基于四阶段模型的“数据结构”课程教学模式应用研究

康筱彬

摘要：“数据结构”是计算机相关专业必修的一门专业基础课程，以研究计算机加工的数据结构的特性为主。在传统的上课过程中，教师采用讲授的方式进行，学生通过课堂的学习仅能完成对课程知识点的理解，而对于知识点的深入学习和比较应用都需要在课后完成，因此学生对知识的灵活应用能力相对较低。依托翻转课堂的四阶段模型，将该课程的重点由原先的理论讲解变为知识的深入理解，通过代码优化等方式激发学生对知识的贯通应用，以及解决问题时的创新思维。本文通过该模型的实际应用探索“数据结构”课程的新的教学方式。

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.

关键词：课程；四阶段模型；优化

Key words： curriculum；four stage model；optimization

中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）29-0207-02

0 引言

“数据结构”课程是计算机相关专业必修的一门专业基础课程，通过对该课程的学习要求学生能够从计算机所处理的问题入手，分析研究计算机加工的数据结构的特性，以便为应用所涉及的数据选择适当的逻辑结构、存储结构及其相应的操作算法，并且能够初步掌握时间和空间分析技术，编写的程序代码应结构清晰、正确易读，能上机调试并排除错误。本文秉承“数据结构”课程的教学目标，借助翻转课堂中的“四阶段模型”授课方式进行教学组织，以强化学生学习能力和计算思维能力为主，目的在于提升课堂教学质量的同时，激发学生的创新创造能力。

1 “数据结构”课程教学现状

当前“数据结构”课程教学大多时候仍采用以教师讲授为主的方式进行，课堂教学以知识的传授为主，知识的内化依赖于学生课堂以外的学习。这种教学模式存在以下不足之处。

1.1 课程教学过分注重知识点的理解，而不是应用

在传统教学模式中，评价教师课堂教学质量的重要标准就是“听懂”。因此教师会将课程讲解的重点设置为知识点的原理分析，忽视了知识点的应用环境和应用优缺点评价，使得学生的学习方法以记忆为主，而不是理解和应用。

1.2 忽视教学对象的差异，淡化学生学习个性化

在传统教学模式中，教师采用统一的教学内容和教学方法进行讲授，忽视了学生的认知水平和学习能力，这一现状促使很多认知水平较低的学生出现“听不懂”的状况，从而影响学生的学习兴趣，降低了课程的教学效果。

1.3 课堂气氛呆板，阻碍了学生创新能力的发展

在传统教学模式中，教师进行知识的讲解，学生进行被动的接受，课堂留给学生思考、讨论的时间少之又少。因此学生在学习过程中容易产生依赖思想，等待老师对问题进行解答，解决问题常采用模式化方法，不能够对知识进行灵活的应用。

2 四阶段模型概述

四阶段模型是翻转课堂教育模型的一种，由杰姬格斯丁（Gerstein，2011）构建，充分发挥信息化环境的优势，教师课前向学生提供的教学视频等学习资源，促使学生在课前完成知识的学习，课堂上教师与学生一起完成作业答疑、写作探究和互动交流等活动，已达到知识内化的学习效果。

由图1可以看出，翻转课堂被分为体验参与、概念探索、意义构建、展示应用四个阶段。

2.1 体验参与

教学组织从学习活动参与开始。根据知识点设置情景和问题，使得学生通过对情景的理解和问题的分析发现未知的知识和解决问题的新方法，在体验过程中激发学生的学习兴趣和探求知识的积极性。

2.2 概念探索

该环节由教师通过教学视频和书籍向学生进行知识点的讲解，并通过开展讨论和答疑等形式促使学生理解和掌握知识点，完成传统教学中对知识点“讲授”。

2.3 意义构建

该环节由教师引导学生完成。通过测试、撰写报告等形式启发学生对新知识进行重构和内化，同时通过对所学知识进行归纳或比较实验培养学生的创新思维，在理解和掌握知识的同时达到灵活应用的教学目的。

2.4 展示应用

最后学生将意义构建环节完成的报告、实验结果等进行阐述和应用展示，教师根据这一环节对学生的学习效果进行评价。对于学习过程中出现的问题以及学习效果不符合教学要求的学生可以再次进行知识点的学习。

从上述过程中可以看出，该模型在完成知识“讲授”的基础上注重知识的内化，展示环节可以帮助教师了解每个学生的学习效果，对于学生学习过程中的不足之处进行“一对一”的辅导，充分体现个性化教学。

3 四阶段模型课程实施方案设计

“数据结构”课程主要向学生进行讲解解决计算问题时所涉及逻辑结构、存储结构及其相应的操作算法，根据四阶段模型可将课程模式进行调整如图2所示。

3.1 问题提出

根据算法应用的典型环境提出问题，由学生对问题进行分析，并思考问题的解决方法。

3.2 经典方案

教师提供课本、参考书和学习视频。学生通过阅读课本和参考书找到该问题的解决思路及相关代码，并通过上机完成代码的运行和调试。

3.3 代码优化

根据调试和运行结果要求学生对代码进行优化，并完成上机调试和运行。在代码的优化过程中需要借鉴其它课程的知识，因此该过程对于培养学生的创新思维和知识的综合运用有一定的帮助。

3.4 应用比较

学生将自己的优化结果进行展示，对优化思路进行阐述说明。

以两数互换程序设计为例，课本通常给出的经典代码如下：

void swap（int*a，int*b）{

int t=*b；

*a=*b；

*b=t； }

学生可将该代码进行如下优化：

void swap（int*a，int*b）{

*a=*a^*b；

*b^=*a；

*a^=*b； }

该代码借助数字电路中的异或运算替代了原代码中的中间变量，这一优化可以进一步减少内存消耗，降低程序的运行时间。

4 总结与展望

在数据结构课程的讲授中，通过该模型的应用，促使学生在学习和掌握新算法的同时，能够最大程度的扩展思路和综合所学科知识，也能帮助学生提升分析问题解决问题的能力。

但是在该模型实际应用过程中也存在一定的不足之处，例如体验参与环节中典型问题的设置以及代码优化的过程中教师应当如何对学生进行引导使得学生能够进一步的扩展思路等，这些问题还需要进一步的进行探讨。

参考文献：

[1]钟晓流，宋述强，焦丽珍.信息化环境中基于翻转课堂理念的教学设计研究[J].开放教育研究，2013（2）.

[2]黄燕青，翻转课堂中微课程教学设计模式研究[J].软件导刊，2013（6）.

[3]刘小晶，钟琦，张剑平.翻转课堂模式在“数据结构”课程教学中的应用研究[J].中国电化教育，2014（8）.