基于“雨课堂”的“数据结构”课程中师生互动教学模式的研究

王 达， 张 坤， 兰义华

(南阳师范学院 计算机与信息技术学院，河南 南阳 473061)

1 “数据结构”课程地位及作用

“数据结构”是计算机专业的核心主干课程之一，是一门理论知识和工程实践紧密相结合的综合性课程，在计算机学科的教学过程中具有十分重要的作用.该课程主要研究数据在计算机中的存储和处理方法，重点培养学生分析数据、组织数据的能力，提高编程效率.其前导课程有计算机基础、高等数学、C++语言，后续课程有JAVA程序设计、计算机网络、计算机组成原理、操作系统等课程.通过这门课程的学习，使学生在软件开发过程中能够正确、合理地设计算法，提高软件质量.本课程的学习能够为后续开设的课程的学习及软件设计水平的提高打下良好的基础，起到承前启后的作用.

2 “数据结构”传统课堂教学模式存在的问题

传统课堂主要是由教师的教和学生的学两部分组成.教的过程是指教师课前备好课，课中通过板书或PPT进行讲授、课堂中对学生进行提问、讲解完布置作业，课后对布置的作业进行批改.而学的过程是指学生在课前预习新知、课中认真听教师讲解、回答教师课堂中的问题、课后完成教师布置的作业，从而形成课堂前、课堂中、课堂后的三段式教学循环模式.传统教学模式仍停留在知识点的讲授学习，学生的学习仍处于教师为中心的课程教学活动或者知识任务驱动的自主学习环境中[1]，而教与学的互动方式仅仅是通过言语互动，缺乏深入地互动交流，不能激发学生学习新知的兴趣、主动学习的积极性以及创新思维.

3 “雨课堂”引入“数据结构”课程教学中的作用

“雨课堂”是由清华大学在线教育办公室与学堂在线在2016年4月共同合作研究出的一款智慧型教学工具软件[2]，工具作为插件嵌入Microsoft PowerPoint软件中，结合微信(WeChat)使用灵活、方便，为教师和学生之间的互动建立了一座沟通的桥梁.“雨课堂”提出了课前、课中、课后“三段式导学”模式[3]，目的在于使教师实时掌控学生学习的动态数据信息，根据反馈的数据报告及时调整教学方法，设计教学环节，改变教学任务，从而培养学生自主学习能力，保证学生充分理解，敢于思考，勇于创新.

目前，一些院校在某些类课程中已经采用了“雨课堂”辅助教学，实践效果比较理想.我们尝试在“数据结构”课程中采用“雨课堂”，以计算机科学与技术专业2019级一班作为实验班级，通过在 “课前 - 课中 - 课后”三段式导学教学模式中师生互动[3]，如图1所示，从而提高教学质量.

图1 三段式导学教学模式

4 “雨课堂”在“数据结构”课程中具体实施

4.1 课前环节

4.1.1 教师准备工作

(1)教师根据培养方案和教学大纲要求，针对每节课的重点、难点知识制作PPT和录制相关视频文件.

(2)设置本节课的预习习题，具体设置习题类型如图2所示.

图2 习题设置界面

(3)通过“雨课堂”平台向学生班级推送相关资源.

(4)群发布公告提醒学生预习PPT，观看相关的视频文件，完成习题任务.

(5)课前通过“雨课堂”手机端了解学生预习情况(以二叉树遍历为例进行示范)，及时掌握学生学习动态，如图3、图4所示.根据学生预习反馈和习题完成情况了解学生对新知掌握情况，以便及时调整课中教学内容的深度和难度.

4.1.2 学生完成任务

(1)学生微信用户名统一设置“学号”+“姓名”格式.

(2)在“雨课堂”手机端预习教师推送的资源，完成课前习题任务.

(3)针对课件中不懂的知识点，点击页面右下角的“不懂”按钮，如图5所示.

(4)遇到疑难问题也可以在“讨论区”进行师生在线答疑，如图6所示.

4.2 课中环节

4.2.1 教师点击“开启雨课堂授课”按钮，选择授课的班级名称，系统自动生成二维码，教师通过手机扫码后接收登录验证码，如图7所示(教师端界面)，完成后进入学生微信扫码和课堂暗号的界面，如图8所示(学生登录界面)，单击开始上课，师生进入“雨课堂”教室.

4.2.2 教师根据进入“雨课堂”中课堂人数掌握学生出勤情况.

4.2.3 教师讲解新知，播放的PPT会同步在学生的手机端，学生进行多屏学习[4-5].教师的手机端具有“遥控器”的功能，可以控制PPT播放的速度和切换，使课堂教学变得轻松和灵活.

4.2.4 教师根据需要可以开启“雨课堂”中的弹幕功能，学生可以通过发送弹幕信息提出教学过程中的问题、质疑或与之相关感兴趣的话题.

4.2.5 教师课程讲解结束，通过平台发送随堂练习、测试，让学生在规定时间内完成并提交平台.

4.2.6 测试结束后教师进行实时点评，学生完成知识的梳理.

图3 学生反馈信息界面

图4 学生预习情况界面

图5 学生标注界面

图6 讨论区界面

4.3 课后环节

4.3.1 课程结束后教师接收“雨课堂”反馈的课堂报告.

4.3.2 根据课堂报告数据，教师布置课后作业，提交平台，学生完成.

4.3.3 教师对学生提交的作业进行批改，并实时和学生在线上进行交流互动.

4.3.4 教师对学生进行个性化辅导.针对学生掌握层次不同，推送不同难度的习题.

4.3.5 教师进行课堂反思，学生进行教学评价.

图7 教师登录界面

图8 学生登录界面

5 “雨课堂”在“数据结构”课程中应用优势

5.1 课前

课前教师将本节课中所讲的内容发布到平台，使学生对新知有一个初步的了解，完成课前预习，通过学生自主学习，从而凝练问题.对于不理解的知识学生可以查阅相关资料，培养学生自主学习能力和查找文献的能力，还不能解决的可以通过班级群讨论、教师在线答疑，共同合作解决，从而提高团队协作能力，即使通过合作还不能解决的问题带进课上学习，印象也是非常深刻，从而激发学生探究的好奇心，带着问题在课堂中会更加认真听教师讲解，提高课堂的效率.教师发送到雨课堂平台的资源可以是PPT、视频、动画等多种形式，教师时刻关注平台反馈数据信息，及时给予学生在线督促、在线指导、在线答疑.学生利用平时碎片时间完成教学预习任务，通过教师和学生的实时互动，解决一些低层次的问题，凝练一些高层次问题，延长传统课堂的教学过程，同时提高学生自主学习能力.

5.2 课中

课堂中教师讲解新知，学生根据自己在课堂上的听课情况对不理解的页面进行“不懂”点击，对重点、难点的知识进行“收藏”处理，这些数据也会同步传到教师端，使得教师根据这些情况及时调整教学进度，真正做到教师和全班学生之间的互动.

学生通过实时弹幕，可以向教师反馈信息和问题，教师可以实时查看弹幕，可以对共性的问题或选择一些问题进行讲解，实现师生思维同步互动.

教师可以对教学内容的重点、难点问题进行随堂练习和测试，教师将习题提前设置好，通过“雨课堂”将试题发到学生的手机端，在学生规定时间内提交完成，教师手机端就会出现学生答题实况，详细到每位同学的作答信息，这样教师能够全面掌握每位同学对知识点的掌握情况(如图9、10所示)，解决了以往在课堂中只能和个别同学进行互动的问题，互动覆盖到整个班级.这样既能集中学生的注意力，又能避免学生抄袭作业的现象，同时掌握课堂的第一手反馈信息，以便课后对于答题情况不好的同学有针对性的辅导，这些是传统课堂无法比拟的.另外，也可以通过“课堂红包”奖励答对的同学[6]，激励学生学习积极性，活跃课堂教学气氛.

5.3 课后

课后教师在平台对作业进行批改，学生在线实时接收作业批改情况，在线上与教师展开教学互动，教师依据课堂反馈报告数据，对典型问题和个别学生进行有针对性的资料推送，从而强化学生个性化学习，做到因材施教，有效解决传统课堂教学效果反馈存在滞后性的问题.

另外，学生反馈的教师评价及时帮助教师完成课程的教学反思，教师依据学生的课前预习情况、课堂参与程度、课堂测试结果、课后作业完成情况为每位学生建立自己的学习数据模型[7]，这是传统课堂无法做到的，也是“雨课堂”的创新点之一，它能够全面帮助教师分析学生对新知的掌握情况(效果如图11、12、13所示)，从而整体上调整、优化课程的教学进度和教学方案.

图9 学生作答情况

图10 作答投屏效果

图11 课堂参与情况

图12 习题数据

图13 学生数据

6 结语

在“数据结构”课程中使用“雨课堂”，实时、高效地提高了师生互动，改变了“以教为中心” 的传统教学理念，由传统的教师“填鸭式”讲授改变成师生有交流、有互动，由传统的学生被动学习改变成学生积极主动探索、发现，这是一个质的飞跃.同时延长了传统教学课堂，建立了以学生为主、教师为辅的新型师生关系，培养学生自主学习，积极参与课堂，勇于发现，敢于创新，将课堂还给了学生，从而使课堂效率得到了明显的提高.“雨课堂”教学过程中也存在网络“卡顿”“掉线”、课堂如何监管学生手机使用情况等一系列问题，这需要在技术的支持下找到妥善有效的解决方案.