基于线上线下融合的数据结构教学改革

任雪萍

（杭州电子科技大学 信息工程学院，浙江 杭州 311305）

0 引 言

数据结构是一门计算机等相关专业关键的专业技术基础课程。通过数据结构的学习,让学生学会分析数据,为涉及的数据选择适当的逻辑结构、存储结构及相应的算法,并能对算法的时间和空间效率进行分析,让学生具备良好的编程技能和习惯[1]。

互联网环境下,网上资源丰富,企业对于员工提出了更高的要求。在这种形势下,数据结构的教学如果还是墨守成规,不进行改革,学生就不能适应环境。线上线下融合的混合教学方式是面对面授课和在线学习的融合。研究表明,混合教学模式的学习成效是否优于纯粹的网络学习和传统面对面学习,迄今没有得出一致的结论[2]。要让混合教学模式,能真正有利于提高学习成效,不能简单地照搬照抄,需要针对学生特点进行适当裁剪补充。

1 数据结构教学现状

传统的数据结构教学以教师满堂灌为主。完全采用翻转课堂实施课堂教学,学生又不能适应。

1.1 数据结构学习特点

传统整堂灌的授课模式,不能有效地降低数据结构学习难度。满堂灌的授课模式无视学生学习基础和学习能力的差异,采取一刀切的方式,根本无法满足各类学生的学习需求,导致课堂教学效果差强人意,学生逃课旷课时有发生。

1.2 学生特点

独立学院学生,学习基础、能力和主动性的差异比普通本科的学生要大得多。由于长期以来“满堂灌”和“填鸭式”教学,使得部分学生养成思维惰性,不预习、不复习的坏习惯和对教师的依赖,造成他们不会学习,学习兴趣不高。

1.3 线下资源有限，课堂以教师为主

传统教学模式中,课堂以教师为主,学生碰到的问题不能得到及时解答,因材施教不能充分体现。学生能够利用或者获得的资源有限,一般就是教科书、指定教材和教学PPT等。学习过程中能够交流的只有教师同学。

1.4 翻转课堂模式局限性

伴随新理念和新技术的不断涌现,使得翻转课堂成为了教学改革的新思路[3],但是翻转课堂也存在一定的问题[4]。线上学习视频由于时间的限制,一般只能讲解一个细小的知识点,而不会在知识点之间的联系展开讲解,更不会进行情感方面的交流;另外学生不能完成预习,不配合提问等原因,也使得翻转课堂的实施障碍重重。

2 互联网环境对教育信息化和企业人才需求的影响

在互联网+环境下教育信息化进入创新阶段[5],教学资源共享改变了以学校为渠道的配置方式,资源共享方式呈现多样化,出现了数字资源共享、教师资源共享和环境资源共享等共享方式。学生获得知识的渠道被拓宽,渠道不仅包括教师和学校,还包括学校资源、在线资源和社会资源。

在互联网这个快节奏的行业,一个产品迭代的周期越来越短,完完全全自主研发所有的产品显得有点不现实,整合市场上现有的各种资源,为我所用,快速打造产品才能赢得市场。此时就要求员工能有良好的资源整合的意识和能力。另外无论从事何种职业,现今社会对于PPT的制作、展示和讲解都有一定的要求。

3 基于超星学习平台的数据结构教学改革

基于前面的分析,本着以“学生为主体,培养能力为目的”的原则,对数据结构的教学改革可以采用线上线下融合,充分发挥面授教学和线上教学的优点,弥补它们的不足之处。对传统的混合教学[6]进行相应裁剪,建立适合独立学院学生特点和符合互联网人才需求的教学模式。

教学过程中线上和线下相融合,可设计在线教学和面授教学相结合的混合学习环境,如图1所示。与传统混合教学模式不同的是,线上教学资源,不仅仅是学校和教师提供的学习平台,还包括互联网上大量的相关学习资料。

图1 基于超星学习平台的线上线下融合教学模式

3.1 课程实施设计

先根据教学大纲的知识点的难易程度、重要性和可拓展的资源,设计知识点的学习以翻转课堂形式为主实施,还是传统的课堂教学形式为主实施。表1展示了树这一章教学大纲规定的各个知识点具体的教学设计。根据教学大纲,树这一章一共9学时8个知识点,见表1,这8个知识点中,有3个知识点是以翻转课堂的形式展开教学,有3个知识点有拓展延伸的任务。

以课堂教学为主的线下学习过程中,课后一样可以通过超星平台来巩固复习当天的知识点。以翻转课堂为主的线上学习,需要在平台上完成课前预习(包括查看学习导图、教学视频和知识点测试等)和课后复习。当知识点的可拓展资源较多,即由于教材内容更新不及时或PPT展示没有提及,而网上有较丰富的相关知识,此时教师设定问题,由学生到互联网上去寻找相关资料,然后到课堂上进行反馈。

3.2 翻转课堂

翻转课堂,每个主题的视频大概在10～15分钟之内,可以很好地降低数据结构的学习难度。翻转课堂教学模型简要地把课堂分为课前、课中和课后3个阶段[7]。

表1 树中各知识点教学设计

3.2.1 课前阶段

为了有效地实施翻转课堂,教师设计的学习导图是非常关键的一个环节。教师利用学习导图来有效地组织“翻转课堂”。所谓“学习导图”,是教师设计的以表单形式呈现的学习文件包,里面包括自主学习的目标、内容和方法,并提供相应的学习资源。

表2是针对数据结构中第1章绪论中的一个知识点——算法的特性和要求,而设计的学习导图举例。

课前,根据类似表1的知识点教学设计,确定以翻转课堂模式开展教学的知识点。每个知识点有独立的内容、学习目标、学习方式方法和针对性的在线课前练习。学生根据学习进度安排通过微视频或PPT学习。

为了避免出现翻转课堂中的负功能,提高学生课前阶段学习的积极性,学生完成一次微视频的观看能获得一定的平时分,知识点测试的成绩也计入平时成绩。

表2 数据结构学习导图举例

3.2.2 课中阶段

课堂活动设计的目标是保证翻转课堂教学在最大化地开展课前自主学习的基础上,不断延长课堂学习时间,提高教学效果,以促进知识内化的最大化[8]。课堂活动由教师引导学生完成,具体实施主要分以下3个步骤。

首先,学生根据课前自主学习提出问题,教师引导班上其他同学尝试回答。对于学生不能解决或解释不清的问题,教师在课堂上集中讲解,时间控制在5～10分钟。通过讲解和讨论,完成学生对于基础知识的内化。

其次,提出事先设计好的、有针对性的问题,让学生讨论或当堂完成。比如:用函数求三角形面积时,哪些情况属于正确性要求,哪些属于高效率要求,高效率指的是什么?要求学生马上动手完成。对于有余力的同学,提出如何进一步提高算法的效率。在学生动手操作的过程中,及时主动地与学生沟通交流,进行个别指导。由此完成对学生的知识迁移能力的训练。

最后,对相关知识进行拓展延伸。在课堂的最后10～15分钟之内,根据学生完成的PPT质量,邀请1～2位学生上台,给全体同学和老师讲解拓展知识。借此拓展知识面,培养学生沟通交流和制作PPT的能力。比如,讲到哈希表的时候,有学生给大家分享了Java中Hashmap的工作原理和使用的注意事项,图2是PPT的部分截图,而图3是另一个学生做分享时的照片。

图2 分享的PPT截图

图3 学生做分享时的照片

3.2.3 课后阶段

课后测评——对学习者测试与测量,采集研究数据,进行统计分析,实现教学效果的测评[5]。笔者通过在线测评、书面作业、阶段性测试和问卷调查等形式,进行效果评测。

首先,通过在线测评和书面作业,让学生及时了解自己的掌握情况,安排下一步的学习。教师根据测评和作业情况,分析学生知识点的掌握情况,哪些是易错点,哪些是难点。

其次,把学生的期末成绩与以往进行对比,分析翻转课堂是否能使教学效果得到提升。

最后,通过问卷调查的形式了解学生对翻转课堂教学模式和教学效果的看法。问卷内容包括学生对在线作业、视频等学习支持体系,教师的满意度,翻转课堂教学模式的看法和课堂时间分配等的看法以及他们的主观建议等方面。问卷调查一般在学期末进行。

通过一系列的课后测评,教师了解到学生关注的焦点,学习中碰到的问题等,进行研讨总结,教学反思,有必要的情况下,重新调整实施方案。

3.3 拓展延伸

互联网时代,学生获得知识的渠道被拓宽。互联网成为学生获得资源的一个重要渠道。在互联网时代,特别是互联网+时代,学生学习过程中不仅有师生交互、资源交互、生生交互,甚至还有社会交互,学习过程变成了一个复杂的网络现象。

基于 “以学生为主,培养能力为目的”的原则,在课堂教学环节,增加拓展延伸环节。

拓展延伸的实施方式是,在课堂结束时,布置一个与当前知识点相关的任务。此任务必须借助外力才能完成,促使学生去寻求各种交互,获得资源。获得资源,完成任务后,要求学生制作PPT,向全班同学讲解任务完成的方案。哈希函数在数据结构教材中是构造哈希表的方法。实际上除此之外,哈希函数还有很多其他的功能,比如加密、数字认证等。可以让学生课后去收集相关资料。

4 实施过程中的关键问题

实施过程中存在以下关键问题:各章节中知识点的教学设计、学习导图的设计、教学微视频的录制、学习支持系统的搭建以及学生的学习评价机制等。其中教学设计和学习导图的设计又是整个教学改革方案是否能有效实施的关键点。

5 改革效果

该实施方案经过了近2年的实践教学检验,相关研究项目的中期结题检查和学生问卷调查,得到了有关学生和专家的认可与好评。

在期中问卷调查中,40%的学生认为通过课堂学习了解到了数据结构科学的学习策略和方法,并且能够熟练应用;60%左右的学生认为学到了一些数据结构的学习策略和方法,但能够掌握和应用的不多;只有个别学生认为效果不明显,还是沿用原来的方法;有92%左右的学生表示很满意或满意课堂教学。以上数据表明学生能适应线上线下相融合的授课方式,比较满意课堂教学。

在实施方案的成效评价主要从期末平均成绩和参加竞赛情况这两方面展开,参加竞赛的情况又分为参赛人数和获奖人数来比较。

从课程成绩的对照分析上,发现该实验班的期末平均成绩与普通教学班相比提高了7分,高分人数明显比普通班多。该实验班的学生积极参加了ACM大赛、服务外包大赛、信息安全大赛和软件测试大赛等各项计算机相关的赛事,参赛人数比例和获奖比例也是普通班的数倍。

从调查问卷和成效评价可以看出,线上线下融合的数据结构课堂教学,有利于学生成绩的提高和能力的培养,提高了学生的自学能力、获取和整合资源的能力。

6 结 语

互联网时代,企业的人才需求发生了较大改变,课程教学如果不进行相应的改变,培养的学生就跟不上时代的潮流。笔者基于目前数据结构教学现状和线上线下教学的优劣点分析,以翻转课堂为切入点,采用线上线下相融合的数据结构课堂教学改革。在实施的过程中,部分内容采用线下教学为主,部分内容以翻转形式开展,制定符合学生实际和课程特点的实施方案,避免传统课堂教学的缺点和翻转课堂的负功能。笔者以后将进一步总结完善学习导图、在线作业等学习支持系统和学生评价体系,设计出符合独立学院学生学习特点的方案,进一步提升教学效果。