文｜張潞豪

對于我國高等院校的計算機專業(yè)學(xué)生而言，《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》是計算機專業(yè)的核心課程之一。該課程要求學(xué)生擁有與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相關(guān)的基礎(chǔ)知識儲備，掌握常用的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能夠?qū)λ惴ㄟM行時間空間復(fù)雜度的分析，最終達(dá)到在實際開發(fā)過程中可以針對具體需求來進行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和算法設(shè)計的能力。而棧和隊列是本課程中尤為重要的知識點，專業(yè)性強，對于剛接觸這類知識點的學(xué)生來說難以掌握其核心內(nèi)容，傳統(tǒng)的教學(xué)方式不能很好地滿足學(xué)生個性需求。近年來隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的高速發(fā)展，微課在中小學(xué)教學(xué)中得到普及和應(yīng)用，但對于高校教學(xué)還沒有得到廣泛的發(fā)展應(yīng)用。大多數(shù)高校教師在授課中還是以傳統(tǒng)板書或演示文稿PPT的形式進行教學(xué)，無法調(diào)動學(xué)生上課積極性，導(dǎo)致學(xué)生對部分知識點理解不透，無法滿足學(xué)生學(xué)習(xí)的個性需求，本微課的制作就是為了解決這類問題而做的嘗試。

一、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的地位

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》是計算機及相關(guān)專業(yè)的一門核心課程，它具有較強的邏輯性和實踐性。重點傳授數(shù)據(jù)組織中的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)及相關(guān)算法，探討實際需求。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計算機專業(yè)基礎(chǔ)，學(xué)好這門課程，對于學(xué)習(xí)計算機專業(yè)的其他課程和提升個人編程能力都是十分有益的。學(xué)習(xí)和掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識，可以設(shè)計出更高效的算法程序從而更好地利用計算機去解決復(fù)雜的需求問題。同時，在實際計算機運行環(huán)節(jié)中，各種類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被廣泛地運用到軟件中。

棧和隊列是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的線性表，是兩種非常重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

棧（stack）是只能在表尾進行插入或刪除操作的線性表，又稱為后進先出的線性表；對棧來說，棧頂?shù)奈恢脤嶋H上在表的尾端，同理，棧底在表的首端。比如在現(xiàn)實生活中裝卸快遞貨物，先裝車底的快遞最后才送達(dá)，遵循先進后出。

隊列（queue）也是一種線性表但和棧不同，可以在表兩端進行操作。隊列只允許在表的一端進行插入操作，在另一端進行刪除操作，是一種先進先出的線性表；允許插入一端稱為隊首，允許刪除的一端稱為隊尾，比如我們到食堂排隊打飯，遵循先進先出。

二、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中存在的現(xiàn)象及改革探索

首先數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門課程本身就是計算機專業(yè)的理論基礎(chǔ)課之一，課本知識多年固化，在講課過程中往往理論性較強，且有些案例年代較遠(yuǎn)，不能緊跟時代的變化，難以達(dá)到理論與實踐緊密結(jié)合。其次現(xiàn)在是信息化的教學(xué)時代，除了傳統(tǒng)課堂授課的形式之外，還需要大力發(fā)展線上授課方式，廣泛拓展教學(xué)資源，實現(xiàn)師生實時互動溝通。第三，要真正地實現(xiàn)以學(xué)生需求為課堂主體，以教師為引導(dǎo)的課程改革。最后學(xué)生反映在學(xué)習(xí)過程中往往存在某個知識點理解不同，不同學(xué)生存在個體差異。這就提出了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程改革的一個要點，即如何能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生差異化學(xué)習(xí)，滿足個性化需求，而微課作為一種教學(xué)輔助手段，恰好彌補了這種需求空白。

三、微課設(shè)計

（一）制作棧和隊列微課的意義

為適應(yīng)信息化教學(xué)，探索數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程改革的方向，分析微課在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程改革中的作用和效果。

本微課以《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》里的棧與隊列為知識點，它通過模擬智能物流車在現(xiàn)代物流倉庫的運行情景，為學(xué)生創(chuàng)造了一個生動形象的學(xué)習(xí)案例，突出了微課選題的短、精、難特點。本微課時間控制在10分鐘以內(nèi)，不用引課直接情景說明，起到了精準(zhǔn)教學(xué)的效果。本微課整體容量較小，教師可在課前傳給學(xué)生，讓學(xué)生完成預(yù)習(xí)任務(wù)，學(xué)生也可以在課后進行學(xué)習(xí)鞏固，解決了學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的問題。方便學(xué)習(xí)生通過互聯(lián)網(wǎng)借助移動設(shè)備，實現(xiàn)學(xué)生自主不限時間空間循環(huán)學(xué)習(xí)。

（二）微課的設(shè)計策略

本微課的設(shè)計策略為：以物流車充電為入棧操作，充滿離開為出棧；棧滿排隊為入隊操作，入棧為出隊操作。車輛正常充電，當(dāng)充電位滿后，繼續(xù)來到的其他車輛只能停在排隊位上，根據(jù)隊列的特點，先排隊的車輛先離開排隊位進入充電區(qū)，符合隊列的“先進先出，后進后出”的操作特點，因此，可以用一個隊列來模擬排隊位。排在充電位中的車輛可以提前離開，在該車輛之后進棧的須為它讓路，然后這些車輛依原來到達(dá)充電位置的次序重新進入充電位，因此在前面已設(shè)的一個棧和一個隊列的基礎(chǔ)上，還需要有一個用來讓停放等待充電的位置，由于先退出充電區(qū)的隨后再一次進入，所以可以用一個臨時棧來模擬。

（三）微課內(nèi)容

微課內(nèi)容包括P P T制作、動畫制作、習(xí)題問卷設(shè)計、程序演示。PPT制作微課的主要情景，最后通過錄制生成微課視頻，該部分主要說明微課動畫的五大內(nèi)容。首先是動畫故事引入：以員工向監(jiān)理匯報方案完成情況吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并為下面具體講解棧和隊列相關(guān)知識點做鋪墊；其次是核心動畫場景講解：共分四個場景，由淺入深依次引出堆棧和隊列；系統(tǒng)介紹棧和隊列的概念和棧頂元素、棧底元素，演示出入棧、出入隊；通過引入臨時棧，深入講解?！跋冗M后出”和隊列“先進先出”的本質(zhì)特點；再次通過動畫演示講解棧的“先進后出”和隊列“先進先出”；知識總結(jié)：將棧和隊列的知識點以動畫人物講解方式再次展示在微課視頻中。最后是例題講解，題目為“如果一個棧的輸入序列為123456，能否得到435612或135426的出棧序列（不考慮臨時棧）？”，難度適中，結(jié)合動畫講解能產(chǎn)生很好的效果。課下部分包括形成性評價設(shè)計：調(diào)查問卷和課后習(xí)題；程序演示：將上述過程結(jié)合C語言中棧和隊列進行算法設(shè)計，設(shè)計成C語言程序，來實際模擬倉儲物流車充電管理系統(tǒng)。以充電區(qū)充電位2個，排隊位2個來進行算法演示過程。

（四）微課制作

多媒體資源的使用：動畫制作：來畫；視頻制作軟件：Adobe Premiere Pro、剪映專業(yè)版；文稿制作和演示軟件：PowerPoint、Word。

場景引入：在某小型物流倉辦公室，以員工向監(jiān)理匯報方案完成情況吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并為下面具體講解棧和隊列相關(guān)知識點做鋪墊。

核心知識點場景動畫講解：場景一：引出計算機中C語言中堆棧和隊列的知識點。員工向監(jiān)理介紹只有兩個充電位和排隊位，隨后四輛物流車趕來，依次進入充電位充電和在排隊位依次等候。動畫解讀：兩個充電位即在計算機中申請的動態(tài)內(nèi)存—堆，兩輛物流車依次進入充電即計算機中元素的入棧操作；兩個排隊位即計算機中的隊列，剩余兩輛物流車依次進入排隊位即計算機中元素的入隊操作。場景二：系統(tǒng)介紹棧和隊列的概念和棧頂元素、棧底元素，演示出入棧、出入隊。其場景動畫為：2號車充滿離開，3號車進入充電區(qū)充電。動畫解讀：2號車所在位置為棧頂，2號車叫做棧頂元素；1號車所在位置為棧底，1號車叫做棧底元素。2號車充滿離開叫做出棧操作，出棧后，棧頂元素為空，隊列元素出隊入棧，此后3號車成為棧頂元素。4號車向前補位。場景三：通過引入臨時棧，深入講解?！跋冗M后出”和隊列“先進先出”的本質(zhì)，其場景動畫為：1號車充滿離開，2號車進入臨時等候區(qū)待1號車離開后2號車再重新充電，3號車也同時跟進。動畫解讀：臨時等候區(qū)即臨時棧。若有需要，則會自動生成臨時棧。2號車進入臨時棧等待1號車完全離開，隨后2號車離開臨時棧重新入棧，若不再需要臨時棧來充當(dāng)臨時存儲則刪除臨時棧。場景四：再次通過動畫演示講解棧的“先進后出”和隊列“先進先出”，其場景動畫：2號和1號依次離開，3號和4號依次進入。動畫解讀：2號和1號完成離棧操作，3號和4號完成入棧操作。場景五：知識總結(jié)用動畫角色重現(xiàn)課堂知識點，進行及時鞏固。場景六：例題講解同樣使用動畫角色和演示，在核心知識點講解完畢后，需要通過實例來加深對知識點的認(rèn)識。

課后拓展與鞏固及程序運行：利用微課可以很容易對課程進行形成性評價設(shè)計，通過“問卷星”的便捷性可以很容易創(chuàng)建簡單習(xí)題檢測，掃描二維碼即可答題。學(xué)生答題快速方便，教師也能清楚地得到學(xué)生的反饋數(shù)據(jù)，了解學(xué)生對核心知識點的掌握情況，可以及時調(diào)整教學(xué)策略。以經(jīng)典C語言自行設(shè)計并運行《倉庫智能物流車管理系統(tǒng)》程序，在實際教學(xué)中使用堆棧的算法和思想，并且結(jié)合微課視頻中的運行情景，使學(xué)生深入了解棧的定義和特點，效果良好。

四、反饋分析

微課制作完成后，我們將此微課投入公共資源網(wǎng)站同時結(jié)合線下實際調(diào)查，發(fā)布問卷調(diào)查，對調(diào)查數(shù)據(jù)分析整理如下（各類問題不再詳細(xì)展示，只展示人員類別占比）。

根據(jù)調(diào)查問卷結(jié)果數(shù)據(jù)分析，參與最多的是計算機專業(yè)學(xué)生，其次是計算機教師，第三是計算是非專業(yè)人士和自學(xué)者，參與最少的是IT從業(yè)者。對于從事計算機教學(xué)的教師來說，本視頻將枯燥的棧和隊列的算法轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷦有蜗蟮囊曨l形式，實現(xiàn)“由難到易知識的傳授”轉(zhuǎn)變過程。既實現(xiàn)了教師的教學(xué)目標(biāo)，又豐富了教師的教學(xué)資源。對于計算機學(xué)生來說，微課可以隨時彌補知識漏洞，可以滿足個性化學(xué)習(xí)的需求。對于非計算機專業(yè)人士或自學(xué)者的反饋，多數(shù)通過觀看本視頻初步了解了棧和隊列的算法。IT行業(yè)工作者對這類知識非常熟悉，且問卷參與者極少，其分析和結(jié)論不具有代表性。

五、結(jié)語

本文在分析了傳統(tǒng)課程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)存在的問題后，具體介紹了以現(xiàn)代智能物流倉儲機器人的運行為背景的微課制作。該微課實現(xiàn)了多種教學(xué)資源內(nèi)容相結(jié)合，通過展示真實的場景，更好地講解了棧和隊列的知識點。微課不僅極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，滿足了學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，而且有效地突破了傳統(tǒng)課堂的時間和空間的限制。同時微課使教學(xué)目的更為直觀，其動畫的詳細(xì)講解增強了課程的交互性，取得了良好的教學(xué)效果，實現(xiàn)了學(xué)生教師線上線下互動，真正實現(xiàn)了以學(xué)生作為主體的教學(xué)方式的改革探索，豐富了《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)資源，推動了《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程改革。體現(xiàn)了微課可作為高校教師授課的輔助作用，準(zhǔn)確把握了微課在高等教育中的教學(xué)定位。