基于APP的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革研究

陶 靜 烽

(浙江廣播電視大學(xué)樂(lè)清分校 技術(shù)處,浙江 樂(lè)清 325600)

隨著智能手機(jī)的普及、移動(dòng)通信資費(fèi)的不斷下調(diào)和4G及WIFI技術(shù)的普及，通過(guò)智能手機(jī)進(jìn)行移動(dòng)學(xué)習(xí)日漸成為一種趨勢(shì).移動(dòng)教學(xué)可以充分利用學(xué)生的零散時(shí)間，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程主要講解線性表，樹(shù)和圖之間的邏輯結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)，相關(guān)算法以及如何利用這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行基本的查找和排序、評(píng)估、存取效率、順序性、可排序性、可擴(kuò)展性等工作，比較難學(xué)，同時(shí)又非?？菰铮缈臻g復(fù)雜度、時(shí)間復(fù)雜度及各種抽象數(shù)據(jù)，涉及的數(shù)學(xué)知識(shí)較多，是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程[1].

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)目的是讓學(xué)生學(xué)會(huì)合理地組織數(shù)據(jù)，有效地存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)，正確地設(shè)計(jì)算法以及對(duì)算法進(jìn)行分析和評(píng)價(jià).它對(duì)學(xué)生的技術(shù)背景有一定的要求，即要求學(xué)生掌握一門高級(jí)編程語(yǔ)言(如C語(yǔ)言)，并且最好具備一定的數(shù)學(xué)修養(yǎng)和邏輯思維能力(如了解離散數(shù)學(xué))，而基層電大成人學(xué)員卻很少具備這方面的素質(zhì)，但他們卻對(duì)移動(dòng)學(xué)習(xí)有很高的認(rèn)識(shí)與接納度，具備開(kāi)展移動(dòng)教學(xué)的良好基礎(chǔ).對(duì)這樣一門比較抽象的課程，如何在學(xué)生相關(guān)專業(yè)素質(zhì)有所欠缺的情況下，讓學(xué)生不知難而退，甚至對(duì)它產(chǎn)生興趣，則是值得思考的問(wèn)題.因此，本文以基層電大成人學(xué)員為研究對(duì)象，以泛在學(xué)習(xí)(U-Learning)理論為指導(dǎo)，選擇數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程進(jìn)行基于APP(AppLication的縮寫，指智能手機(jī)的第三方應(yīng)用程序)的課堂教學(xué)改革研究，根據(jù)課程教學(xué)大綱和教材主要內(nèi)容，分析學(xué)生學(xué)習(xí)需求，定制智能手機(jī)移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)，使擁有相應(yīng)權(quán)限的學(xué)生能夠隨時(shí)登陸APP進(jìn)行學(xué)習(xí)，形成以APP為主要學(xué)習(xí)工具的課程教學(xué)模式，以滿足學(xué)生“無(wú)時(shí)無(wú)刻、無(wú)處不在”的學(xué)習(xí)需求，提高學(xué)生的專業(yè)興趣，實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí).

1 設(shè)置微課

在課堂教學(xué)改革中，設(shè)置課程學(xué)習(xí)的第一步，是讓學(xué)生首先了解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將比較入門的部分，比如一些概念、定義、結(jié)構(gòu)的構(gòu)造方法、應(yīng)用等較獨(dú)立且在短時(shí)間內(nèi)能夠講清的知識(shí)點(diǎn)、概念、原理等用系列微課的形式表達(dá).如線性表中操作受限的“?！焙汀瓣?duì)列”，它們的抽象數(shù)據(jù)類型和現(xiàn)實(shí)生活中的許多例子均有相似性，可以把它制作成微課讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)；在樹(shù)結(jié)構(gòu)中，二叉樹(shù)的定義、遍歷、赫夫曼樹(shù)等都是比較獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)，都比較適用于用微課表達(dá).這些知識(shí)點(diǎn)具有一定的順序性、關(guān)聯(lián)性，但又相互獨(dú)立.因此，確定的微課內(nèi)容為：棧、隊(duì)列、串、樹(shù)、二叉樹(shù)、二叉樹(shù)遍歷、森林、赫夫曼編碼、圖、圖的遍歷，涵蓋線性表、樹(shù)、圖這三大類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型.每節(jié)課選用其中的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境、案例表達(dá)、音視頻、動(dòng)畫等手段，從多角度保證學(xué)生能夠弄懂并理解其實(shí)質(zhì)，使學(xué)生在本身知識(shí)儲(chǔ)備不足的情況下，充分利用碎片時(shí)間接觸這些內(nèi)容，并對(duì)課程產(chǎn)生興趣.

2 線上討論、自測(cè)、答疑及實(shí)踐練習(xí)

以系列微課學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，進(jìn)行各章節(jié)內(nèi)容的詳細(xì)解析(視頻、教案)以及相關(guān)算法的可視化演示與模擬.微課視頻一般不超過(guò)45 min.為驗(yàn)證學(xué)生自主學(xué)習(xí)的效果，在不同時(shí)間段內(nèi)提供相應(yīng)的線上討論、自測(cè)和答疑.線上知識(shí)點(diǎn)自主測(cè)試可以讓學(xué)生了解自己對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)的理解程度.借助APP，課程答疑還可以離線推送、實(shí)時(shí)打開(kāi)，這無(wú)疑加強(qiáng)了師生的交互能力.學(xué)生在迅速得到教師回應(yīng)后，會(huì)更積極地參與交互活動(dòng).此外，要求線上的各類資源均能離線下載使用，以便學(xué)生能在帶寬沒(méi)有保障或需要離線的移動(dòng)環(huán)境下學(xué)習(xí)[2].

根據(jù)章節(jié)安排，穿插進(jìn)行線下團(tuán)體編程實(shí)踐練習(xí)，目的是讓學(xué)生練習(xí)和驗(yàn)證所學(xué)知識(shí)，鞏固教學(xué)成果，讓學(xué)生不僅在理論上掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的用法，還能夠在實(shí)踐中運(yùn)用它.

將教學(xué)實(shí)施過(guò)程分為大比重的課堂外(移動(dòng)學(xué)習(xí)線上教學(xué))和極少數(shù)的課堂內(nèi)(算法實(shí)驗(yàn)線下教學(xué))兩部分，師生的絕大部分教學(xué)活動(dòng)在智能終端進(jìn)行.教學(xué)設(shè)計(jì)全面基于移動(dòng)學(xué)習(xí)[3]，圍繞APP展開(kāi)教學(xué).面授課堂作為輔助，僅用于強(qiáng)化需要長(zhǎng)時(shí)間協(xié)同練習(xí)的程序設(shè)計(jì)及算法優(yōu)化部分的內(nèi)容.

3 課程移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)建設(shè)

在課堂教學(xué)改革過(guò)程中，需要建設(shè)移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)并發(fā)布客戶端，這樣，學(xué)生才能通過(guò)在智能手機(jī)終端安裝APP，經(jīng)4G或WIFI等方式接入服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)該門課程的移動(dòng)學(xué)習(xí)與交互.

課程移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)整體包括客戶端、服務(wù)器和后臺(tái)管理共3部分.客戶端和服務(wù)器之間通過(guò)無(wú)線方式建立通信連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)交互.服務(wù)器接收客戶端提交的數(shù)據(jù)或請(qǐng)求命令，進(jìn)行相應(yīng)處理，選擇對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫(kù)，或者從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)傳送到客戶端并顯示[4].考慮到客戶端的并發(fā)訪問(wèn)數(shù)量，采取多線程和負(fù)載均衡等方法提高服務(wù)器的響應(yīng)速度和平臺(tái)的運(yùn)行效率.服務(wù)器和后臺(tái)之間使用相同的數(shù)據(jù)存取模式共享數(shù)據(jù)庫(kù)，后臺(tái)管理采用B/S模式，利用JSP技術(shù)開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)Web，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)Oracle 11g.開(kāi)發(fā)語(yǔ)言全部使用JAVA.

平臺(tái)共有3種角色：學(xué)生、教師和管理員.管理員和教師登陸后臺(tái)管理，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的更新及維護(hù).管理員主要更新學(xué)生的用戶數(shù)據(jù)、管理用戶權(quán)限和維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)安全.教學(xué)相關(guān)內(nèi)容的更新由教師在后臺(tái)完成，除去微課、教學(xué)文檔、教案、視頻課件等外，教師還要根據(jù)教學(xué)進(jìn)度更新學(xué)生自主測(cè)試題表，同時(shí)及時(shí)回復(fù)學(xué)生在客戶端提交的課程疑問(wèn).學(xué)生在手機(jī)上安裝APP，使用學(xué)生賬號(hào)(學(xué)號(hào)和身份證號(hào))登錄.APP包含入門引導(dǎo)、章節(jié)學(xué)習(xí)、自主測(cè)試和答疑討論等板塊.在入門引導(dǎo)板塊，通過(guò)簡(jiǎn)短而有趣的微課，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的大門；通過(guò)章節(jié)學(xué)習(xí)板塊全面了解課程內(nèi)容；用自主測(cè)試板塊和答疑討論板塊來(lái)深化理解課程所有知識(shí)點(diǎn)，最后將所學(xué)知識(shí)在實(shí)驗(yàn)課上進(jìn)行練習(xí)和驗(yàn)證.移動(dòng)學(xué)習(xí)整體流程見(jiàn)圖1.學(xué)生端流程部分主要在APP上，教師和管理員的管理端流程相對(duì)簡(jiǎn)單.

學(xué)習(xí)平臺(tái)是本課程課堂教學(xué)改革實(shí)施的基礎(chǔ)和保障.在兩年的使用過(guò)程中，不乏大量的并發(fā)操作時(shí)間.對(duì)平臺(tái)的平均響應(yīng)時(shí)間、并發(fā)用戶數(shù)等性能測(cè)試指標(biāo)的分析表明，此學(xué)習(xí)平臺(tái)可以滿足用戶需求.

4 學(xué)時(shí)分配及相關(guān)要求

根據(jù)課程改革內(nèi)容，制定了課程學(xué)時(shí)分配方案，詳見(jiàn)表1.

要求學(xué)生以線上自主性移動(dòng)學(xué)習(xí)為主.在APP中設(shè)置入門引導(dǎo)微課10節(jié)，并以章節(jié)學(xué)習(xí)為主要方式，在APP中記錄學(xué)習(xí)筆記，疑難問(wèn)題可以直接通過(guò)APP向教師或同學(xué)求助并討論.每隔一段時(shí)間，自主選擇是否進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的測(cè)試.自主測(cè)試能及時(shí)反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，使學(xué)生明確自己對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況[5]，以便進(jìn)行薄弱知識(shí)的補(bǔ)充學(xué)習(xí).移動(dòng)答疑的交互性比課堂提問(wèn)和網(wǎng)絡(luò)留言更有效，能帶來(lái)更好的學(xué)習(xí)效果.用實(shí)驗(yàn)課完成情況來(lái)檢測(cè)學(xué)生對(duì)于課程知識(shí)的了解和運(yùn)用程度，分析學(xué)生學(xué)習(xí)本門課程后在算法編寫實(shí)踐、程序設(shè)計(jì)能力、計(jì)算機(jī)專業(yè)素質(zhì)等方面的提升情況.最后，通過(guò)期末考核檢驗(yàn)學(xué)生能否達(dá)到或超越課程預(yù)定的教學(xué)目標(biāo).

圖1 移動(dòng)學(xué)習(xí)整體流程

章次內(nèi)容系列微課學(xué)時(shí)/h移動(dòng)資源學(xué)時(shí)/h交互答疑學(xué)時(shí)/h自主測(cè)試學(xué)時(shí)/h課堂練習(xí)學(xué)時(shí)/h第一章緒論01100第二章線性表02210第三章棧和隊(duì)列25200第四章串12210第五章數(shù)組和廣義表02201第六章樹(shù)和二叉樹(shù)54210第七章圖24200第八章查找06210第九章排序08211總復(fù)習(xí)一到九章內(nèi)容00211總計(jì)10341963

5 教學(xué)改革成效分析

為了更有效地比較基于APP的課程教學(xué)改革效果，在浙江廣播電視大學(xué)樂(lè)清分校本專業(yè)課程班(下稱學(xué)分班)外，組建了興趣班.興趣班中的學(xué)生并無(wú)該門課程的學(xué)分要求，純粹出于興趣額外選修.對(duì)比研究?jī)砂鄬W(xué)生在學(xué)習(xí)效果上是否有差異以及會(huì)產(chǎn)生怎樣的差異.在興趣班的組建過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)興趣班學(xué)生不論來(lái)自哪個(gè)專業(yè)，其共同特點(diǎn)是計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力普遍高于原班其他學(xué)生，自主學(xué)習(xí)能力普遍高于原班其他學(xué)生，對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程具有濃厚的興趣.

興趣班無(wú)相關(guān)歷史成績(jī)數(shù)據(jù)可縱向比較，故略去對(duì)此項(xiàng)的分析.學(xué)分班經(jīng)與未實(shí)施課堂改革的學(xué)期數(shù)據(jù)進(jìn)行比較知，通過(guò)教學(xué)改革，學(xué)生成績(jī)合格率由原來(lái)的75%提升至96%，優(yōu)秀率(85分以上)由原來(lái)的15%提升至66%，合格率與優(yōu)秀率均增長(zhǎng)明顯.這在一定程度上證明此課堂教學(xué)改革具備一定優(yōu)勢(shì)，取得了一定的成效.

為了在成績(jī)之外分別評(píng)判學(xué)生對(duì)課程的掌握程度與能力，舉辦了校算法優(yōu)化趣味賽.參賽成員有3類，分別為改革前學(xué)分班學(xué)生、改革后學(xué)分班學(xué)生與興趣班學(xué)生.為便于分析，使各類人群參賽成員人數(shù)均等.從比賽結(jié)果知，改革前學(xué)分班、改革后學(xué)分班、興趣班的得獎(jiǎng)率分別為40%，80%和100%.比較而言，興趣班學(xué)生與改革后學(xué)分班學(xué)生的總體水平強(qiáng)于改革前學(xué)分班的學(xué)生；而興趣班學(xué)生整體優(yōu)勝率達(dá)45%，高于改革后的學(xué)分班.這表明，基于APP的課堂教學(xué)改革能提升學(xué)生的課程接受能力與理解程度，學(xué)習(xí)效果較好；學(xué)生本身的興趣能更有效地發(fā)揮移動(dòng)學(xué)習(xí)的作用.

在本研究中，也嘗試對(duì)其他課程進(jìn)行了APP教學(xué)實(shí)驗(yàn).結(jié)果表明，工科類或本專業(yè)課程學(xué)生能夠很好地適應(yīng)移動(dòng)教學(xué)，而其余如文科類課程，則移動(dòng)教學(xué)效果僅突出反映在部分移動(dòng)學(xué)習(xí)素質(zhì)較強(qiáng)的學(xué)生身上.因?yàn)閷?shí)驗(yàn)均來(lái)自浙江廣播電視大學(xué)樂(lè)清分校，樣本數(shù)單一，所以實(shí)驗(yàn)結(jié)果只對(duì)應(yīng)電大基層學(xué)生，對(duì)于省市級(jí)電大及其他網(wǎng)絡(luò)院校則不一定具有普遍意義.

6 結(jié)語(yǔ)

基于APP的課堂教學(xué)改革的特點(diǎn)是課堂內(nèi)的教學(xué)活動(dòng)占比極少，而其課堂外的教學(xué)全面實(shí)施移動(dòng)學(xué)習(xí)，以手機(jī)智能終端為主要工具，借助微課與其他教學(xué)資源促進(jìn)學(xué)生對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)的掌握、領(lǐng)會(huì)和靈活運(yùn)用，輔以自主水平測(cè)試和移動(dòng)答疑.實(shí)踐表明，基于APP的移動(dòng)教學(xué)方式，可從管理員、教師、學(xué)生這三個(gè)層面彌補(bǔ)面授教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的局限，讓學(xué)生擁有更多的學(xué)習(xí)自主權(quán)，拓寬教師在課程教學(xué)方面的創(chuàng)新思路.

參考文獻(xiàn)：

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