文｜張潞豪

對(duì)于我國(guó)高等院校的計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生而言，《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》是計(jì)算機(jī)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(shí)儲(chǔ)備，掌握常用的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能夠?qū)λ惴ㄟM(jìn)行時(shí)間空間復(fù)雜度的分析，最終達(dá)到在實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中可以針對(duì)具體需求來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和算法設(shè)計(jì)的能力。而棧和隊(duì)列是本課程中尤為重要的知識(shí)點(diǎn)，專業(yè)性強(qiáng)，對(duì)于剛接觸這類(lèi)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)生來(lái)說(shuō)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(gè)性需求。近年來(lái)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(duì)于高校教學(xué)還沒(méi)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(shū)或演示文稿PPT的形式進(jìn)行教學(xué)，無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生上課積極性，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)部分知識(shí)點(diǎn)理解不透，無(wú)法滿足學(xué)生學(xué)習(xí)的個(gè)性需求，本微課的制作就是為了解決這類(lèi)問(wèn)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(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)的一門(mén)核心課程，它具有較強(qiáng)的邏輯性和實(shí)踐性。重點(diǎn)傳授數(shù)據(jù)組織中的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)及相關(guān)算法，探討實(shí)際需求。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)，學(xué)好這門(mén)課程，對(duì)于學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)專業(yè)的其他課程和提升個(gè)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(shí)，可以設(shè)計(jì)出更高效的算法程序從而更好地利用計(jì)算機(jī)去解決復(fù)雜的需求問(wèn)題。同時(shí)，在實(shí)際計(jì)算機(jī)運(yùn)行環(huán)節(jié)中，各種類(lèi)型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被廣泛地運(yùn)用到軟件中。

棧和隊(duì)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(jìn)行插入或刪除操作的線性表，又稱為后進(jìn)先出的線性表；對(duì)棧來(lái)說(shuō)，棧頂?shù)奈恢脤?shí)際上在表的尾端，同理，棧底在表的首端。比如在現(xiàn)實(shí)生活中裝卸快遞貨物，先裝車(chē)底的快遞最后才送達(dá)，遵循先進(jìn)后出。

隊(duì)列（queue）也是一種線性表但和棧不同，可以在表兩端進(jìn)行操作。隊(duì)列只允許在表的一端進(jìn)行插入操作，在另一端進(jìn)行刪除操作，是一種先進(jìn)先出的線性表；允許插入一端稱為隊(duì)首，允許刪除的一端稱為隊(duì)尾，比如我們到食堂排隊(duì)打飯，遵循先進(jìn)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(mén)課程本身就是計(jì)算機(jī)專業(yè)的理論基礎(chǔ)課之一，課本知識(shí)多年固化，在講課過(guò)程中往往理論性較強(qiáng)，且有些案例年代較遠(yuǎn)，不能緊跟時(shí)代的變化，難以達(dá)到理論與實(shí)踐緊密結(jié)合。其次現(xiàn)在是信息化的教學(xué)時(shí)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(shí)現(xiàn)師生實(shí)時(shí)互動(dòng)溝通。第三，要真正地實(shí)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(guò)程中往往存在某個(gè)知識(shí)點(diǎn)理解不同，不同學(xué)生存在個(gè)體差異。這就提出了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程改革的一個(gè)要點(diǎn)，即如何能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生差異化學(xué)習(xí)，滿足個(gè)性化需求，而微課作為一種教學(xué)輔助手段，恰好彌補(bǔ)了這種需求空白。

三、微課設(shè)計(jì)

（一）制作棧和隊(duì)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(duì)列為知識(shí)點(diǎn)，它通過(guò)模擬智能物流車(chē)在現(xiàn)代物流倉(cāng)庫(kù)的運(yùn)行情景，為學(xué)生創(chuàng)造了一個(gè)生動(dòng)形象的學(xué)習(xí)案例，突出了微課選題的短、精、難特點(diǎn)。本微課時(shí)間控制在10分鐘以內(nèi)，不用引課直接情景說(shuō)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(jìn)行學(xué)習(xí)鞏固，解決了學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的問(wèn)題。方便學(xué)習(xí)生通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)借助移動(dòng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主不限時(shí)間空間循環(huán)學(xué)習(xí)。

（二）微課的設(shè)計(jì)策略

本微課的設(shè)計(jì)策略為：以物流車(chē)充電為入棧操作，充滿離開(kāi)為出棧；棧滿排隊(duì)為入隊(duì)操作，入棧為出隊(duì)操作。車(chē)輛正常充電，當(dāng)充電位滿后，繼續(xù)來(lái)到的其他車(chē)輛只能停在排隊(duì)位上，根據(jù)隊(duì)列的特點(diǎn)，先排隊(duì)的車(chē)輛先離開(kāi)排隊(duì)位進(jìn)入充電區(qū)，符合隊(duì)列的“先進(jìn)先出，后進(jìn)后出”的操作特點(diǎn)，因此，可以用一個(gè)隊(duì)列來(lái)模擬排隊(duì)位。排在充電位中的車(chē)輛可以提前離開(kāi)，在該車(chē)輛之后進(jìn)棧的須為它讓路，然后這些車(chē)輛依原來(lái)到達(dá)充電位置的次序重新進(jìn)入充電位，因此在前面已設(shè)的一個(gè)棧和一個(gè)隊(duì)列的基礎(chǔ)上，還需要有一個(gè)用來(lái)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(jìn)入，所以可以用一個(gè)臨時(shí)棧來(lái)模擬。

（三）微課內(nèi)容

微課內(nèi)容包括P P T制作、動(dòng)畫(huà)制作、習(xí)題問(wèn)卷設(shè)計(jì)、程序演示。PPT制作微課的主要情景，最后通過(guò)錄制生成微課視頻，該部分主要說(shuō)明微課動(dòng)畫(huà)的五大內(nèi)容。首先是動(dòng)畫(huà)故事引入：以員工向監(jiān)理匯報(bào)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(duì)列相關(guān)知識(shí)點(diǎn)做鋪墊；其次是核心動(dòng)畫(huà)場(chǎng)景講解：共分四個(gè)場(chǎng)景，由淺入深依次引出堆棧和隊(duì)列；系統(tǒng)介紹棧和隊(duì)列的概念和棧頂元素、棧底元素，演示出入棧、出入隊(duì)；通過(guò)引入臨時(shí)棧，深入講解棧“先進(jìn)后出”和隊(duì)列“先進(jìn)先出”的本質(zhì)特點(diǎn)；再次通過(guò)動(dòng)畫(huà)演示講解棧的“先進(jìn)后出”和隊(duì)列“先進(jìn)先出”；知識(shí)總結(jié)：將棧和隊(duì)列的知識(shí)點(diǎn)以動(dòng)畫(huà)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(gè)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(shí)棧）？”，難度適中，結(jié)合動(dòng)畫(huà)講解能產(chǎn)生很好的效果。課下部分包括形成性評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)：調(diào)查問(wèn)卷和課后習(xí)題；程序演示：將上述過(guò)程結(jié)合C語(yǔ)言中棧和隊(duì)列進(jìn)行算法設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)成C語(yǔ)言程序，來(lái)實(shí)際模擬倉(cāng)儲(chǔ)物流車(chē)充電管理系統(tǒng)。以充電區(qū)充電位2個(gè)，排隊(duì)位2個(gè)來(lái)進(jìn)行算法演示過(guò)程。

（四）微課制作

多媒體資源的使用：動(dòng)畫(huà)制作：來(lái)畫(huà)；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(chǎng)景引入：在某小型物流倉(cāng)辦公室，以員工向監(jiān)理匯報(bào)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(duì)列相關(guān)知識(shí)點(diǎn)做鋪墊。

核心知識(shí)點(diǎn)場(chǎng)景動(dòng)畫(huà)講解：場(chǎng)景一：引出計(jì)算機(jī)中C語(yǔ)言中堆棧和隊(duì)列的知識(shí)點(diǎn)。員工向監(jiān)理介紹只有兩個(gè)充電位和排隊(duì)位，隨后四輛物流車(chē)趕來(lái)，依次進(jìn)入充電位充電和在排隊(duì)位依次等候。動(dòng)畫(huà)解讀：兩個(gè)充電位即在計(jì)算機(jī)中申請(qǐng)的動(dòng)態(tài)內(nèi)存—堆，兩輛物流車(chē)依次進(jìn)入充電即計(jì)算機(jī)中元素的入棧操作；兩個(gè)排隊(duì)位即計(jì)算機(jī)中的隊(duì)列，剩余兩輛物流車(chē)依次進(jìn)入排隊(duì)位即計(jì)算機(jī)中元素的入隊(duì)操作。場(chǎng)景二：系統(tǒng)介紹棧和隊(duì)列的概念和棧頂元素、棧底元素，演示出入棧、出入隊(duì)。其場(chǎng)景動(dòng)畫(huà)為：2號(hào)車(chē)充滿離開(kāi)，3號(hào)車(chē)進(jìn)入充電區(qū)充電。動(dòng)畫(huà)解讀：2號(hào)車(chē)所在位置為棧頂，2號(hào)車(chē)叫做棧頂元素；1號(hào)車(chē)所在位置為棧底，1號(hào)車(chē)叫做棧底元素。2號(hào)車(chē)充滿離開(kāi)叫做出棧操作，出棧后，棧頂元素為空，隊(duì)列元素出隊(duì)入棧，此后3號(hào)車(chē)成為棧頂元素。4號(hào)車(chē)向前補(bǔ)位。場(chǎng)景三：通過(guò)引入臨時(shí)棧，深入講解?！跋冗M(jìn)后出”和隊(duì)列“先進(jìn)先出”的本質(zhì)，其場(chǎng)景動(dòng)畫(huà)為：1號(hào)車(chē)充滿離開(kāi)，2號(hào)車(chē)進(jìn)入臨時(shí)等候區(qū)待1號(hào)車(chē)離開(kāi)后2號(hào)車(chē)再重新充電，3號(hào)車(chē)也同時(shí)跟進(jìn)。動(dòng)畫(huà)解讀：臨時(shí)等候區(qū)即臨時(shí)棧。若有需要，則會(huì)自動(dòng)生成臨時(shí)棧。2號(hào)車(chē)進(jìn)入臨時(shí)棧等待1號(hào)車(chē)完全離開(kāi)，隨后2號(hào)車(chē)離開(kāi)臨時(shí)棧重新入棧，若不再需要臨時(shí)棧來(lái)充當(dāng)臨時(shí)存儲(chǔ)則刪除臨時(shí)棧。場(chǎng)景四：再次通過(guò)動(dòng)畫(huà)演示講解棧的“先進(jìn)后出”和隊(duì)列“先進(jìn)先出”，其場(chǎng)景動(dòng)畫(huà)：2號(hào)和1號(hào)依次離開(kāi)，3號(hào)和4號(hào)依次進(jìn)入。動(dòng)畫(huà)解讀：2號(hào)和1號(hào)完成離棧操作，3號(hào)和4號(hào)完成入棧操作。場(chǎng)景五：知識(shí)總結(jié)用動(dòng)畫(huà)角色重現(xiàn)課堂知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)行及時(shí)鞏固。場(chǎng)景六：例題講解同樣使用動(dòng)畫(huà)角色和演示，在核心知識(shí)點(diǎn)講解完畢后，需要通過(guò)實(shí)例來(lái)加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)。

課后拓展與鞏固及程序運(yùn)行：利用微課可以很容易對(duì)課程進(jìn)行形成性評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)，通過(guò)“問(wèn)卷星”的便捷性可以很容易創(chuàng)建簡(jiǎn)單習(xí)題檢測(cè)，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(duì)核心知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，可以及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略。以經(jīng)典C語(yǔ)言自行設(shè)計(jì)并運(yùn)行《倉(cāng)庫(kù)智能物流車(chē)管理系統(tǒng)》程序，在實(shí)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(yùn)行情景，使學(xué)生深入了解棧的定義和特點(diǎn)，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(shí)結(jié)合線下實(shí)際調(diào)查，發(fā)布問(wèn)卷調(diào)查，對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)分析整理如下（各類(lèi)問(wèn)題不再詳細(xì)展示，只展示人員類(lèi)別占比）。

根據(jù)調(diào)查問(wèn)卷結(jié)果數(shù)據(jù)分析，參與最多的是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生，其次是計(jì)算機(jī)教師，第三是計(jì)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(duì)于從事計(jì)算機(jī)教學(xué)的教師來(lái)說(shuō)，本視頻將枯燥的棧和隊(duì)列的算法轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷦?dòng)形象的視頻形式，實(shí)現(xiàn)“由難到易知識(shí)的傳授”轉(zhuǎn)變過(guò)程。既實(shí)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(duì)于計(jì)算機(jī)學(xué)生來(lái)說(shuō)，微課可以隨時(shí)彌補(bǔ)知識(shí)漏洞，可以滿足個(gè)性化學(xué)習(xí)的需求。對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)人士或自學(xué)者的反饋，多數(shù)通過(guò)觀看本視頻初步了解了棧和隊(duì)列的算法。IT行業(yè)工作者對(duì)這類(lèi)知識(shí)非常熟悉，且問(wèn)卷參與者極少，其分析和結(jié)論不具有代表性。

五、結(jié)語(yǔ)

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(wèn)題后，具體介紹了以現(xiàn)代智能物流倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人的運(yùn)行為背景的微課制作。該微課實(shí)現(xiàn)了多種教學(xué)資源內(nèi)容相結(jié)合，通過(guò)展示真實(shí)的場(chǎng)景，更好地講解了棧和隊(duì)列的知識(shí)點(diǎn)。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(shí)間和空間的限制。同時(shí)微課使教學(xué)目的更為直觀，其動(dòng)畫(huà)的詳細(xì)講解增強(qiáng)了課程的交互性，取得了良好的教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生教師線上線下互動(dòng)，真正實(shí)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(dòng)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。