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基于翻转课堂的数据结构实验教学研究孟欠欠肖建于李梦雯李晓（淮北师范大学计算机科学与技术学院，安徽淮北2 3 50 0 0）【摘要】通过剖析新工科背景下的实验教学现状，借助翻转课堂理念，提出数据结构实验教学改革方案。该方案主要围绕四个阶段，课前预习阶段，教师在网络平台准备实验任务，学生自主学习；课堂教学阶段以学生为主，教师引导答疑、把控教学进度；课后阶段，教师总结反思，进一步实验拓展；考核阶段，教师移植题目到PTA平台，学生线上考试，自动测评得分。通过实验改革，提高学生的实践创新能力，也为新工科背景下培养企业所需的IT人才提供参考。【关键词】翻转课堂；PTA平台；新工科；校企合作【中图分类号】G652【文献标识码】AResearch on Data Structure Experimental Teaching Based on Flipped ClassroomAbstract:By analyzing the current situation of experimental teaching in the context of new engineering,and utilizing the conceptof flipped classroom,a reform plan for data structure experimental teaching is proposed.This plan mainly revolves around four stages.Preview before class stage,where teachers prepare experimental tasks on Online platforms and students learn independently;theclassroom teaching stage is mainly student-centered,with teachers guiding answer questions and controlling the teaching progress;in thepost class stage,the teacher summarizes and reflects,and further expands the experiment;during the assessment stage,teachers transferquestions to the PTA platform,students take online exams,and automatically evaluate their scores.Through experimental reforms,weaim to enhance students practical and innovative abilities,and also provide reference for cultivating IT talents required by enterprises inthe context of new engineering.Key words:flipped classroom;PTA platform;new engineering;school-enterprise cooperation引言新工科背景下，信息化技术是促进科技发展和产业变革的关键手段，传统的工科人才已无法满足新形势的需求，未来新经济与新工业需要的是新型实用性工科人才，这对高等院校人才培养目标提出了新的要求。“数据结构”是计算机专业的核心课程，更偏向于综合程序设计能力的培养，课程实践性强，那么在实验教学中就要更注重于激发学生的积极性和培养编程能力。为提高数据结构实验的教学效果与质量，应探索多模式下的教学方法。苏卓等 提出了以“实验课内评测一课外自我训练一课程设计导向”为主体的课程实践模式，强化学生实践能力。王树梅等 2 提出了一种基于问题驱动的实验指导方案，结合教学反馈，不断提高教学质量。张少仲等 3 借助以赛促学理念，提出基于ACM竞赛的数据结构实验改革方案。窦燕等 4 引用了PTA辅助教学平台，提出了基于CSP和PTA的数据结构与算法课程设计策略，取得了良好的教学效果，重【收稿日期】2 0 2 2-0 9-2 1【基金项目】安徽省省级教学示范项目“数据结构”（kctd19046）；淮北师范大学校级质量工程项目（2 0 2 0 xylzy001，2021xjxyj014,2021xjxyj016)。【作者简介】孟欠欠（1994一），女，淮北师范大学计算机科学与技术学院讲师，研究方向为机器学习、图像处理。【文章编号】10 0 8-1151(2 0 2 3)0 6-0 0 95-0 4点培养了学生的动手操作能力。通过剖析实验教学现状所发现的一系列现象和问题，本文借助翻转课堂理念，利用超星泛雅平台、PTA平台和腾讯会议等线上教学辅助工具，建设以培养“实践型学生”为主体的“数据结构”课程实践模式，提出了强化实践应用能力的具体实施手段，为培养新工科背景下企业所需的应用型、创新型IT人才提供参考。1课程现状与问题分析1.1教学内容不够时代性目前“数据结构”课程实验相关的教材或指导书主要是程序设计和数据结构的内容，而不是开展数据结构的应用，虽然有些内容明确并且强调应用，但与社会发展需求密切相关的内容较少，缺少紧扣时代特征内容，比如与人工智能、机器学习主题相关的实践类教材更少。此外，实践主题具有复杂性，导致教材内容工程化、系统化不足。-95-1.2乡编程技能不够扎实“数据结构”课程实验旨在帮助学生利用已掌握的计算机高级语言将现实世界的实际问题抽象为问题模型，选择合适的数据结构，编写并运行应用程序，保证执行效率的最优化。其中，程序的编写与运行是关键，因而学生需要掌握一门计算机高级语言。以淮北师范大学为例，学生已经在大一学习了C语言，第二学期学习了C+，第三学期开设数据结构，用CIC+编程实现问题理论上是足够的，但在项目实现阶段发现学生的编程基础基本保留在语言基本知识，究其原因，主要在于学生习惯于教师的课内指导，缺乏课外拓展与实践训练，在分组进行的课程设计中，这些学生往往不参与项目代码设计与编写，仅在综合设计报告上完成一些工作，程序设计能力没有得到足够的训练，最终影响课程设计的教学效果。1.3实验整体把握能力不强基于数据结构的课程实验中，教师往往会选择中等难度的项目，并要求学生按照“问题抽象一数据结构一算法设计一代码实现一代码测试”等五个步骤完成项目。但学生对项目的开发过程并不能很好把握，主要原因在于数据结构实验大多数是教材中理论知识的简单延伸，并已抽象出数据模型，学生只需“按部就班”即可完成实验。虽然可以很快完成实验任务，但面对实际问题，学生往往会手足无措。另外，在没有教师额外布置编程任务情况下，极少有学生会主动做拓展练习，而为了照顾大部分学生，教师布置的编程任务量并不够多，最终往往会出现学生上课能听懂，但一写程序就不会的情况。究其原因，主要在于学生缺乏拓展创新的勇气，缺少编程实践练习，遇到实际问题害怕编写程序，导致实验整体把握能力不够强大。1.4?考核机制不够客观“数据结构”课程实验的考核方式常为学生选题分组一完成项目一撰写结题报告的方式。虽有考核标准，但项目题目往往较为固定、缺少创新。根据以往的学习情况看，当考核内容与方式较为固定时，学生会缺乏压力与紧张感，上课会不集中精神，心理上的不重视会严重影响学习效果；其次当学生无法解决编程问题时，往往会借助网络资源或他人程序照搬照抄，而这一过程对于抄袭问题很难鉴定，缺乏雷同检测，影响考核结果的客观性。此外，与编程相比，学生往往更专注于在报告的撰写上，而报告只是考核结果的一部分，并不能公正、客观地放映学生实验任务的完成情况，因而需要完善考核机制。1.5教学内容不够时代性教师缺乏一定实践经验“数据结构”作为一门实践性强的专业课程，实验环节主要是上机方式，课程的实际应用是教学的一个难点，并不是每一个教师都能事先准备好调研项目，并且有些教师缺乏一定的实践经验，难以找到理论与实践的衔接点，导致理论-96-与课程设计脱节。此外，随着课程内容的更新换代，新技术的不断涌现，导致计算机实践与企业实际相脱节，最终影响课程设计教学质量，这对实验教师队伍也提出了新的要求。2翻转课堂教学模式研究2.1翻转课堂翻转课堂是目前比较流行的一种“颠倒课堂”的教学模式 5。在该模式中学生通过教学视频、课前作业等进行自主学习，教师则根据学生的学习情况、作业完成情况分析学情，提取重点与难点，进行学情分析；然后在课堂中穿针引线，答疑解惑，而不再是教师的“独角戏”。与传统课堂相比，它能打破教学时间、教学地点的限制，使课堂变成师生、学生讨论和教师答疑的场所，学习方式更加灵活，提高学生的学习自主性，对实现知识内化具有重要意义。在翻转课堂中，教师作为引导者，穿针引线，在实验课程的教学中，对其实践能力与项目把握能力有一定要求。为提高专任教师的实践经验，学校可利用假期让教师参与企业课程培训，了解企业实际需求。其次，将企业教师纳入到课程群建设中，深入参与到人才培养方案与教学计划制定过程中，共同确定实践体系。最后，改变以教师讲解为主、学生按步去做的教学模式，构建以学生为主体、教师为主导的教学模式，以学生的自主学习为中心，借助超星学习通开发和建设线上课程资源，引入PTA程序实践平台，校企教师联合授课，通过构建真实研发实战环境，引入真实项目。在此期间，企业教师、专业教师与学生建立QQ群、微信群或网页，提供在线交流渠道，为翻转课堂的落实打下基础。2.2 PTA 平台为更好地实施翻转课堂教学模式，在此引入程序编程测评平台“拼题A”（PT A），PT A 是2 0 15年9 月推出面向高校和社会的程序自动评测、开放式的教学辅助平台，对于程序设计类的课程实践训练是一个优秀的平台，已有众多大学选择该平台实施程序设计类课程实践环节，该平台不仅实现在线编程与测评得分等功能，还支持丰富的题目类型，方便教师布置实验任务，设置时限、内存限制以及代码长度限制等。教师也可根据实际将ACM竞赛、CSP认证以及企业真题移植到平台中供学生实践练习，另外该平台还具有代码查重功能，能够有效遏制代码抄袭，促进学生自主学习的能力。2.3学生问卷调查为有针对性地进行数据结构实验课程翻转课堂模式的设计与实施，笔者根据学生的学习基础与教改兴趣等设计调查问卷 6 。本次问卷选取计算机学院2 0 2 1级计算机专业（专升本）学生进行问卷调查，通过学生对于实验改革的接受程度与反馈来分析本次改革的有效性。该专业学生已具有程序设计语言基础，共142 人，发放有效问卷142 份，收回有效问卷12 7 份。对调查结果进行统计，结果如表1所示。表1学生情况调查问卷统计问题内容分类学习您进行课前预习的频率基础是？您听课理解程度是？您的程序设计语言能力是？教改您赞成实验改革吗？兴趣如果进行实验教改，您的感受是？表2 实验教学设计选项模块AB经常有时37.01%47.09%完全听懂似懂非懂完全不懂40.94%58.27%熟练比较熟练24.41%34.65%赞成不赞成70.87%3.15%兴趣浓厚兴趣不浓不感兴趣65.35%23.62%平台C课前PTA平台在PTA平台上布置实验作从不业18.90%课中线下+线上根据课前收集的学习数据，抽取5名同学的实验作业共0.97%享屏幕运行较差课外PTA平台找出未得到满分的实验，39.95%找出问题并记录一般将2-3 题企业真题移植25.98%PTA平台，学生课外练习实验PTA平台课程范围内，借助PTA平11.02%考核任务要求台，独立完成项目设计任务目标分析平台数据，找出“弱项”知识点根据课堂教学中的问题，教师梳理并讲解总结帮助教师更好的设计实验任务帮助学生更好的进行课外拓展提高学生的自主学习与实践编程能力数据结构实验作为一门实践课，学习难度较大，仅仅依靠实验课完成实验是远远不够的。根据表1可见，3 7.0 1%的学生经常进行课前预习，47.0 9%的学生有时进行课前预习，18.90%的学生从不进行课前预习；学生对实验课似懂非懂占了58.2 7%，这也表明教师答疑解惑的重要性。另外，学生的程序设计语言能力比较熟练的占比3 4.6 5%，较差占比39.95%，表明学生的编程能力有待提高，而编程基础的不扎实，也会影响课堂教学效果。对于教改兴趣，7 0.8 7%的学生赞成进行实验改革，2 5.98%的学生感觉一般，仅有3.15%的学生不赞成教改；6 3.3 5%的学生对教改兴趣浓厚，11.0 2%的学生对教改不感兴趣，2 3.6 2%的学生兴趣不浓。3番翻转课堂具体模式实施“数据结构”课程教学分为理论与实验两大模块，借助超星泛雅平台实现与腾讯会议实施线上线下混合式教学，其中理论教学56 学时，实验教学2 8 学时。新工科背景下为培养满足企业需求的实践型人才，需重点培养学生的编程能力，进行实验改革势在必行。文中提出基于翻转课堂的数据结构实验教学改革方案，分为课前、课中、课后和考核四个环节，改革方案如图1和表2 所示。教师：考勤+点评作业课前教师：抽取5名学生展示教师学生教学手段：发布实验超星学习通+PTA平台业互动答疑教学资源：企业真题、ACM竞赛教学理念：新工科建设教学模式：线上线下混合式教学3.1课前：实验任务布置，学生自主完成与理论课的教学进度相一致，在每周实验课堂活动的前1周，教师根据学情分析，制定学习计划，借助PTA平台有针对性地布置与理论知识紧密相关的实验任务。学生根据任务要求，以平台为媒介，自主完成实验任务，平台测评得分也作为实验成绩。该环节的教学目标是促进学生深入理解课堂知识点，将理论与实践相结合，锻炼基础编程能力。另外，教师根据学生的答题情况，选优秀作业，并通知学生做好展示作业的准备；其次分析平台数据，找出“弱项”知识点，掌握学生学情。课前任务布置是检查学生自主学习能力与编程能力的重要方法，也更好地帮助教师进行学情分析。3.2课中：教师引导答疑，把控教学进度课中阶段利用腾讯会议支持课堂教学，实现师生反馈；以超星学习通和PTA平台辅助课堂教学，收集数据。腾讯会议不仅能直播上课，而且教师与学生均能共享界面，更方便实现师生互动交流。（1）签到考勤环节，上课前10 分钟，利用超星平台的签到功能实现考勤，教师可通过班级群督促学生完成考勤，考勤结束后，平台生成签到详情，并可以导出。（2）作业点评环节，教师通过腾讯会议的“共享屏幕”课中功能，以课前收集的学生数据为前提，教师对学生的实验完成情况进行点评，指出优点与不足之处，提取重点与难点。（3）作业展示环节，在课堂活动中有的问题教师多次讲实验及运行情况自主学习教师：互动讨论提出问题小组讨论了解学情完成实验课后教师学生实验反思复习完善布置任务课后拓展在线辅导拓展提升图1实验教学改革方案解学生仍不懂，而让学生讲解，不懂者可能就更懂了。因而学生：在教学中以问题为主导，借助腾讯会议共享界面的方式，选教师：梳理知识点归纳总结考核教师：PTA设计试题业学生：系统随机抽取四道编程题，上机考试考试时间：12 0 分钟PTA测评得分取5位优秀作业的同学展示作业，要求学生讲述两部分内容，先介绍算法思想与数据结构，然后讲述实现的过程，每一部分的函数功能，最后运行代码。在这一过程中，教师适当穿插问题，并鼓励学生互相交流，探讨解决这些问题，并现场修改程序，实现知识内化、巩固学习成果的目的，同时教师把控课堂氛围与教学进度，让学生体验解决问题的乐趣，在这一过程中教师的角色主要作为引导者。（4）总结、布置拓展实验环节，教师首先对课堂情况进行总结，然后布置课后拓展实验，鼓励学生继续拓展创新。-97-3.3课后：反思总结，进一步实验拓展教师从实验准备、课堂情况和学生完成实验情况等方面进行总结。首先找出成绩未得到满分的实验，找出问题并记录；其次考虑课堂内容是否丰富，以便教师更好地设计实验任务；最后为提高学生的学习积极性，对成绩排名前10 的同学各加5分平时分，每2 周展示一次学生平时分，以激发学生的学习积极性。此外，为进一步提高学生的创新实践能力，课外拓展也是至关重要的。网络平台的发展为课外拓展提供依托条件，教师将2 3 道企业真题移植到PTA平台，供学生课外练习，该平台可自动查重，并进行实时效果反馈，并开设答疑与互动模块，学生可借助QQ群、微信群或在线网页提出问题，校企教师在线答疑，提供思路。3.4成实验考核：完善实验考核机制，定量考核学生对分数比较敏感，客观公正的考核成绩有利于激发学生进一步拓展创新的勇气，上机考试是检验学生实践能力的有效标准。因而在课程范围内，考核方式选择上机考核，从课后练习中选取5道编程题作为考核题目，考核时间为12 0分钟，系统随机选择题目，编程完成提交由PTA在线评测系统进行评测得分，与PTA平台本身的查重功能相结合，保证考核成绩的公平公正。平时成绩由课堂考勤与课前实验任务完成成绩两部分构成，分别占比10%与3 0%。最终成绩由PTA测评与平时成绩两部分组成，测评成绩占6 0%，平时成绩占40%。4实验教学模式创新4.1强化编程基础，锻炼计算思维引进PTA程序自动评测平台的模式，为实验教学提供技术支持。为完成项目，学生们需要不断学习、理解题目中涉及的技术知识。在解决问题时，学生们不仅可以从教师这里得到帮助，还可以充分利用网络资源查阅更多的题目解答思路，打破时间与空间限制，多方位学习，能有效提升学生的自主学习能力，对强化编程基础，锻炼计算思维能力有重要作用。4.2强校企教师联合培养，提高实验整体把握能力课程教学模式实行“双导师”制，企业教师与专业教师联合培养学生，并共同制订培养方案与教学计划。在实际教学中将企业真实案例引入到实践教学中，通过构建研发实战环境，引入真实项目，能帮助学生真正理解相关的理论知识并能够在面对实际复杂问题时运用这些理论知识，选择合适的数据结构进行程序构造，并设计优化的算法，最终提高实验整体把握能力。4.3平台导出数据，便利教学管理教师可以利用超星泛雅平台和PTA平台收集的签到数据、互动数据、实验数据等，更方便教师进行教学管理，也为实验考核提供数据依据。课前实验任务，学生要真正动手、去思考编写程序，优化程序，在一定程度上能激发学生的自主学习能力；优秀作业展示环节，可增加学生的表达能力与学习自信，帮助其他同学理解编程思维；课中师生互动与学生互动，既活跃课堂气氛，在轻松愉悦的氛围中更能集中注意力，提升教学效果；课后拓展与交流平台的充分利用，可进一步巩固学习成果，实现思维拓展。PTA在线测评功能的使用，可以大大降低教师的工作强度，如实验报告批改等，教师也可把更多时间精力放在指导学生和完成科研任务上，实现师生共赢。5结束语新工科建设目标下，由于数据结构实验课程本身的实践性较强，采用传统普通线上实验的方式，教学效果并不理想，实践能力与创新能力没有得到进一步锻炼，因而本文借鉴翻转课堂模式，结合网络平台PTA、腾讯会议以及超星学习通等现代教学手段，学生作为主体，并自觉配合课前自主学习，完成任务；实验课程中教师点评作业，互动交流，疏解内容并答疑，实现知识内化；课后教师教学反思，学生实践拓展，校企教师在线答疑等。实验教学模式的改革，既为教学带来活力，也为新工科背景下企业所需的培养实践应用型人才提供参考。【参考文献】1苏卓，王若梅，数据结构课程实践能力提升模式研究 广东第二师范学院学报，2 0 2 1，41(2):7 3-7 9.2 王树梅，杜明.疫情背景下数据结构课程实验教学改革研究 .湖南理工学院学报(自然科学版)，2 0 2 1，3 4(2):80-84.3 张少仲，白英，王小妹，等基于ACM竞赛的数据结构实验课程教学研究 .计算机时代，2 0 2 0(10):7 3-7 5.4 窦燕，穆运峰，赵逢达，等.基于CSP和PTA的数据结构与算法课程设计策略 J计算机教育，2 0 2 1(6):7 3-7 7.5 杨智明翻转课堂的实践研究 教育现代化，2 0 19,6(38):110-111.6 龚陈平.翻转课堂在中职C语言程序设计课程中的应用实践研究 D.广州：广东技术师范大学，2 0 2 1.-98-