問題驅(qū)動下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)SPOC教學模式研究

王樹梅，郭小薈

（江蘇師范大學 計算機學院，江蘇 徐州 221116）

問題驅(qū)動下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)SPOC教學模式研究

王樹梅，郭小薈

（江蘇師范大學 計算機學院，江蘇 徐州 221116）

針對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學中引入SPOC的教學模式進行探究，指出SPOC教學模式的利弊，提出將SPOC和傳統(tǒng)課堂有機融合的一種教學模式，結(jié)合具體教學對該教學模式進行評價并說明結(jié)果。

問題驅(qū)動； 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)； SPOC； 傳統(tǒng)課堂

1 背 景

近年來，SPOC被越來越多地應用到教育的各個階段，小學、中學到大學都不同程度地將SPOC引入教學。各個教育領導部門在進行教學檢查時，也把SPOC作為一種教學特色進行展示，甚至作為評價一個教師或者教學單位的主要指標；在效果上有意夸大SPOC的作用，夸大學生對這種教學模式的喜愛和接受的程度。

文獻[1]中談到“期望膨脹的SPOC”，指出“研究者和實踐者對SPOC需要形成較為系統(tǒng)、冷靜的認識”。文獻[2]中對當前SPOC教學模式中的局限性進行討論，提到“翻轉(zhuǎn)教學自身定位不好，容易產(chǎn)生師生關系‘失位’、知識難度‘越位’、 適用對象‘錯位’等局限性”，提出將知識內(nèi)化應用到翻轉(zhuǎn)課程中，并對SPOC環(huán)境下的教學模式進行分析。文獻[3]通過對小學教育專業(yè)3個班級的實驗教學，總結(jié)出SPOC需要具備與之相適應的教學設計和教學方式，而且這些與傳統(tǒng)教學都具有較大區(qū)別。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為高校計算機專業(yè)的一門基礎課程，是一門理論和實踐相結(jié)合的課程。傳統(tǒng)教學模式下，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學包括課堂理論教學和實驗教學兩部分，大部分教學模式處于一種學生被動接受的狀態(tài)，學生都是按照教師的安排完成每一個學習步驟。這樣按部就班的教學模式的優(yōu)點在于教師能夠有效安排每一個教學環(huán)節(jié)，按照教學計劃完成教學任務；缺點在于學生缺乏自由發(fā)揮的空間，尤其是在實踐性較強的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中，學生對每一個算法都有自己獨到的想法和做法，而SPOC教學模式恰好彌補了這一不足。

2 SPOC教學模式

將課堂進行翻轉(zhuǎn)是當下各個教學階段都比較流行的一個教學方式，某種意義上是將傳統(tǒng)課堂上的“以教師為主體”更改為“以學生為主體，以教師為主導”[4]。這種指導思想導致教學環(huán)節(jié)也發(fā)生了變化，由之前的課堂上教師“講”、學生“學”為主，改為學生“講”、教師“評”為主；課下的學習目標和內(nèi)容也發(fā)生了變化，由之前的教師備課、學生預習改為教師準備如何組織學生劃分小組討論問題、學生通過在線學習資料解決有關學習上的問題[5]。

高校教學過程中的課堂翻轉(zhuǎn)更加需要教師有效把控課堂，有效組織課堂的教學環(huán)節(jié)。由于高校學生的自控性和自覺性都比較強，對于課下的學習環(huán)節(jié)相比中學生來講，帶有一定的目的性，因此，高校學生比較適合使用SPOC完成學習任務[6]，但是不同的專業(yè)，課堂翻轉(zhuǎn)的方式和內(nèi)容也有所不同。

SPOC雖然具有傳統(tǒng)課堂不可替代的優(yōu)點，但是也具有自身的局限性[7]，并不是所有專業(yè)的所有課程都適合這種教學方式。這種教學方式下，教師需要改變教學思路，不但需要及時更新在線學習資料，還需要不斷更新各個知識點的習題和問題。教師做到這些還不足以監(jiān)督學生的學習，還需要不定時在線與學生交流和解答問題，不定時檢查學生線上的學習狀態(tài)[8]。SPOC的局限性在于師生教學的脫節(jié)，一方面教師花大量時間和精力準備學習資源，包括教學視頻、知識點習題等，一方面學生對這些資料不能夠充分學習和利用，導致學生學習的效果達不到教師的要求。

3 問題驅(qū)動下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)SPOC教學模式

針對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的特點，教師可在進行SPOC教學時將問題貫穿整個教學過程。教學結(jié)果表明，這種問題驅(qū)動下的課堂翻轉(zhuǎn)教學模式更加能夠有效地監(jiān)督學生課下線上的學習狀態(tài)，提高教學效率和推進數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學改革。具體實現(xiàn)過程如圖1所示。

圖1 問題驅(qū)動的課堂翻轉(zhuǎn)

（1）課前學習環(huán)節(jié)——發(fā)現(xiàn)問題。

課前學習的主要內(nèi)容包括根據(jù)教師預留的問題有目的地學習有關資料，這些資料包括教材、輔助學習資料、在線學習視頻等。教師預留的這些問題中，部分難度小的會在這個學習環(huán)節(jié)解決，部分難度稍大的會留在課堂上解決，同時也會發(fā)現(xiàn)新的問題。

這個環(huán)節(jié)里的主角是學生，學生在這個環(huán)節(jié)中合理安排學習時間和學習內(nèi)容，除了自主學習以外，還可以和同學在線討論相關問題。學生通過課前自主學習，一方面可以提高解決問題的能力，一方面可以加強學生之間的相互交流。在此學習環(huán)節(jié)結(jié)束時，學生需要記錄哪些問題已解決，哪些問題沒有解決，又發(fā)現(xiàn)哪些需要解決的新問題。

（2）課上討論環(huán)節(jié)——解決問題。

經(jīng)過課前學習環(huán)節(jié)，學生對知識點內(nèi)容有了一定程度的理解和掌握。課上討論環(huán)節(jié)主要內(nèi)容解決學生在課前學習環(huán)節(jié)中未能夠解決和發(fā)現(xiàn)的問題。這個過程中，教師可以設計多個小組，每組可以有相同的問題，也可以有不同的問題，在教師的引導下開展討論和分析。這個環(huán)節(jié)中，教師和學生進行全面的接觸和交流，教師不再是講臺上滔滔不絕的灌輸者，而是深入學生中與學生一起分析討論問題；再者，教師還要有條理地組織課堂，有效控制討論的時間，然后及時作出點評。

這個環(huán)節(jié)是3個環(huán)節(jié)里的核心環(huán)節(jié)，教師一定要設計多種方案發(fā)揮學生的主動性，包括促進學生主動發(fā)表對一些問題的見解，主動和同學、老師交流，主動接受和自己解決方法不一樣的結(jié)果等；同時，教師要有序安排各個組代表上臺講解問題的分析結(jié)果和解決過程，并針對發(fā)表的內(nèi)容作出客觀評價，鼓勵學生大膽表達不同見解，最后教師進行總結(jié)分析。這樣做的結(jié)果一方面可以解決預留的問題和學生提出的問題，另一方面能夠培養(yǎng)學生創(chuàng)新地解決問題，提高學生獨立分析問題的能力。

（3）課后鞏固環(huán)節(jié)——總結(jié)問題。

通過課上對問題的討論和分析，學生對這一課時的知識模塊進一步掌握和理解。課后鞏固環(huán)節(jié)主要就分析過的問題進行總結(jié)，學生需要思考哪些內(nèi)容是其他同學解決的，哪些是自己解決的，哪些是和其他同學一起解決的。教師課后的主要工作包括3方面內(nèi)容：一是總結(jié)課堂問題，哪些問題屬于較難問題，學生比較容易解決，哪些問題屬于比較容易的問題，學生在課前學習過程中就能獨立解決，哪些問題屬于難度適中需要稍加提示，學生就能夠解決；再就是教師需要根據(jù)課堂上面對面的交流和教學，適當更新下一節(jié)課的問題難易度和內(nèi)容；最后就是教師需要對學生特點作出分析，哪些學生基礎較好，分析問題較快，哪些學生基礎較薄弱，分析問題有些吃力，然后計劃下堂課的分組，將基礎好的和基礎弱的學生按比例分在一個討論組，這樣學生之間也會形成一個互幫互助的良好學習風氣。

由于課后鞏固環(huán)節(jié)和課前預習環(huán)節(jié)是相鄰的，因此學生把上節(jié)課知識點鞏固以后，接下來就會根據(jù)教師預留的問題開始下一節(jié)的學習。學生在學習新知識之前，要注意新舊之間的銜接或者聯(lián)系，在問題解決方式上有沒有相似之處，這樣更加能夠促進新知識的接受和新問題的解決。

根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學大綱，本課程共分為123個知識點，表1是知識點理論部分，表2是知識點實驗部分。表1中列出3個學習環(huán)節(jié)中分別設置的不同問題，這些問題中有復習性質(zhì)的問題，有引導性質(zhì)的問題，有學習性質(zhì)的問題。這些問題貫穿于3個環(huán)節(jié)，首先學生帶著復習性質(zhì)的問題1回憶上節(jié)課的內(nèi)容，通過這個問題會對上節(jié)課內(nèi)容提高熟悉程度。接下來的問題2起到承上啟下的作用，一方面由“樹的特點和性質(zhì)”推理“二叉樹的特點”，另一方面引導學生思考“二叉樹的性質(zhì)”。問題3是主要解決的問題，根據(jù)前面的兩個問題，這個問題的答案基本已經(jīng)推理出來，即二叉樹的性質(zhì)1—3、5是可以由樹的性質(zhì)推出來的，但是關于完全二叉樹的性質(zhì)4是前面樹的性質(zhì)不能推出來的。這個性質(zhì)的解決過程需要掌握完全二叉樹的特點，然后推出完全二叉樹的4個性質(zhì)。

該知識點的實驗部分首先要解決的問題就是二叉樹的存儲結(jié)構(gòu)，這是有關二叉樹所有其他算法的基礎問題。第2個需要解決的問題就是兩類存儲結(jié)構(gòu)之間的相互轉(zhuǎn)化，通常情況下二叉樹常采用二叉鏈表的存儲方式，完全二叉樹和滿二叉樹采用順序存儲方式。這兩種存儲結(jié)構(gòu)的相互轉(zhuǎn)化是學生實現(xiàn)其他算法的前提，是在實驗平臺上實現(xiàn)二叉樹算法思想的基礎。問題3是關于二叉樹的基本算法問題，這個問題的解決過程需要用到二叉樹的性質(zhì)，也要用到前面兩個問題的知識。學生通過解決問題3，可以進一步鞏固學習二叉樹的性質(zhì)并解決二叉樹的問題，提高應用知識的能力。

4 評價數(shù)據(jù)結(jié)果分析

表3列出了上述3個環(huán)節(jié)的細化評價指標以及權(quán)重，2016級計科全班43名學生利用此表對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學進行評價。發(fā)下去43份評價表，收上來43份，全班學生無一漏評。從收上來的數(shù)據(jù)看，3個環(huán)節(jié)的平均分是16.21、46.21和26.21，3個環(huán)節(jié)得分與原權(quán)重比例分別是81%、92%和87%。從數(shù)據(jù)上看，學生對課上討論環(huán)節(jié)評價最高，對課前預習環(huán)節(jié)評價最低，也就是說，學生對面對面的學習方式比較認可，且其獨立學習和獨立解決問題的能力還有待加強。

表1 知識點理論部分

表2 知識點實驗部分

表4是這個班期末考試成績分析，其中班級人數(shù)43人，缺考人數(shù)0人，實考人數(shù)43人，最高分94分，最低分45分，平均分76.49分，試卷難度系數(shù)（q=1-n/n0）為0.24。這個班的成績符合正態(tài)分布（如圖2所示），說明這種教學模式比較適合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門課程教學。

表3 2016級計科數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)SPOC評價表

表4 期末成績分析

5 結(jié) 語

圖2 期末成績分布

問題驅(qū)動下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課堂翻轉(zhuǎn)教學模式是一種比較適用于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的方式，要求學生接受新知識始終從解決問題入手，在問題驅(qū)動下學習在線學習資料。這種方式使得學生的學習效率得到提高，新知識的掌握和接受程度得到提升。從評價的實驗數(shù)據(jù)上看，學生對這種教學方式比較認可，從期末考試的數(shù)據(jù)分析上看，學生使用這種教學方式的學習效果符合正態(tài)分布。為了更好地滿足教學的需要，這種教學模式還需要改進，如如何及時搜集學生在線學習的數(shù)據(jù)、及時更改問題設置的難度和數(shù)量、更加有效地監(jiān)控學生學習狀態(tài)等。

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1672-5913(2017)11-0073-05

G642

時空上下文感知的云服務質(zhì)量預測和推薦的研究（61502212）。

王樹梅，女，副教授，研究方向為數(shù)字圖像處理、課程與教學論，plum8@163.com。

（編輯：宋文婷）