料,然后到課堂上進(jìn)行反饋。

3.2 翻轉(zhuǎn)課堂

翻轉(zhuǎn)課堂,每個(gè)主題的視頻大概在10～15分鐘之內(nèi),可以很好地降低數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)難度。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模型簡(jiǎn)要地把課堂分為課前、課中和課后3個(gè)階段[7]。

表1 樹中各知識(shí)點(diǎn)教學(xué)設(shè)計(jì)

3.2.1 課前階段

為了有效地實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂,教師設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)導(dǎo)圖是非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。教師利用學(xué)習(xí)導(dǎo)圖來有效地組織“翻轉(zhuǎn)課堂”。所謂“學(xué)習(xí)導(dǎo)圖”,是教師設(shè)計(jì)的以表單形式呈現(xiàn)的學(xué)習(xí)文件包,里面包括自主學(xué)習(xí)的目標(biāo)、內(nèi)容和方法,并提供相應(yīng)的學(xué)習(xí)資源。

表2是針對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中第1章緒論中的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)——算法的特性和要求,而設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)導(dǎo)圖舉例。

課前,根據(jù)類似表1的知識(shí)點(diǎn)教學(xué)設(shè)計(jì),確定以翻轉(zhuǎn)課堂模式開展教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)。每個(gè)知識(shí)點(diǎn)有獨(dú)立的內(nèi)容、學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)方式方法和針對(duì)性的在線課前練習(xí)。學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)度安排通過微視頻或PPT學(xué)習(xí)。

為了避免出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂中的負(fù)功能,提高學(xué)生課前階段學(xué)習(xí)的積極性,學(xué)生完成一次微視頻的觀看能獲得一定的平時(shí)分,知識(shí)點(diǎn)測(cè)試的成績(jī)也計(jì)入平時(shí)成績(jī)。

表2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)導(dǎo)圖舉例

3.2.2 課中階段

課堂活動(dòng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是保證翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)在最大化地開展課前自主學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上,不斷延長(zhǎng)課堂學(xué)習(xí)時(shí)間,提高教學(xué)效果,以促進(jìn)知識(shí)內(nèi)化的最大化[8]。課堂活動(dòng)由教師引導(dǎo)學(xué)生完成,具體實(shí)施主要分以下3個(gè)步驟。

首先,學(xué)生根據(jù)課前自主學(xué)習(xí)提出問題,教師引導(dǎo)班上其他同學(xué)嘗試回答。對(duì)于學(xué)生不能解決或解釋不清的問題,教師在課堂上集中講解,時(shí)間控制在5～10分鐘。通過講解和討論,完成學(xué)生對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)的內(nèi)化。

其次,提出事先設(shè)計(jì)好的、有針對(duì)性的問題,讓學(xué)生討論或當(dāng)堂完成。比如:用函數(shù)求三角形面積時(shí),哪些情況屬于正確性要求,哪些屬于高效率要求,高效率指的是什么?要求學(xué)生馬上動(dòng)手完成。對(duì)于有余力的同學(xué),提出如何進(jìn)一步提高算法的效率。在學(xué)生動(dòng)手操作的過程中,及時(shí)主動(dòng)地與學(xué)生溝通交流,進(jìn)行個(gè)別指導(dǎo)。由此完成對(duì)學(xué)生的知識(shí)遷移能力的訓(xùn)練。

最后,對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行拓展延伸。在課堂的最后10～15分鐘之內(nèi),根據(jù)學(xué)生完成的PPT質(zhì)量,邀請(qǐng)1～2位學(xué)生上臺(tái),給全體同學(xué)和老師講解拓展知識(shí)。借此拓展知識(shí)面,培養(yǎng)學(xué)生溝通交流和制作PPT的能力。比如,講到哈希表的時(shí)候,有學(xué)生給大家分享了Java中Hashmap的工作原理和使用的注意事項(xiàng),圖2是PPT的部分截圖,而圖3是另一個(gè)學(xué)生做分享時(shí)的照片。

圖2 分享的PPT截圖

圖3 學(xué)生做分享時(shí)的照片

3.2.3 課后階段

課后測(cè)評(píng)——對(duì)學(xué)習(xí)者測(cè)試與測(cè)量,采集研究數(shù)據(jù),進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果的測(cè)評(píng)[5]。筆者通過在線測(cè)評(píng)、書面作業(yè)、階段性測(cè)試和問卷調(diào)查等形式,進(jìn)行效果評(píng)測(cè)。

首先,通過在線測(cè)評(píng)和書面作業(yè),讓學(xué)生及時(shí)了解自己的掌握情況,安排下一步的學(xué)習(xí)。教師根據(jù)測(cè)評(píng)和作業(yè)情況,分析學(xué)生知識(shí)點(diǎn)的掌握情況,哪些是易錯(cuò)點(diǎn),哪些是難點(diǎn)。

其次,把學(xué)生的期末成績(jī)與以往進(jìn)行對(duì)比,分析翻轉(zhuǎn)課堂是否能使教學(xué)效果得到提升。

最后,通過問卷調(diào)查的形式了解學(xué)生對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式和教學(xué)效果的看法。問卷內(nèi)容包括學(xué)生對(duì)在線作業(yè)、視頻等學(xué)習(xí)支持體系,教師的滿意度,翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的看法和課堂時(shí)間分配等的看法以及他們的主觀建議等方面。問卷調(diào)查一般在學(xué)期末進(jìn)行。

通過一系列的課后測(cè)評(píng),教師了解到學(xué)生關(guān)注的焦點(diǎn),學(xué)習(xí)中碰到的問題等,進(jìn)行研討總結(jié),教學(xué)反思,有必要的情況下,重新調(diào)整實(shí)施方案。

3.3 拓展延伸

互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,學(xué)生獲得知識(shí)的渠道被拓寬。互聯(lián)網(wǎng)成為學(xué)生獲得資源的一個(gè)重要渠道。在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,特別是互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代,學(xué)生學(xué)習(xí)過程中不僅有師生交互、資源交互、生生交互,甚至還有社會(huì)交互,學(xué)習(xí)過程變成了一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)象。

基于 “以學(xué)生為主,培養(yǎng)能力為目的”的原則,在課堂教學(xué)環(huán)節(jié),增加拓展延伸環(huán)節(jié)。

拓展延伸的實(shí)施方式是,在課堂結(jié)束時(shí),布置一個(gè)與當(dāng)前知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的任務(wù)。此任務(wù)必須借助外力才能完成,促使學(xué)生去尋求各種交互,獲得資源。獲得資源,完成任務(wù)后,要求學(xué)生制作PPT,向全班同學(xué)講解任務(wù)完成的方案。哈希函數(shù)在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教材中是構(gòu)造哈希表的方法。實(shí)際上除此之外,哈希函數(shù)還有很多其他的功能,比如加密、數(shù)字認(rèn)證等?？梢宰寣W(xué)生課后去收集相關(guān)資料。

4 實(shí)施過程中的關(guān)鍵問題

實(shí)施過程中存在以下關(guān)鍵問題:各章節(jié)中知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)導(dǎo)圖的設(shè)計(jì)、教學(xué)微視頻的錄制、學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)的搭建以及學(xué)生的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)機(jī)制等。其中教學(xué)設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)導(dǎo)圖的設(shè)計(jì)又是整個(gè)教學(xué)改革方案是否能有效實(shí)施的關(guān)鍵點(diǎn)。

5 改革效果

該實(shí)施方案經(jīng)過了近2年的實(shí)踐教學(xué)檢驗(yàn),相關(guān)研究項(xiàng)目的中期結(jié)題檢查和學(xué)生問卷調(diào)查,得到了有關(guān)學(xué)生和專家的認(rèn)可與好評(píng)。

在期中問卷調(diào)查中,40%的學(xué)生認(rèn)為通過課堂學(xué)習(xí)了解到了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)科學(xué)的學(xué)習(xí)策略和方法,并且能夠熟練應(yīng)用;60%左右的學(xué)生認(rèn)為學(xué)到了一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)策略和方法,但能夠掌握和應(yīng)用的不多;只有個(gè)別學(xué)生認(rèn)為效果不明顯,還是沿用原來的方法;有92%左右的學(xué)生表示很滿意或滿意課堂教學(xué)。以上數(shù)據(jù)表明學(xué)生能適應(yīng)線上線下相融合的授課方式,比較滿意課堂教學(xué)。

在實(shí)施方案的成效評(píng)價(jià)主要從期末平均成績(jī)和參加競(jìng)賽情況這兩方面展開,參加競(jìng)賽的情況又分為參賽人數(shù)和獲獎(jiǎng)人數(shù)來比較。

從課程成績(jī)的對(duì)照分析上,發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)班的期末平均成績(jī)與普通教學(xué)班相比提高了7分,高分人數(shù)明顯比普通班多。該實(shí)驗(yàn)班的學(xué)生積極參加了ACM大賽、服務(wù)外包大賽、信息安全大賽和軟件測(cè)試大賽等各項(xiàng)計(jì)算機(jī)相關(guān)的賽事,參賽人數(shù)比例和獲獎(jiǎng)比例也是普通班的數(shù)倍。

從調(diào)查問卷和成效評(píng)價(jià)可以看出,線上線下融合的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課堂教學(xué),有利于學(xué)生成績(jī)的提高和能力的培養(yǎng),提高了學(xué)生的自學(xué)能力、獲取和整合資源的能力。

6 結(jié) 語

互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,企業(yè)的人才需求發(fā)生了較大改變,課程教學(xué)如果不進(jìn)行相應(yīng)的改變,培養(yǎng)的學(xué)生就跟不上時(shí)代的潮流。筆者基于目前數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)現(xiàn)狀和線上線下教學(xué)的優(yōu)劣點(diǎn)分析,以翻轉(zhuǎn)課堂為切入點(diǎn),采用線上線下相融合的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課堂教學(xué)改革。在實(shí)施的過程中,部分內(nèi)容采用線下教學(xué)為主,部分內(nèi)容以翻轉(zhuǎn)形式開展,制定符合學(xué)生實(shí)際和課程特點(diǎn)的實(shí)施方案,避免傳統(tǒng)課堂教學(xué)的缺點(diǎn)和翻轉(zhuǎn)課堂的負(fù)功能。筆者以后將進(jìn)一步總結(jié)完善學(xué)習(xí)導(dǎo)圖、在線作業(yè)等學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)和學(xué)生評(píng)價(jià)體系,設(shè)計(jì)出符合獨(dú)立學(xué)院學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)的方案,進(jìn)一步提升教學(xué)效果。