夏仁強(qiáng)

（貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院，貴州 畢節(jié) 551700）

1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)既是計(jì)算機(jī)類專業(yè)的基礎(chǔ)課程，又是計(jì)算機(jī)類專業(yè)的核心課程，在專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)中處于金字塔的底層。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程理論性強(qiáng)、程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)要求高，學(xué)生普遍覺得課程內(nèi)容枯燥乏味[1]，理解困難。該課程的前導(dǎo)課程是高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，有些學(xué)生在學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)課程時(shí)因接受能力、自身的差異等因素，對(duì)于指針、結(jié)構(gòu)體、鏈表和遞歸等理論知識(shí)理解不透徹，導(dǎo)致在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)中遇到的障礙和壓力越來(lái)越大，產(chǎn)生厭學(xué)情緒，逐漸對(duì)課程失去興趣。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)方式以教師講授為主，教學(xué)內(nèi)容陳舊、案例老舊，教學(xué)方法和手段單一，教學(xué)情境缺失，學(xué)生缺乏思考的時(shí)間，教學(xué)沒有創(chuàng)新。首先，教學(xué)環(huán)境方面，以往的編程教學(xué)以單機(jī)操作為主,有時(shí)候一個(gè)問(wèn)題還有多種不同的算法去實(shí)現(xiàn)，學(xué)生往往沒有精力去按等價(jià)類方法設(shè)計(jì)多個(gè)測(cè)試用例，僅僅完成一個(gè)測(cè)試用例來(lái)驗(yàn)證程序的正確性，所設(shè)計(jì)的算法的正確性、可行性和高效性得不到保證，在有限的時(shí)間里老師指導(dǎo)學(xué)生的次數(shù)有限，指導(dǎo)的質(zhì)量也有限，即使投入了大量的時(shí)間和精力，也是收效甚微。其次，重理論、輕實(shí)踐思想嚴(yán)重，注重理論知識(shí)的講解，理論與實(shí)踐結(jié)合不夠，在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)更多的是低階的基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，對(duì)于體現(xiàn)能力的設(shè)計(jì)性、提高性實(shí)驗(yàn)偏少，缺乏挑戰(zhàn)度和高階性，不利于學(xué)生深度學(xué)習(xí)。另外，傳統(tǒng)的課程考核方式是以期末筆試為主，以考勤和作業(yè)作為平時(shí)成績(jī)的過(guò)程考核為輔，考試內(nèi)容以理論為主，編程解決實(shí)際問(wèn)題的題目偏少，過(guò)程性考核沒有足夠的激勵(lì)措施激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；在期末考試前，有些老師還會(huì)為學(xué)生劃重點(diǎn)，導(dǎo)致很多學(xué)生因考而學(xué)，不考的內(nèi)容不學(xué)，認(rèn)為通過(guò)考試便達(dá)到了學(xué)習(xí)目標(biāo)，在臨近考試時(shí)常常為了期末考試去背理論知識(shí)、去背程序代碼，學(xué)生存在考試前背一背就過(guò)的思想，最后可能出現(xiàn)高分低能的現(xiàn)象。

2 學(xué)生中心的教學(xué)理念

1998年，聯(lián)合國(guó)教科文組織倡導(dǎo)“以學(xué)生為中心”的教學(xué)新理念[2]，教學(xué)主體不再是老師，而是學(xué)生，不是以教師教學(xué)方法的好壞來(lái)評(píng)價(jià)教學(xué)效果，而是以學(xué)生學(xué)習(xí)成效來(lái)評(píng)價(jià)教學(xué)效果。以學(xué)生為中心已在教育界形成共識(shí)，成為主流教育理念。2016年，英國(guó)政府試點(diǎn)教育卓越框架[3]，強(qiáng)調(diào)以“學(xué)生為學(xué)習(xí)中心”的理念，每4年評(píng)價(jià)一次，截至2020年，兩輪的評(píng)價(jià)取得了較好效果，在英國(guó)高校教育界引起了巨大的反響，極大地影響了英國(guó)高校教學(xué)的生態(tài)。以學(xué)生為中心的各種模式不斷涌現(xiàn)，如問(wèn)題導(dǎo)向教學(xué)模式、探究式教學(xué)模式和情境教學(xué)法等。加拿大最早創(chuàng)建了BOPPPS的教學(xué)模型[4]，它將教學(xué)過(guò)程分為六個(gè)環(huán)節(jié)，第1個(gè)環(huán)節(jié)是Bridge-in（引入），教師通過(guò)故事、游戲、影視、熱門話題、問(wèn)題等各種方式進(jìn)行引入，引起學(xué)生對(duì)知識(shí)的好奇心，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，主動(dòng)投入學(xué)習(xí)；第2個(gè)環(huán)節(jié)是Objective（學(xué)習(xí)目標(biāo)），教師用板書、PPT、思維導(dǎo)圖等方式向?qū)W生傳達(dá)具體而明確的的學(xué)習(xí)目標(biāo)；第3個(gè)環(huán)節(jié)是Pre-assessment（前測(cè)），測(cè)試學(xué)生課前預(yù)習(xí)的情況，了解學(xué)生掌握預(yù)備知識(shí)的情況，以便教師及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容的深度和廣度[5]；第4個(gè)環(huán)節(jié)是Participatory Learning（參與式學(xué)習(xí)），這是最重要和最核心的環(huán)節(jié)，教師設(shè)置小組研討、游戲、搶答、隨機(jī)提問(wèn)等多種學(xué)習(xí)活動(dòng)，讓學(xué)生行動(dòng)起來(lái)，積極主動(dòng)參與課堂互動(dòng)學(xué)習(xí)；第5個(gè)環(huán)節(jié)是Post-assessment（后測(cè)），通過(guò)測(cè)試檢驗(yàn)學(xué)生是否達(dá)成本次課的教學(xué)目標(biāo)，及時(shí)反饋學(xué)習(xí)成效，為持續(xù)改進(jìn)奠定基礎(chǔ)[6]；第6個(gè)環(huán)節(jié)是Summary（總結(jié)），教師根據(jù)學(xué)習(xí)成效反思本節(jié)課的教學(xué)不足和亮點(diǎn)，同時(shí)，布置課后作業(yè)，讓學(xué)生完成課堂鞏固。這六個(gè)環(huán)節(jié)簡(jiǎn)稱BOPPPS[6]。在網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)的今天，線上網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的出現(xiàn)，線上線下混合式教學(xué)讓BOPPPS教學(xué)模式在國(guó)內(nèi)外取得了巨大的成功。

3 思維導(dǎo)圖

思維導(dǎo)圖主要由圖像、關(guān)鍵詞、分支和色彩四個(gè)要素構(gòu)成[7]；它是一種發(fā)散性的可視化思維整理工具，能夠?qū)⒖菰锏奈淖謨?nèi)容通過(guò)圖形與文字的方式更加生動(dòng)、一目了然地呈現(xiàn)出來(lái)；它強(qiáng)調(diào)關(guān)鍵詞，簡(jiǎn)明扼要，以樹形結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)，結(jié)構(gòu)清晰，主題之間的層級(jí)關(guān)系、知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系表現(xiàn)更形象具體，有助于最大限度挖掘大腦記憶潛能。今天，思維導(dǎo)圖被廣泛應(yīng)用于工作、生活和學(xué)習(xí)的各種活動(dòng)中，極大地提高了工作效率和學(xué)習(xí)效率。研究表明：記憶事物時(shí)，在文字的基礎(chǔ)上加上圖表可以大幅增加文字的信息容量；關(guān)鍵詞的運(yùn)用，可以減少文字內(nèi)容的堆砌；分支上寫上關(guān)鍵詞，它體現(xiàn)了從主干慢慢發(fā)散思考的過(guò)程，利用色彩可以刺激大腦，增強(qiáng)人的注意力,促進(jìn)傳達(dá)信息，提升創(chuàng)造力和記憶力[8]。

4 思維導(dǎo)圖在基于BOPPPS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)中的實(shí)踐

本課程按照6個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)和實(shí)施教學(xué)活動(dòng)。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中并不是完全照搬BOPPPS模式，而是結(jié)合課程的特點(diǎn)對(duì)這種模式進(jìn)行優(yōu)化。

思維導(dǎo)圖直觀性和可視化的特點(diǎn)，能夠迅速集中學(xué)生注意力，使其迅速融入課堂學(xué)習(xí)。在課程教學(xué)中應(yīng)用思維導(dǎo)圖，將知識(shí)按層次整理，突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)，突出知識(shí)之間的相互關(guān)系，能全方位刺激左右腦，開啟大腦潛能[9]?，F(xiàn)以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)為例，探討思維導(dǎo)圖在課前、課中和課后基于BOPPPS模式的教學(xué)法的應(yīng)用。

4.1 課前準(zhǔn)備階段

課前準(zhǔn)備階段是一個(gè)關(guān)鍵階段，課前的學(xué)習(xí)情況直接關(guān)系著課中的教學(xué)深度和廣度，也關(guān)系著學(xué)生教學(xué)活動(dòng)參與的有效性。這個(gè)階段教師用思維導(dǎo)圖布置課前學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生完成資料查詢、觀看視頻任務(wù)、課前測(cè)試，為課堂正式討論做好準(zhǔn)備工作。圖1所示的思維導(dǎo)圖是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程“緒論”課前學(xué)習(xí)任務(wù)，該思維導(dǎo)圖圍繞緒論這一中心主題展開，直觀傳達(dá)各學(xué)習(xí)任務(wù)，使學(xué)習(xí)有的放矢。教師版的思維導(dǎo)圖，學(xué)習(xí)任務(wù)明確，學(xué)習(xí)目標(biāo)明確，在實(shí)施小組討論時(shí)不會(huì)偏離主題。而在學(xué)生個(gè)人版的思維導(dǎo)圖中，將教師的版本進(jìn)行深化，將“舉例”的地方換成具體的例子，每個(gè)學(xué)生舉的例子可能不同，對(duì)于未弄懂的知識(shí)點(diǎn)分別打上標(biāo)記，同時(shí)列出問(wèn)題清單。而在組織算法高效性內(nèi)容的學(xué)習(xí)時(shí)，教師可先用表格列出任務(wù)清單，然后指導(dǎo)學(xué)生完成小組版的思維導(dǎo)圖。圖2是小組討論思維導(dǎo)圖架構(gòu)圖，對(duì)于每一個(gè)討論主題，小組明確一名記錄人員，負(fù)責(zé)記錄整理小組討論過(guò)程性文檔。在協(xié)作學(xué)習(xí)過(guò)程中，小組學(xué)生在思維導(dǎo)圖上不斷地進(jìn)行討論、完善和補(bǔ)充，不斷更新討論結(jié)果。由于在課中時(shí)會(huì)隨機(jī)選擇小組成員表達(dá)小組觀點(diǎn)，這要求小組每個(gè)成員都能理解并能表達(dá)小組觀點(diǎn)，這樣做的好處是小組成員實(shí)現(xiàn)共同進(jìn)步而不是完全依賴小組內(nèi)某一個(gè)人，學(xué)生在經(jīng)過(guò)頭腦風(fēng)暴的洗禮后，不斷提高協(xié)作學(xué)習(xí)能力，補(bǔ)充有益的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

圖1 緒論-課前思維導(dǎo)圖

圖2 思維導(dǎo)圖討論架構(gòu)

4.2 課中參與式學(xué)習(xí)階段

在參與式學(xué)習(xí)階段，教師主要是利用智慧教學(xué)平臺(tái)引導(dǎo)和組織學(xué)生參加教學(xué)活動(dòng)，如主題研討、隨堂練習(xí)、選人、搶答、分組討論和互評(píng)等。如何設(shè)置活動(dòng)，設(shè)置什么問(wèn)題，活動(dòng)環(huán)節(jié)等是參與式學(xué)習(xí)活動(dòng)的關(guān)鍵。

教師可根據(jù)課中參與式教學(xué)活動(dòng)的需要，設(shè)計(jì)課中思維導(dǎo)圖并運(yùn)用到BOPPPS的教學(xué)模式中。

以緒論為例，設(shè)計(jì)思維導(dǎo)圖如圖3，首先通過(guò)一個(gè)猜數(shù)游戲?qū)胄抡n，學(xué)生兩人一組完成猜數(shù)游戲，游戲結(jié)束后，隨機(jī)選擇幾名同學(xué)回答猜數(shù)的過(guò)程以及猜中時(shí)所用到的提示次數(shù)，教師再隨機(jī)選擇一名學(xué)生與教師一起用二分方法進(jìn)行猜數(shù)游戲，然后教師對(duì)游戲過(guò)程及結(jié)果進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，同時(shí)引出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及算法的概念。接著，通過(guò)課前收集或反饋的問(wèn)題以搶答方式進(jìn)行答疑，教師評(píng)價(jià)回答情況，對(duì)錯(cuò)誤的回答由教師來(lái)糾正，不完整的回答由教師或其他學(xué)生來(lái)補(bǔ)充。教師通過(guò)選人、搶答、討論等多種教學(xué)活動(dòng)對(duì)本章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)的開展以學(xué)生為中心的教學(xué)。在討論過(guò)程中，學(xué)生以提前準(zhǔn)備好的問(wèn)題和寫好的想法參與研討，發(fā)表自己的觀點(diǎn)，針對(duì)遇到的問(wèn)題，師生互動(dòng)進(jìn)行深入討論。

圖3 緒論-課中學(xué)習(xí)思維導(dǎo)圖

在學(xué)生進(jìn)行討論的時(shí)候，教師用思維導(dǎo)圖作為思維支架，可以有效地引導(dǎo)他們使小組討論中的目標(biāo)更加清晰，還可以更好地讓沒有思路的同學(xué)產(chǎn)生觀點(diǎn)，同時(shí)能夠可視化小組成員的思考，更好地進(jìn)行總結(jié)。在小組代表進(jìn)行小組成果展示時(shí)，也可以讓更多的學(xué)生去自信有效地分享小組討論成果，同時(shí)快速收獲到其他小組的不同觀點(diǎn)。圖4是小組討論成果展示的思維導(dǎo)圖，這是思維碰撞的結(jié)果。另外，教師也可以在學(xué)生高效回答的基礎(chǔ)上檢視學(xué)生的收獲，更好地引導(dǎo)和總結(jié)。組與組之間可以在討論成果的基礎(chǔ)上達(dá)成共識(shí)，互相補(bǔ)充，形成全面的觀點(diǎn)，提升學(xué)習(xí)效果。在小組思維導(dǎo)圖的引導(dǎo)下，各組還可以進(jìn)行PK，展示自己的最佳方案，充分表達(dá)自己的觀點(diǎn)，激勵(lì)團(tuán)隊(duì)爭(zhēng)先創(chuàng)優(yōu)、共同進(jìn)步。

圖4 小組思維導(dǎo)圖形式的成果展示

4.3 課后鞏固提高階段

課后，將從以下兩個(gè)方面進(jìn)行拓展和鞏固

4.3.1 分組討論

教師發(fā)布分組任務(wù)，要求小組長(zhǎng)畫出分組討論的思維導(dǎo)圖，在這個(gè)思維導(dǎo)圖的指導(dǎo)下，實(shí)現(xiàn)生生互動(dòng)，教師時(shí)時(shí)關(guān)注學(xué)生討論情況并給予指導(dǎo)。下一次課中，各組學(xué)生代表匯報(bào)交流討論結(jié)果，對(duì)于不理解的知識(shí)點(diǎn)或有不同意見和想法的，重點(diǎn)討論，教師給予講評(píng)。

4.3.2 編程實(shí)踐

學(xué)生運(yùn)用課堂所學(xué)習(xí)的知識(shí)，在PTA平臺(tái)上積極開展數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編程實(shí)踐，是對(duì)課堂教學(xué)活動(dòng)成果的檢驗(yàn)和拓展延續(xù)，是迅速提升學(xué)生編程能力的有效途徑。圖5展示了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緒論課后學(xué)習(xí)思維導(dǎo)圖。在編程題練習(xí)中，采用自主學(xué)習(xí)和同伴學(xué)習(xí)相結(jié)合的方式，每個(gè)學(xué)習(xí)小組中，都有一名參加過(guò)ACM競(jìng)賽的優(yōu)秀學(xué)生充當(dāng)“師傅”，當(dāng)遇到問(wèn)題時(shí)，“師傅”帶領(lǐng)“徒弟”進(jìn)行討論學(xué)習(xí)，解決學(xué)習(xí)中遇到的部分或全部問(wèn)題，對(duì)于通過(guò)率較低的問(wèn)題教師通過(guò)釘釘、騰訊課堂、QQ等線上講解。此外，同學(xué)們需要通過(guò)PTA、學(xué)習(xí)通或雨課堂完成后測(cè)，最后進(jìn)行總結(jié)。

圖5 緒論-課后學(xué)習(xí)思維導(dǎo)圖

4.4 思維導(dǎo)圖進(jìn)行教學(xué)反思

課堂教學(xué)結(jié)束后，教師深入剖析教學(xué)行為以及教學(xué)結(jié)果，畫出教學(xué)反思的思維導(dǎo)圖，按主題分類、分解、細(xì)化各層級(jí)反思內(nèi)容，如圖6所示。

圖6 思維導(dǎo)圖教學(xué)反思

教學(xué)的本質(zhì)是促成課程目標(biāo)的達(dá)成，提高學(xué)生成績(jī)，增強(qiáng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力，所以教師應(yīng)在教學(xué)中總結(jié)好的做法并繼續(xù)發(fā)揚(yáng)光大，同時(shí)找出教學(xué)中存在的不足，傾聽學(xué)生的問(wèn)題和建議，合理采納學(xué)生建議。課堂教學(xué)是否取得了成功，教學(xué)方法是否引起師生共鳴，學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)是否能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)是否恰當(dāng)可行，課程思政的引入是否自然、切題,是否體現(xiàn)了學(xué)生為中心的教學(xué)理念，是否達(dá)成了課程教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度，學(xué)生有沒有值得推廣的創(chuàng)新學(xué)習(xí)方法，這些都是我們需要進(jìn)行反思的內(nèi)容。

綜合統(tǒng)計(jì)課前、課中和課后的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，分析每個(gè)學(xué)生的不足，建好學(xué)習(xí)檔案，針對(duì)性解決學(xué)生的問(wèn)題。另外，通過(guò)調(diào)研收集學(xué)生反饋的問(wèn)題意見，合理采納學(xué)生建議，調(diào)整教學(xué)策略，重構(gòu)教學(xué)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果更上一層樓。

5 教學(xué)效果分析

筆者采用傳統(tǒng)教學(xué)模式和基于思維導(dǎo)圖的BOPPPS教學(xué)模式在教授課程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了教學(xué)實(shí)驗(yàn)，表1是對(duì)19計(jì)科本、20計(jì)科本、20大數(shù)據(jù)本等班級(jí)授課實(shí)驗(yàn)對(duì)比的結(jié)果。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，基于思維導(dǎo)圖的BOPPPS教學(xué)模式的課程教學(xué)能夠明顯增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和課程參與度,學(xué)生滿意度明顯提高，學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的理解和應(yīng)用能力得到增強(qiáng)，通過(guò)調(diào)研和考核成績(jī)的反饋，該教學(xué)方法有助于學(xué)生對(duì)課程整體知識(shí)點(diǎn)的掌握，有助于清晰了解課程重、難點(diǎn)，期末考試編程得分率也證明了采用思維導(dǎo)圖以及學(xué)生中心的教學(xué)班級(jí)編程能力都優(yōu)于未采用該方法的班級(jí)。

表1 授課結(jié)果對(duì)比表

6 結(jié)論

思維導(dǎo)圖在師生之間以及生生之間的交流互動(dòng)活動(dòng)中起到了橋梁作用。課前思維導(dǎo)圖引導(dǎo)學(xué)生為觀看視頻任務(wù)、思考和討論作好準(zhǔn)備，課中思維導(dǎo)圖引導(dǎo)和組織學(xué)生完成參與式教學(xué)活動(dòng)，課后思維導(dǎo)圖通過(guò)分組討論和編程實(shí)踐對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行拓展和鞏固?？傊?，在基于BOPPPS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)中引入思維導(dǎo)圖有助于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力、創(chuàng)新能力和小組協(xié)作能力。