微课在“数据结构”课程中的设计和应用

李曼 杨俊清 任静 石锋 张少应

摘要：针对目前“数据结构”教学中存在的问题，分析了应用型本科院校“数据结构”课程教学目标及教学对象，提出从教学内容组织、教学设计、教学方法三个方面进行教学改革的方案。以陕西省第二届微课竞赛获奖作品为例，分析数据结构中“栈的应用”中的主要知识点、教学设计及授课效果。教学实践表明：该方案的实施可取得明显的教学效果。

关键词：微课课程;应用型本科院校;教学改革;双向互动

中图分类号：G642

文献标志码：A

DesignandApplicationofMicrocourseinDataStructureCourse

LIMan，YANGJunqing，RENJing，SHIFeng，ZHANGShaoying

（InstituteofComputer，XianAeronauticalUniversity，Xian710077，China）

Abstract：Inviewoftheexistingproblemsintheteachingofdatastructure，theteachingobjectivesandteachingobjectsofdatastructureinappliedundergraduatecollegesareanalyzed.Thispaperputsforwardateachingreformplanfromthreeaspects：teachingcontentorganization，instructionaldesignandteachingmethods.TakingawardwinningworksoftheSecondMicroClassCompetitioninShanxiProvinceasanexample，thispaperanalyzesthemainknowledgepoints，teachingdesignandteachingeffectof“ApplicationofStack”indatastructure.Teachingpracticeshowsthattheimplementationofthisschemecanachieveobviousteachingeffect.

Keywords：microcourse;applicationorienteduniversities;teachingreform;interactiveteaching

0引言

“数据结构”是计算机科学与技术专业、软件工程及相关专业的一门重要专业基础课。通过该课程的学习，使学生能够针对实际问题，分析数据之间的关系，设计合理的存储结构和算法[1]，为后续课程学习打下良好的基础。学生学好该课程，对于学习其它课程、考研以及培养解决问题的能力等至关重要。因此，对“数据结构”课程进行教学改革，具有非常重要的意义。

按照“全面建设合格课程，重点建设学院重点课程，创建学院优质课程”的建设思路，加强课程建设[2]，不断进行课程教学改革与创新。

针对目前“数据结构”教学中存在的问题，提出了从教学内容组织、教学设计和教学方法三个方面进行教学改革的方案。以陜西省第二届微课竞赛获奖作品为例，分析数据结构中“栈的应用”中的主要知识点、教学设计及授课效果。

1“数据结构”教学目标及教学对象分析

通过“数据结构”的学习，知道“数据结构”这门学科的性质、地位和独立价值;理解算法在数据结构中的地位和作用;知道数据结构的研究范围、研究方法、研究现状和未来发展趋势;掌握数据结构的理论实质内涵;熟练掌握数据结构算法实现的基本方法。

“数据结构”的教学对象是计算机科学与技术专业、软件工程专业的本科二年级学生，此类学生在学习“高级语言程序设计”课程的基础上，再学习“数据结构”课程，就具有比较坚实的理论基础，具备用C语言开发应用程序的能力[3]，能够更加深刻的理解和领会“数据结构”中算法的实现思想和实现过程。

课程开设前，召开教学联系会，通过和学生互动交流，发现学生对基本语法、基本概念、算法实现的掌握情况，如单个知识点掌握较好，但综合应用能力较弱，动手能力有待提高。

2“数据结构”的教学组织与微课举例

“数据结构”是一门专业技术基础课。贯穿“数据结构”的命脉是存储结构和算法描述，每个章节之间既相互独立，又相互联系。

为“数据结构”课程制作SPOC平台，通过课程建设，将课程视频、课件、大纲、评论、问答、辅助教学资源等上传至平台，学生可通过帐号进行学习。根据课程内容，召开相关见面会、团队成员集体进行微课设计，包括字幕配音稿，音乐，素材，相关图片，拍摄模式（外景拍摄模式十扣像模式+背景虚化模式）等构成。本课程每周4课时，共64课时，录制视频时每个知识点大概1015分钟，涵盖全部章节的主要内容。

线性结构包括线性表、栈和队列、串、数组和广义表。其中，线性表是最基本、最简单的一种线性结构，掌握线性结构的原理及操作方法，有助于栈、队列和数组的进一步学习。因此，将线性表作为教学的重点，以它为主线带动其它章节的教学。在教学中，要重点分析其本质，内在区别和联系。

以陕西省第二届微课竞赛获奖作品为例，分析数据结构中“栈的应用”等主要知识点。栈是限定在表的一端进行插入和删除操作的线性表，特点是“后进先出”。本微课用一个实际问题引入教学，激发学生的学习兴趣。采用PPT、flash动画和算法演示系统辅助教学，采用“问题链式”等多种教学法相结合，层层递进，与学生双向互动，依次解决以下几个方面的问题：

1、栈的出栈序列如何求解？

2、中缀表达式求值如何通过堆栈来实现？

3、后缀表达式求值如何通过堆栈来实现？

最后用所学知识成功解决开篇提出的问题，为课程的学习画上了一个圆满的句号。通过本微课的学习，达到以下教学目的：

1、学生了解栈的定义和特点。

2、学生掌握用堆栈进行中缀表达式求值的实现方法和算法思想。

3、学生掌握用堆栈进行后缀表达式求值的实现方法和基本步骤。

重点内容是栈的特点和栈的应用。难点是中缀表达式求值和后缀表达式求值。

3“数据结构”的微课教学设计与应用

3.1教学方法

根据教学内容的特点，一般采用“问题链式”教学法、启发式教学[4]、研讨式及案例式教学[5]等多种教学方式。

针对“数据结构”课程层次性，逻辑性很强的特点，老师主要采用“问题链式”教学法，并通过flash动画演示、课堂讨论、“启发式”教学等多种教学方法和手段，进行课堂教学。学生主要通过讨论、提问等方式进行学习。

“问题链式”教学法的一般模式是首先通过引入，提出问题，然后解决问题，再提出问题，解决问题等等，以此类推，环环相扣，形成一个问题链。“问题链式”教学法，本质是以“问题”贯穿整个教学过程，以实现教学目标，培养学生思维能力，激发创新潜能。

针对数据结构教学内容抽象、不容易理解、算法复杂等特点，进行实验教学方面的改革。采用算法演示系统与C语言环境相结合的方式进行教学。

算法演示系统可以动态地演示数据结构算法执行过程，使抽象问题具体化，增加学生学习的积极性和主动性。

注意教学方法的灵活性，组织学生进行问题教学、阅读指导、研讨、师生互动等，尤其是通过观看演示模式，使复杂的理论知识形象化，具体化，增加学生的学习兴趣，提高教学质量。

在教学媒体使用方面，重点研究多媒体等现代化教学媒体的应用[6]，充分发挥其在教学中的形象、直观等优势，以利于提高教学效果。在多媒体课件的制作中，突出本课程教学过程中重点、难点的演示，对抽象的内容以动画的形式展示，帮助学生深入学习。

3.2微课教学设计

下面以1015分钟的微课获奖作品“栈的应用”为例，进行微课教学设计，如表1所示。

第一步3分钟回顾栈的定义和特点，采用“问题链式”教学法，通过举例、flash动画等教学辅助手段，讲解栈的出栈序列如何求解？老师讲解，采取提问，举例等方式，与学生的双向互动交流。

1、提出问题“栈的出栈序列如何求解？”

2、通过flah动画演示出栈序列，师生双向互动。

3、解决问题。

第二步7分钟主要采用启发式教学法和“问题链式”教学法，并通过重点讲解、算法演示系统、课堂讨论等教学方法，以学生先期了解的栈的知识为切入点，讲解中缀表达式求值如何通过堆栈来实现？老师讲解，采取提问，舉例等方式，与学生的双向互动交流。

1、首先提出问题“中缀表达式求值如何通过堆栈来实现？”

2、采用启发式教学法，重点讲解用堆栈进行中缀表达式求值的实现方法、算符之间的优先关系以及算法思想。

3、通过算法演示系统演示求解过程，师生互动。

4、最后得到结论。

第三步2分钟进行本次课的小结首先进行本次课的小结，然后思考用栈如何将中缀表达式转为后缀表达式？

作业1分钟思考题：用栈如何将中缀表达式转为后缀表达式？

学习资料：Ppt、flash动画、教案、教材等资料。

总结分析1分钟通过本次教学，采取提问，举例、flash动画、算法演示系统等方式，与学生互动交流。使学生了解栈的定义和特点;掌握用堆栈进行中缀表达式求值的实现方法和算法思想;熟悉算符间优先关系。

3.3微课的教学效果

通过“栈的应用”微课课程，使学生更形象、更深入地了解栈的定义和特点;熟练掌握用堆栈进行中缀表达式求值的实现方法和算法思想;熟悉并掌握算符间优先关系，提供给学生一些思考题，然后组织学生讨论，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力和探究意识，效果良好，表达式求值问题引入，如图1所示。

“数据结构”微课的应用，在教学中着眼学生数据结构知识能力素养发展的基本要求，落实知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观“三位一体”的课程教学目标;采用现代化、多样化的教学方式，采用自主探索、合作交流等积极主动的、多样的学习方式，使学生的学习过程成为在老师引导下的“再创造”过程;课程教学中结合各种可行的学习活动，激发学生的学习兴趣，鼓励学生在学习过程中，养成独立思考、积极探索的习惯。

在微课教学中，重点研究“数据结构”课程标准以及本课程现在所用教材，对教学内容进行精心设计，在教学实施过程中，注意采用灵活多样的教学形式，引导学生在学习过程中养成积极思考的习惯，激发学生的学习热情，最大限度发挥学生的主观能动性和创新精神，培养学生的探究意识和科学精神。

采用微课的授课方式、“问题链式”教学法、启发式教学、研讨式及案例式教学等多种教学方式相结合的方式的教学，效果良好，作者所讲授“栈的应用”作品获得陕西省第二届高校教师微课教学比赛三等奖，微课小结如图2所示。

（1）变“被动学习”为“主动学习”，培养学生的创新性思维。

（2）使学生从感性认识上升到理性认识，使教材内容化难为易，化抽象为具体，掌握主要知识点。

4总结

由于“数据结构”是计算机专业的骨干、核心课程，也是大多数学校研究生入学考试的必考课程，因此，对于该课程的教学，不仅要从理论上进行探讨，还要从内容组织、教学方法等方面进行研究。

“数据结构”是计算机科学与技术专业、软件工程及相关专业的一门重要专业基础课。也是大多数学校研究生入学考试的必考课程。结合陕西省获奖作品“栈的应用”，我们提出了从教学内容组织、教学设计和教学方法3个方面进行微课课程及教学改革的方案，并在教学中进行实施。选用较为适宜的教学方法和比较科学、先进的教学手段，培养学生实践能力和创新精神;构建“自学指导，课外训练、实践实验技能训练”三大课外自主学习体系建设，建立网络教学资源库，教学效果良好。

参考文献

[1]张艳明，桂忠艳，孙尧.结合微课的KM教学法在计算机基础教学的应用[J].微型电脑应用，2019，35（7）：13.

[2]董彦非，李继广，屈高敏.应用型本科院校飞行器设计与工程专业建设途径探索[J].西安航空学院学报，2019，37（3）：8487.

[3]张艳明，桂忠艳，李力恒.基于云计算的计算机实验教学平台建设[J].微型电脑应用，2018，34（12）：2123.

[4]彭琼，彭浩，刘雯萱.基于微课的“高级语言程序设计”教学模式改革[J].微型电脑应用，2018，34（12）：810.

[5]蒋翠玲，万永菁，袁伟娜.基于微课与CDIO模式的数据结构课程教学改革，[J].化工高等教育，2018（3）：5761.

[6]付向艳，蒲伟华，郭莹莹.基于雨课堂的《数据结构》教学改革与实践[J].教育天地，2018（5）：223224.

（收稿日期：2019.08.15）