基于線上線下融合的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)改革

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)、存儲結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的算法,并能對算法的時間和空間效率進(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)對于員工提出了更高的要求。在這種形勢下,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,不能簡單地照搬照抄,需要針對學(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)、能力和主動性的差異比普通本科的學(xué)生要大得多。由于長期以來“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)慣和對教師的依賴,造成他們不會學(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)視頻由于時間的限制,一般只能講解一個細(xì)小的知識點(diǎn),而不會在知識點(diǎn)之間的聯(lián)系展開講解,更不會進(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、在線資源和社會資源。

在互聯(lián)網(wǎng)這個快節(jié)奏的行業(yè),一個產(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。此時就要求員工能有良好的資源整合的意識和能力。另外無論從事何種職業(yè),現(xiàn)今社會對于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,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)大綱的知識點(diǎn)的難易程度、重要性和可拓展的資源,設(shè)計(jì)知識點(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)定的各個知識點(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8個知識點(diǎn),見表1,這8個知識點(diǎn)中,有3個知識點(diǎn)是以翻轉(zhuǎn)課堂的形式展開教學(xué),有3個知識點(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來鞏固復(fù)習(xí)當(dāng)天的知識點(diǎn)。以翻轉(zhuǎn)課堂為主的線上學(xué)習(xí),需要在平臺上完成課前預(yù)習(xí)(包括查看學(xué)習(xí)導(dǎo)圖、教學(xué)視頻和知識點(diǎn)測試等)和課后復(fù)習(xí)。當(dāng)知識點(diǎn)的可拓展資源較多,即由于教材內(nèi)容更新不及時或PPT展示沒有提及,而網(wǎng)上有較豐富的相關(guān)知識,此時教師設(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)模型簡要地把課堂分為課前、課中和課后3個階段[7]。

表1 樹中各知識點(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是針對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中第1章緒論中的一個知識點(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)的知識點(diǎn)。每個知識點(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分,知識點(diǎn)測試的成績也計(jì)入平時成績。

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,不斷延長課堂學(xué)習(xí)時間,提高教學(xué)效果,以促進(jìn)知識內(nèi)化的最大化[8]。課堂活動由教師引導(dǎo)學(xué)生完成,具體實(shí)施主要分以下3個步驟。

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,時間控制在5～10分鐘。通過講解和討論,完成學(xué)生對于基礎(chǔ)知識的內(nèi)化。

其次,提出事先設(shè)計(jì)好的、有針對性的問題,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,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)生馬上動手完成。對于有余力的同學(xué),提出如何進(jìn)一步提高算法的效率。在學(xué)生動手操作的過程中,及時主動地與學(xué)生溝通交流,進(jìn)行個別指導(dǎo)。由此完成對學(xué)生的知識遷移能力的訓(xùn)練。

最后,對相關(guān)知識進(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1～2位學(xué)生上臺,給全體同學(xué)和老師講解拓展知識。借此拓展知識面,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是另一個學(xué)生做分享時的照片。

圖2 分享的PPT截圖

圖3 學(xué)生做分享時的照片

3.2.3 課后階段

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

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

其次,把學(xué)生的期末成績與以往進(jìn)行對比,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評,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)時代,學(xué)生獲得知識的渠道被拓寬?；ヂ?lián)網(wǎng)成為學(xué)生獲得資源的一個重要渠道。在互聯(lián)網(wǎng)時代,特別是互聯(lián)網(wǎng)+時代,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,甚至還有社會交互,學(xué)習(xí)過程變成了一個復(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,布置一個與當(dāng)前知識點(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)評價機(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。

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)施方案的成效評價主要從期末平均成績和參加競賽情況這兩方面展開,參加競賽的情況又分為參賽人數(shù)和獲獎人數(shù)來比較。

從課程成績的對照分析上,發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)班的期末平均成績與普通教學(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)比例和獲獎比例也是普通班的數(shù)倍。

從調(diào)查問卷和成效評價可以看出,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)生評價體系,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。