依托数字信息化平台的课程教学改革的探讨

耿彧　赵仲孟

[摘要]当今是一个信息高度共享的时代，高校的课程教学需更有效地借助于快捷方便的数字信息化平台，培养大学生计算思维能力，适应现代教学手段和课程资源共享模式，使学生能够更好地分配学习时间，取得更好的教学效果。本文以数据结构与算法课程为教学改革探讨的实施对象，结合课程自身特点，将以问题为导向的教学法与翻转式课堂思想结合起来，阐述如何建设自主学习、课堂教学和实验教学3者相结合的综合课程教学模式，更好地培养学生分析问题和解决问题的能力。

[关键词]计算思维；教学情景；数据结构

doi：10.3969/j.issn.1673-0194.2017.18.154

[中图分类号]G642.0 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2017）18-0245-02

1研究背景

数据结构与算法是一门介于数学、计算机软硬件之间的计算机专业核心课程，目前在各高校的课程设置中，不但成为计算机学科的专业基础课，还是软件工程、通信工程、电子技术等信息类专业的必修基础課，也是计算机系历届研究生入学必考的专业基础课，甚至于成为聘用单位的笔试课目。因此，学校通过对本课程进行科学合理的课程建设，为学生后续课程学习打下了良好的基础，对培养学生的创新思维及训练编程动手能力极其关键。

瑞士著名计算机科学家N.Wirth提出著名公式“程序=算法+数据结构”。如何设计出一个结构好、效率高的程序，设计者必须研究数据的特性及数据间的相互关系和其对应的存储表示，即数据结构，并利用这些特性和关系设计出相应的算法和程序。从抽象数据类型和面向对象的观点来讨论数据结构已成为一种新的趋势，越来越受到各个学校的重视，很多学科已经开设或正在酝酿开设数据结构与算法课程。此外，如三维图形、海量数据处理、机器学习和语音识别等研究所需要处理的计算量极大，均需要依靠卓越的算法来解决。因此，随着现代科学技术发展，学校迫切需要加强学生在数据结构与算法设计方面的理论培训和实践操作，提高学生的综合应用能力和专业素质。

目前，数据结构与算法课程的教学面临着理论性较强、内容抽象、算法枯燥以及与实际应用结合不够密切的问题。但是，实际教学中所采用的传统课堂教学方法，以教师讲授为主，学生被动接受知识的教学方式，无法有效调动学生的求知欲与积极性，无法达到理想的教学效果。为了适应现代教学手段和课程资源共享模式，面对课程教学遇到的新挑战，学校应积极探索新的具有特色的教学模式，更好地为各学科培养新时代环境下的高素质创新人才。

2教学模式的探索与改革

2.1结合PBL教学法，将教学内容问题化

PBL教学法是以问题为学习起点、以学生为主体、以教师为导向的启发式教育，强调把学习置于复杂的、有意义的问题情境中，达到师生之间交流与互动的效果。因此，生动的教学情境创设显得非常重要，教师依据教学内容及教学目的创设情境导入课程。同时，教师设置经典问题及富有挑战性的题目作为课程的先导问题和课后探索研究的内容，调动学生的求知欲，培养学生善于捕捉、整合、判断各种知识的能力，以及不断思索与创新的能力。

数据结构与算法的内容主要涉及基本数据结构，如线性表、栈、队列；复杂数据结构，如树、二叉树和图；数据结构的应用，如查找和排序；常见算法，如贪心算法、分治算法、动态规划算法和回溯算法等。教师可以将一些经典问题（如表1所示）抽象为某种特定的数据结构，然后用合适的算法来实现，达到数据结构与算法的融会贯通。

为了适应计算机思维培养的需求，教师要进一步引导学生深化问题，发挥独特的创新能力，参照美国大学生竞赛的部分题目，设置一些挑战性题目。如手机普及与社会能耗问题，涉及到手机革命引起的能源问题，研究手机与固定电话之间使用量的优化问题以及手机使用和美国电能资源之间关系。再如，环岛道路交通流的优化问题，该问题的目标是使用一个模型来决定如何更好地控制环岛内的交通流，并考虑车辆进入环岛内的效率与安全因素。教师要按照“问题描述+问题分析+抽象数学模型+算法设计+编写程序”几个环节循序渐进地导入，通过实际的建模问题，培养学生灵活运用数据结构与算法设计的思想进行思考、归纳、分析和创新，开拓学生的思维想象空间。

2.2借鉴MOOC平台，将翻转课堂与传统教学结合

MOOC（慕课）是大型开放式网络课程的在线课堂，因其通过网络为广大学生提供更高质、高效、便利的教育资源和学习机会而倍受国内外高等教育界的关注。2013年，我国的“东西部高校课程共享联盟”引入MOOC的机制推动高校从传统教学方式向现代化教学方式的转变。为了逐步适应目前新型在线教学模式的发展趋势，学校应该以培养学生自主学习的能力、实现个性化的弹性学习、缓解学校上课资源压力等因素为出发点，并结合强大的网络资源，借鉴国内知名高校建设的MOOC平台，探索将翻转课堂与传统课堂相结合的教学模式应用于数据结构与算法设计课程，寻求课程的模块化设计，使学习变得更加灵活。

教师通过采用翻转式课堂教学模式，采用课外线上学习和课内线下集中两种方式，将知识点划分为3个难度级别：①难度高的采用课前看视频自修，课内讲授重点难点；②难度中的采用课内先讲解，课后看视频加强；③难度易的采用只安排课外看视频，课内不再讲解。由此，教师的一部分授课任务转变为设计知识点、设计准备、讨论课、查看数据和答疑辅导。同时，教师把每章的内容细化为若干个知识点，列出学习任务清单，根据每种数据结构的特点制定相应的问题，按照“问题描述+问题分析+抽象数学模型+算法设计+编写程序”循序渐进地导人。根据学生个人对知识点的理解与掌握程度设置学习时长。此外，学校要搭建同学之间、师生之间共同研讨的平台，教师也可从学生的讨论中受到启发，达到教学相长。

2.3实验环节要合理设计

数据结构与算法实验是一种验证型实验，将所学的理论知识与上机实践相结合，通过利用某种高级语言环境对算法进行验证。教师要按照理论知识一实训课一专题实验的环节依次进行。实训课在设计的时候要重基础、重验证，要求每个学生必须掌握基础理论知识及独立实现主要算法的验证。专题实验在设计的时候要重综合、重设计，以小组形式进行、以任务书的形式下达给每组学生。实验完成后以书面报告和小组讲解两种形式验收，侧重培养学生查阅资料的能力、创新能力、实践动手能力与合作精神。

3结语

以讲授为主的传统课堂教学模式将逐渐被以学生自主学习为主的新型教学模式所取代。教师要以问题为导向设置与现实生活密切相关的算法问题，调动学生学习的积极性，让学生能够感受到学有所用、学能所践，最终达到理论与实践的完美结合。