基于五星教學模型二叉樹遍歷微課教學研究

趙玉剛

摘要：二叉樹遍歷算法是數(shù)據(jù)結構與算法課程中重要的算法，學生理解起來有一定難度;本文以五星教學模型為理論指導，采用微課與傳統(tǒng)教學方法相結合的方式進行教學設計。

關鍵詞：微課;二叉樹遍歷算法;五星教學模型;教學設計

中圖分類號：G424? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）24-0187-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 引言

微課作為一種“短小精悍，主題突出” 的新型教育資源形式已在高校廣泛展開[1]。微課要求針對某一個主題在10～15 分鐘左右講解清楚，這不但要求教師在內(nèi)容呈現(xiàn)上達到流暢新穎，更對教學設計的高效合理提出較高要求。

2 五星教學模型

五星教學模型是美國著名教育家梅里爾（M. David Merrill）教授提出的，針對在線教學和多媒體教學中過多重視信息呈現(xiàn)而忽視有效教學特征的問題進行重點改進。五星教學模型被國內(nèi)一些高校相繼引入，通過一系列的應用驗證，取得了較好效果[2]。

五星教學模式主要包括“聚焦解決問題（Question）”“激活原有知識（Activation）”“展示論證新知識（Demonstration）”“嘗試應用練習（Application）”和“融會貫通掌握（Integration）” 5個主要因素 [3]。其核心是：將教學任務放在循環(huán)遞進的解決實際問題的情境設定中來進行：首先向學習者提出問題，然后針對具體任務展開實施教學，接著再展示怎樣將學到的具體知識運用到實際問題解決中去。這樣的做法，才是符合學習過程普遍規(guī)律和學習者心理接受要求的質優(yōu)且高效率的教學模式。五星教學模型的組成如圖1所示，整個教學模式以“聚焦解決問題”為中心，內(nèi)層圓對應教師的教學階段循環(huán)：1激活舊知識;2示證新知識;3嘗試進行應用;4融會貫通，外層圓對應學生的學習循環(huán)遞進圈：1準備2理解3嘗試4反思。由圖1可知，五星教學模型不僅注重教學過程，同時也關注學生的學習過程，強調教學過程要符合學生學習的心理過程[4]，從而破解“知識的詛咒”[1]，有效避免教授者自說自解、學生進入不了狀態(tài)。

3 數(shù)據(jù)結構與算法、微課

數(shù)據(jù)結構與算法是計算機類專業(yè)的專業(yè)基礎課程，是一門綜合性很強的專業(yè)課程，同時又是一門抽象性很強的課程。課程中不少算法學生理解起來有一定的困難，比如字符串模式匹配算法、二叉樹及圖的遍歷以及相關算法。如果僅僅依靠課堂上教師的講解，學生很難理解和掌握。因此如何通過各種有效資源，提高學生的學習效率非常重要[5]。

微課的主要內(nèi)容是課堂教學視頻（課例），一般時長10到15分鐘。往往還包含與該教學主題有關的教學課件、練習題目、教學反思、教學設計等教學資源 [3]。所以，微課既有別于傳統(tǒng)類型的如課件、設計、反思等教學資源，又是在其基礎上發(fā)展起來的一種新型教學資源[4]。

4 二叉樹遍歷算法教學設計

良好的教學設計要根據(jù)課程標準的要求，并參考具體教學對象的特點，將教學諸要素合理安排，從而確定最佳的教學方案[5]。微課教學設計需要確定微課的教學目標，應用有效的教學理論指導，綜合教學環(huán)節(jié)中各要素之間的本質聯(lián)系，使學習者在微課程的相對短時間內(nèi)獲得較高的學習效果[5]。二叉樹遍歷（Binary Tree Traversal）是指沿著二叉樹某條訪問路線，依次對樹上所有結點均做一次且僅做一次訪問。二叉樹遍歷是二叉樹最重要的操作，也是進行其他相關操作的重要基礎[9]。教學設計圍繞授課任務，經(jīng)過分析教學目標，讓學習者理解二叉樹遍歷算法的基本思想及實現(xiàn)，確定二叉樹遍歷算法的算法原理作為學習的重點和難點[7]。

4.1 聚焦解決問題

在數(shù)據(jù)結構課程中，二叉樹遍歷算法是有一定難度的算法，根據(jù)以往教學經(jīng)驗，學習者對二叉樹節(jié)點的訪問順序混淆不清，很難達到預期的教學效果。微課選題如將二叉樹遍歷的三種遍歷算--先序遍歷、中序遍歷、后序遍歷算法放在一節(jié)微課里面來講授，內(nèi)容過多時間不夠;如果將二叉樹遍歷四種算法的本質提取出來講授，抓住遍歷的實質是遞歸訪問的路線一樣，只是訪問節(jié)點的時機不同這一算法的核心思想，通過動畫視頻來動態(tài)演示對比，從而幫助學生抓住二叉樹遍歷的算法本質。因此本節(jié)微課聚焦的問題將選為二叉樹遍歷算法三種遍歷算法游走路線一樣而具體訪問時機不同這一關鍵去講解和演示。

4.2 激活舊有知識

本節(jié)課舊有知識包括：一是二叉樹的性質，結合二叉樹的定義講述和證明二叉樹的重要性質;二是二叉樹的存儲方式，比較順序存儲和鏈式存儲的優(yōu)、缺點。重點強調最常用的二叉鏈表相對于其他存儲的優(yōu)越性。為后繼新知識的引出做好鋪墊。同時為加強新舊知識的對比，簡化新知問題，可以利用PPT 之外的媒體方式，給出二叉樹二叉鏈表存儲的示意圖例[8]。

4.3 示證新知識

示證新知識是五星教學模型中的關鍵環(huán)節(jié)，梅里爾教授在五星教學模型強調要根據(jù)學習知識的類型特點來設計相應的教學方法[2]。二叉樹遍歷算法中的示證新知識針對前序遍歷、后序遍歷和中序遍歷進行分別表述和演示顯然要煩瑣很多，同時還容易引起學生混淆，往往教學效果會大打折扣。而通過抓住遍歷的遞歸本質動，三種算法訪問的路徑是完全一樣區(qū)別在于訪問節(jié)點的時機不同。通過仿照大家都熟悉的貪吃蛇游戲，設計像蛇一樣游走的卡通人物動畫來演示進行算法遍歷的過程，強化游走路線和相同訪問節(jié)點的時機的區(qū)別，從而引導學生對二叉樹算法的實質有一個形象準確的把握。

4.4 嘗試應用

嘗試應用強調的是緊扣目標操練和變式問題操練[2]。二叉樹遍歷算法是二叉樹應用的基礎，后邊關于樹的操作幾乎都和二叉樹遍歷算法相關，所以嘗試應用環(huán)節(jié)就可以給出一些三種遍歷算法組合的應用實例題目，譬如依據(jù)前序遍歷和中序遍歷序列畫出二叉樹，或者依據(jù)中序遍歷和后序遍歷序列計算出前序遍歷序列這一類的綜合應用題，從而加深學生對二叉樹遍歷算法實質的理解。

4.5 融會貫通

微課課堂中很難安排出單獨的練習時間，因此在微課中融會貫通環(huán)節(jié)通常與課后的實踐和作業(yè)聯(lián)系起來。在二叉樹遍歷算法微課中，實踐的內(nèi)容主要是通過深刻理解二叉樹算法的代碼實現(xiàn)，從而能夠靈活地實現(xiàn)二叉樹遍歷算法的相關應用譬如統(tǒng)計二叉樹的總的節(jié)點數(shù)、葉子節(jié)點數(shù)、二叉樹的深度等等，吃透遞歸的思想來實現(xiàn)算法仿真。從而牢固掌握二叉樹遍歷的算法，并能在以后面對具體實際工程問題時靈活加以應用[9]。

5 結語

筆者以參加信息化教學大賽中獲獎微課作品為基礎，結合數(shù)據(jù)結構與算法課程的特點，以五星教學模型理論為指導，完成二叉樹遍歷算法微課的教學設計，并在實際教學中進行的應用實施。實踐證明，按照五星教學模型來組織微課教學，抓人眼球的微課動畫視頻，類似游戲的場景設定，更有利于調動學生的學習主觀能動性;按照五星模型逐環(huán)節(jié)引導，層層循環(huán)遞進，引導學生循序漸進地構建知識體系，從而取得了較好的教學實際效果。五星教學模型是經(jīng)典的教學設計理論，將其應用于微課教學設計中，具有一定的應用價值，對今后的微課教學設計提供一定的借鑒作用。

參考文獻：

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[8] 張俊珍. 大學數(shù)據(jù)結構課程“翻轉課堂”教學模式研究[J]. 讀寫算（教育教學研究）， 2015（34）： 54-55.

[9] 周思林， 謝從華， 周蓓. 基于自主學習的“數(shù)據(jù)庫應用技術”課程教學模式研究[J]. 軟件導刊， 2013， 12（1）： 198-199.

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