基于四階段模型的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)模式應(yīng)用研究

康筱彬

摘要：“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”是計算機(jī)相關(guān)專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，以研究計算機(jī)加工的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特性為主。在傳統(tǒng)的上課過程中，教師采用講授的方式進(jìn)行，學(xué)生通過課堂的學(xué)習(xí)僅能完成對課程知識點(diǎn)的理解，而對于知識點(diǎn)的深入學(xué)習(xí)和比較應(yīng)用都需要在課后完成，因此學(xué)生對知識的靈活應(yīng)用能力相對較低。依托翻轉(zhuǎn)課堂的四階段模型，將該課程的重點(diǎn)由原先的理論講解變?yōu)橹R的深入理解，通過代碼優(yōu)化等方式激發(fā)學(xué)生對知識的貫通應(yīng)用，以及解決問題時的創(chuàng)新思維。本文通過該模型的實(shí)際應(yīng)用探索“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的新的教學(xué)方式。

Abstract： "Data Structure" is a professional basic course for computer related majors. It is mainly to study the characteristics of the data structure of computer processing. In the process of traditional class， teachers use the teaching method， students through the classroom learning can only complete the understanding of the curriculum knowledge， for the in-depth study of knowledge and more applications are required after the completion of the class， so students ability to use knowledge flexibly is relatively low. The four stage model relying on the flip classroom， will be the focus of the course from the original theory into a deeper understanding of knowledge， through the code optimization and other ways to stimulate students to the knowledge of the application， as well as to solve the problem of innovative thinking. This paper explores the "Data Structure" course of the new teaching methods through the practical application of the model.

關(guān)鍵詞：課程；四階段模型；優(yōu)化

Key words： curriculum；four stage model；optimization

中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）29-0207-02

0 引言

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程是計算機(jī)相關(guān)專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，通過對該課程的學(xué)習(xí)要求學(xué)生能夠從計算機(jī)所處理的問題入手，分析研究計算機(jī)加工的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特性，以便為應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)選擇適當(dāng)?shù)倪壿嫿Y(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)的操作算法，并且能夠初步掌握時間和空間分析技術(shù)，編寫的程序代碼應(yīng)結(jié)構(gòu)清晰、正確易讀，能上機(jī)調(diào)試并排除錯誤。本文秉承“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的教學(xué)目標(biāo)，借助翻轉(zhuǎn)課堂中的“四階段模型”授課方式進(jìn)行教學(xué)組織，以強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)能力和計算思維能力為主，目的在于提升課堂教學(xué)質(zhì)量的同時，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力。

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

當(dāng)前“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)大多時候仍采用以教師講授為主的方式進(jìn)行，課堂教學(xué)以知識的傳授為主，知識的內(nèi)化依賴于學(xué)生課堂以外的學(xué)習(xí)。這種教學(xué)模式存在以下不足之處。

1.1 課程教學(xué)過分注重知識點(diǎn)的理解，而不是應(yīng)用

在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，評價教師課堂教學(xué)質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)就是“聽懂”。因此教師會將課程講解的重點(diǎn)設(shè)置為知識點(diǎn)的原理分析，忽視了知識點(diǎn)的應(yīng)用環(huán)境和應(yīng)用優(yōu)缺點(diǎn)評價，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)方法以記憶為主，而不是理解和應(yīng)用。

1.2 忽視教學(xué)對象的差異，淡化學(xué)生學(xué)習(xí)個性化

在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，教師采用統(tǒng)一的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行講授，忽視了學(xué)生的認(rèn)知水平和學(xué)習(xí)能力，這一現(xiàn)狀促使很多認(rèn)知水平較低的學(xué)生出現(xiàn)“聽不懂”的狀況，從而影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，降低了課程的教學(xué)效果。

1.3 課堂氣氛呆板，阻礙了學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展

在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，教師進(jìn)行知識的講解，學(xué)生進(jìn)行被動的接受，課堂留給學(xué)生思考、討論的時間少之又少。因此學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中容易產(chǎn)生依賴思想，等待老師對問題進(jìn)行解答，解決問題常采用模式化方法，不能夠?qū)χR進(jìn)行靈活的應(yīng)用。

2 四階段模型概述

四階段模型是翻轉(zhuǎn)課堂教育模型的一種，由杰姬格斯?。℅erstein，2011）構(gòu)建，充分發(fā)揮信息化環(huán)境的優(yōu)勢，教師課前向?qū)W生提供的教學(xué)視頻等學(xué)習(xí)資源，促使學(xué)生在課前完成知識的學(xué)習(xí)，課堂上教師與學(xué)生一起完成作業(yè)答疑、寫作探究和互動交流等活動，已達(dá)到知識內(nèi)化的學(xué)習(xí)效果。

由圖1可以看出，翻轉(zhuǎn)課堂被分為體驗(yàn)參與、概念探索、意義構(gòu)建、展示應(yīng)用四個階段。

2.1 體驗(yàn)參與

教學(xué)組織從學(xué)習(xí)活動參與開始。根據(jù)知識點(diǎn)設(shè)置情景和問題，使得學(xué)生通過對情景的理解和問題的分析發(fā)現(xiàn)未知的知識和解決問題的新方法，在體驗(yàn)過程中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探求知識的積極性。

2.2 概念探索

該環(huán)節(jié)由教師通過教學(xué)視頻和書籍向?qū)W生進(jìn)行知識點(diǎn)的講解，并通過開展討論和答疑等形式促使學(xué)生理解和掌握知識點(diǎn)，完成傳統(tǒng)教學(xué)中對知識點(diǎn)“講授”。

2.3 意義構(gòu)建

該環(huán)節(jié)由教師引導(dǎo)學(xué)生完成。通過測試、撰寫報告等形式啟發(fā)學(xué)生對新知識進(jìn)行重構(gòu)和內(nèi)化，同時通過對所學(xué)知識進(jìn)行歸納或比較實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，在理解和掌握知識的同時達(dá)到靈活應(yīng)用的教學(xué)目的。

2.4 展示應(yīng)用

最后學(xué)生將意義構(gòu)建環(huán)節(jié)完成的報告、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等進(jìn)行闡述和應(yīng)用展示，教師根據(jù)這一環(huán)節(jié)對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評價。對于學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的問題以及學(xué)習(xí)效果不符合教學(xué)要求的學(xué)生可以再次進(jìn)行知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)。

從上述過程中可以看出，該模型在完成知識“講授”的基礎(chǔ)上注重知識的內(nèi)化，展示環(huán)節(jié)可以幫助教師了解每個學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，對于學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的不足之處進(jìn)行“一對一”的輔導(dǎo)，充分體現(xiàn)個性化教學(xué)。

3 四階段模型課程實(shí)施方案設(shè)計

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程主要向?qū)W生進(jìn)行講解解決計算問題時所涉及邏輯結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)的操作算法，根據(jù)四階段模型可將課程模式進(jìn)行調(diào)整如圖2所示。

3.1 問題提出

根據(jù)算法應(yīng)用的典型環(huán)境提出問題，由學(xué)生對問題進(jìn)行分析，并思考問題的解決方法。

3.2 經(jīng)典方案

教師提供課本、參考書和學(xué)習(xí)視頻。學(xué)生通過閱讀課本和參考書找到該問題的解決思路及相關(guān)代碼，并通過上機(jī)完成代碼的運(yùn)行和調(diào)試。

3.3 代碼優(yōu)化

根據(jù)調(diào)試和運(yùn)行結(jié)果要求學(xué)生對代碼進(jìn)行優(yōu)化，并完成上機(jī)調(diào)試和運(yùn)行。在代碼的優(yōu)化過程中需要借鑒其它課程的知識，因此該過程對于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和知識的綜合運(yùn)用有一定的幫助。

3.4 應(yīng)用比較

學(xué)生將自己的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行展示，對優(yōu)化思路進(jìn)行闡述說明。

以兩數(shù)互換程序設(shè)計為例，課本通常給出的經(jīng)典代碼如下：

void swap（int*a，int*b）{

int t=*b；

*a=*b；

*b=t； }

學(xué)生可將該代碼進(jìn)行如下優(yōu)化：

void swap（int*a，int*b）{

*a=*a^*b；

*b^=*a；

*a^=*b； }

該代碼借助數(shù)字電路中的異或運(yùn)算替代了原代碼中的中間變量，這一優(yōu)化可以進(jìn)一步減少內(nèi)存消耗，降低程序的運(yùn)行時間。

4 總結(jié)與展望

在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的講授中，通過該模型的應(yīng)用，促使學(xué)生在學(xué)習(xí)和掌握新算法的同時，能夠最大程度的擴(kuò)展思路和綜合所學(xué)科知識，也能幫助學(xué)生提升分析問題解決問題的能力。

但是在該模型實(shí)際應(yīng)用過程中也存在一定的不足之處，例如體驗(yàn)參與環(huán)節(jié)中典型問題的設(shè)置以及代碼優(yōu)化的過程中教師應(yīng)當(dāng)如何對學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)使得學(xué)生能夠進(jìn)一步的擴(kuò)展思路等，這些問題還需要進(jìn)一步的進(jìn)行探討。

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