高校“數據結構”課程碎片化微課資源開發與應用研究

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　　摘 要 教育信息化的發展對高校課程教學改革產生了重大的影響，利用微課的優勢及特點，分析數據結構課程教學現狀，對數據結構課程碎片化微課資源開發與應用進行探索，提出了具體實施方案，培養學生邏輯分析和解決問題的能力，實現從以教師為中心向以學生為中心的轉變，提升培養學生的創新實踐能力。
　　關鍵詞 數據結構 微課 碎片化
　　中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.06.041
　　Research on the Development and Application of Fragmentation
　　Micro-curriculum Resources in University Data Structure Course
　　LIU Dongbo[1]， ZHANG Bi[1]， HE Hong[1]， LI Yongjian[2]， SUN Liang[3]
　?。╗1] College of Innovation and Entrepreneurship， Hunan Institute of Engineering， Xiangtan， Hunan 411101；
　　[2]College of Electrical Information， Hunan Institute of Engineering， Xiangtan， Hunan 411101；
　　[3]Department of Building Engineering， Hunan Urban Construction College， Xiangtan， Hunan 411101）
　　Abstract The development of educational informatization has had a major impact on the reform of college curriculum teaching. Using the advantages and characteristics of micro-curriculum， this paper analyzes the teaching status of the "data structure" course， and explores the development and application of the fragmented micro-curriculum resources of the "data structure" course. The specific implementation plan is put forward to cultivate students' ability of logic analysis and problem solving， and to realize the transformation from teacher-centered to student-centered， which plays a very good role in cultivating students' innovative practical ability.
　　Keywords data structure； micro-curriculum； fragmentation
　　數據結構是程序設計與算法之間的綜合性課程，是同時涉及數學、計算機軟件和硬件三者的計算機專業核心課程，而且許多其它理工科專業也將其列為必修課程。數據結構先導課程是程序設計，后續課程是編譯原理、操作系統、數據庫系統等課程，數據結構是承上啟下實現大型應用程序和系統程序的重要基礎。目前，數據結構課程一般還是采用以教師為主體的講授型教學模式，這種教學模式沒有體現個別化教學和個性化學習的需求，同時教師職業素養也得不到有效提高。2012年，教育部發布了《教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）》，規劃指出要推進信息技術與教育教學深度融合。隨著移動互聯網的發展，信息技術與課程教學不斷地進行了融合，具有碎片化特征的“微課”正成為新時代教育的熱點。目前，針對高校數據結構課程的微課資源很少，提出高校數據結構課程碎片化微課資源開發與應用，來滿足學生個性化學習、碎片化學習的需求。
　　1 研究現狀
　　在微課的發展方面，文獻[1]最先給出了“微課”的概念、特點及分類，“微課”成為重要的教育資源，引發了教育數字化教學改革。文獻[2]分析了微課在數據結構中的應用，探討了微課的特點，微課視頻設置的內容以及微課的授課技巧。文獻[3]分析了數據結構課程教學現狀和翻轉課堂的概念，探究如何在高校數據結構課堂教學中有效實施翻轉課堂的教學模式。文獻[4]提出了基于微課和混合式學習的教學模式，著力發揮微文化的作用，提高學生的注意力。在微課的教師培訓方面，文獻[5]等從不同角度提出利用微課促進教師素質的提升。文獻[6]探究了如何構建基于課堂教學視頻案例的教師培訓模式。在微課資源的開發與應用方面，文獻[7]闡述了“微課視頻”的實踐價值、具體制作流程及創新之處。文獻[8]定義了教學視頻案例的研究內容。文獻[9]主要探索應用視頻課例改進課堂教學方法。文獻[10]論述了以微型視頻為基礎的教學模式，為微視頻制作及各教學要素時間分配提供了可供借鑒的建議。
　　2數據結構教學現狀
　　2.1 教學手段單一
　　認知負荷理論研究表明，人的工作記憶容量并不是無限的，能夠即時加工的工作記憶信息組塊在7個左右，一般而言，人們只能同時記住2-3個信息組塊。教師在課堂內講解一個知識點的諸多方面或多個知識點，課堂講授內容多，時間長，認知超負荷隨之產生，阻礙學習者對知識的自主建構；同時，每節課講授時間是45分鐘，研究表明，10分鐘是一般人注意力保持集中最佳狀態的時長，長時間的講授會使學生注意力不集中、學習效果下降；而微課的一個知識點時長一般為5-8分鐘左右，微課例可以克服這個缺點。 　　2.2 教學方法落后
　　傳統的教學方法分為講授型和自主協助型，數據結構課程內容抽象且邏輯性強，這兩種教學方法都有不足的地方。
　　以教師為主體的傳統講授型教學方法主要是通過教師進行知識講授、安排學生實踐練習，學生被動接受知識和技能。這種教學方法缺乏個性化，不能因材施教，如果引進信息化的微課講解，可以借鑒優秀的教學方法，彌補教師本身的缺點，利用優質的教學資源替代教師傳統的講解。
　　自主與協作型教學方法是指以學生為主體，學生進行自主學習或者相互協作學習，教師在教學過程中主要工作是組織、指導和評價等。自主與協作型教學方法充分考慮了學生的個性化學習，獨立和合作學習的能力得到較好地培養。但是這種教學方法不利于學生掌握重點難點知識。微課可以提供其他教師和學生解決難點問題的范例，可以解決這個問題。
　　2.3 教學內容抽象
　　數據結構課程的特點就是理論性強、內容抽象、教學內容和先導課程聯系緊密，教學過程中要加深學生對理論知識的重點掌握，同時強調學生將理論知識轉化為解決實際問題能力的培養。在教學實踐過程中不難發現，學生對理論知識掌握較好，但是由于教材一般提供的是原理性的偽代碼，偽代碼不能直接運行，導致學生初學時不能順利編程解決實際問題，這也是傳統教學中會存在理論知識與實踐脫節的一個重要原因。目前，經典的教材有嚴蔚敏和吳偉民編寫的數據結構，該教材編寫嚴謹，知識結構全面，強調對數據結構算法模型的解釋，但是沒有提供完整的實際應用解決方案，不利于初學者解決實際問題。針對該問題，可以引進微視頻，動畫顯示算法演練過程和編程實際過程。
　　2.4 教學資源不實用
　　現有教學資源主要表現形式有精品課程網站和網絡課程，這些綜合性教學平臺主要是整合各類優質資源，知識粒度很大，提供的教學資源有長達45分鐘的教學視頻，一個視頻包含多個知識點，視頻內容和傳統課題表現形式相似，主要體現教師授課場景，PPT內容展示等，教學重點不突出，學生無法聚焦學習重點，資源可用性較差，學習效果不佳。同時，這些教學資源開發通常依賴專業的多媒體技術人員，任課教師難以親自開發，而技術人員不一定熟悉教學規律，開發的資源不一定適用于教學，從而造成需與求之間的不對稱，不利于教學活動正常開展。
　　3 數據結構微課資源開發與應用
　　3.1 微課資源選題
　　微課的選題主要原則是：明確教學目標，精煉教學內容，針對核心概念、重要知識點、必要教學環節、教學活動等特定的主題，在眾多的知識點或教學環節中提煉出重點、難點或興趣點，予以重點解答。主要目的是選題內容清晰凝練，學習者倍感興趣，讓學習者在短時間內高效掌握學習內容。微課內容可以是知識講解、知識拓展、方法傳授、技能演示、教材解讀、題型精講、總結歸納、教學經驗交流等。
　　3.2 微課資源設計原則
　　微課視頻資源的設計要考慮到主題明確，內容短小，信息完整；在盡可能短的時間內組織好教學內容，邏輯清晰，語言生動有趣，盡量將復雜的問題進行分解，減小學習者的壓力，吸引學習者的注意力，降低無關性認知負荷；微課結束后進行學習效果形成性評價，布置適量的練習題和問卷調查，鞏固學習內容并反饋教學意見。[11]
　　3.3 微課資源建設
　　微課的核心內容是視頻，為了便于存儲和網絡傳輸，視頻大多采用流媒體形式呈現。微課程的特點是教學過程完整簡短，包括提出教學問題、導入教學案例或情景、講解教學內容、安排教學活動、引導和啟發學生開展協作學習、探究學習等，在微課中吸引并保持學生的注意是成功的關鍵。數據結構課程中各種數據的存儲結構與邏輯結構及其經典算法尤其抽象，結合微課的特點，進行關鍵算法演示的微課設計，在數據可視化和算法過程可視化的基礎上實現知識形象化，將數據結構的算法執行過程以短視頻結合教師旁白的形式展示，學生通過直觀的微課展示形式加深對算法的理解，將理論知識轉化為實踐能力。
　　3.4 教學模式設計
　　課前準備。一方面，教師提供供不同學習風格的學生選用的微視頻、PPT、教材電子材料等微課教學資源。在網絡學習平臺上，教師提供學習內容導讀，明確學習的知識要點和關鍵步驟，設計練習作業題以便鞏固和深化對知識的理解，設計綜合性應用項目或問題以便學生對知識的遷移。二方面，學生根據教師提供的內容導讀，觀看教學視頻、PPT等教學資源，回答導讀、作業和綜合題中提出的問題，針對學習過程中的疑問，進行課前自主探究，并記錄好沒有解決的問題。
　　課中組織。第一環節，教師解決課前準備階段搜集到的問題，根據問題的類型組織學生進行探究式課堂學習或者討論式課堂學習；第二環節，教師設置典型任務，根據任務難易程度組織學生自主探究或小組協作學習，教師指導學生實驗操作或參與學生交流討論，或者進行集體講解或個別輔導。第三環節，進行任務和學習作品的完結，實現知識和技能的建構和內化。
　　課后鞏固。一是教師對學生完成的課程任務進行點評，在網絡教學平臺上將優秀的學習作品進行展示，供學生交流學習。二是根據學生學習情況，收集提供拓展學習資源，布置拓展任務，學生根據自身情況選擇是否完成拓展任務，實現對知識和技能的鞏固和拓展。三是發布問卷調查，征求收集學生對“微課+”翻轉課堂教學模式的看法。
　　4 結束語
　　綜上所述，通過對微課在數據結構課程中的開發與應用研究，探索出微課的教學模式，改善教學結構方式；研究微課設計與開發的理念、過程和解決問題的策略，總結出碎片化微課資源的建設規范、開發模式，開發方法；制作數據結構重點內容專題碎片化微課資源包，搭建自主學習平臺；為其它課程提供一個良好的范例。
　　基金項目：湖南省教育科學規劃課題研究成果，湖南省教育科學“十三五”規劃2016年度課題“高?！稊祿Y構》課程碎片化微課資源開發與應用研究”，課題批準號XJK016BG014
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