王 楠， 董守偉， 趙 娟

（1.西安工業(yè)大學(xué) 北方信息工程學(xué)院，陜西 西安 710025；2.西安石油大學(xué) 陜西 西安 710065）

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程是計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)及相關(guān)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，它涉及數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的表示、組織與處理，以及相應(yīng)的算法設(shè)計和初步的算法分析技術(shù)。本課程的教學(xué)不僅注重學(xué)生對理論的理解，鍛煉學(xué)生抽象思維和創(chuàng)造能力，更注重培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力，使學(xué)生學(xué)會用計算機(jī)解決實際問題時，以一種創(chuàng)新的理念去有效地組織、存儲和處理數(shù)據(jù)的方法，并設(shè)計出結(jié)構(gòu)清晰、正確易讀、質(zhì)量高、編程風(fēng)格好的高效率算法，從而為后續(xù)課程學(xué)習(xí)和計算機(jī)軟件的實際開發(fā)打下堅實的理論基礎(chǔ)和實踐基礎(chǔ)。在獨(dú)立學(xué)院院校，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程都是采用傳統(tǒng)的“灌輸式”教學(xué)模式，學(xué)生在課堂上基本處于被動狀態(tài)，無法培養(yǎng)學(xué)生的解決問題的能力和實際動手能力，存在難以將理論知識應(yīng)用到實際的困境[1]。

以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法（Problem-Based Learning，PBL），是基于現(xiàn)實世界的以學(xué)生為中心的教育方式，與傳統(tǒng)的以學(xué)科為基礎(chǔ)的教學(xué)法有很大不同，PBL強(qiáng)調(diào)一個以學(xué)生為中心，利用知識和技能解決實際問題，從而達(dá)到建構(gòu)經(jīng)驗的學(xué)習(xí)過程。PBL將學(xué)習(xí)與更大的任務(wù)或問題掛鉤，使學(xué)習(xí)者投入于問題中；它設(shè)計真實性任務(wù)，它強(qiáng)調(diào)把學(xué)習(xí)設(shè)置到復(fù)雜的、有意義的問題情景中，通過學(xué)習(xí)者的自主探究和合作來解決問題，從而學(xué)習(xí)隱含在問題背后的科學(xué)知識，形成解決問題的技能和自主學(xué)習(xí)的能力。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門課的特點是實踐性強(qiáng)，要求學(xué)生具有動手解決實際問題的能力。所以PBL的教學(xué)理念同樣適合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的課程教學(xué)。根據(jù)獨(dú)立學(xué)院人才培養(yǎng)的要求和學(xué)生特點，探索適合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的教學(xué)模式是我們當(dāng)前要研究的一個課題[2]。

1 獨(dú)立學(xué)院中本課程的現(xiàn)狀及存在的問題

目前從筆者的親身教學(xué)經(jīng)歷得出獨(dú)立學(xué)院 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程存在以下問題[3]：

從學(xué)生的特點和培養(yǎng)目標(biāo)來看，獨(dú)立學(xué)院屬于新興的教育模式，它的培養(yǎng)目標(biāo)是著力培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型創(chuàng)新人才，但獨(dú)立學(xué)院學(xué)生不同于一本、二本的學(xué)生，大多數(shù)學(xué)生文化基礎(chǔ)比較差，對理論性強(qiáng)和抽象化的知識缺乏興趣，缺乏主動學(xué)習(xí)的意識，這增加了對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)的難度。

從前導(dǎo)課程的學(xué)習(xí)方面來看，在開設(shè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程之前，要求學(xué)生熟練掌握一門計算機(jī)語言，學(xué)生對語言的掌握程度直接關(guān)系到《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的教學(xué)效果。本校開設(shè)了《C語言程序設(shè)計》，但其中函數(shù)、指針和結(jié)構(gòu)體等知識點是教學(xué)難點，由于教學(xué)學(xué)時限制，往往沒有分配充分的學(xué)時，對這些知識點沒有深入、重點講解，使得學(xué)生普遍理解不深，不能熟悉掌握這方面的編程技巧，難以在編程中對這些知識點進(jìn)行靈活應(yīng)用，但這些知識點卻貫穿整個《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程，在實踐過程中頻繁使用。

從教學(xué)內(nèi)容方面看，《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》[4]課程覆蓋的知識點多、概念抽象，這些特點決定了教與學(xué)的難度較大，在實際授課時，理論偏多，不利于學(xué)生掌握本課程的內(nèi)容；而實踐課程難度偏大，大部分學(xué)生難于完成實踐任務(wù)，從而導(dǎo)致教學(xué)過程中出現(xiàn)重理論，輕實踐的現(xiàn)象。但其教學(xué)水平和效果又將直接影響后續(xù)課程的學(xué)習(xí)以及學(xué)生算法設(shè)計實踐能力的提高。

從教學(xué)方法來看，傳統(tǒng)的教學(xué)以“教”為主，教師占用了大量的課堂時間把每個知識點傳授給學(xué)生，這種“注入式”、“填鴨式”教學(xué)模式忽視了學(xué)生的主觀能動性的發(fā)揮，導(dǎo)致不能培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決實際問題能力，使理論與實踐脫節(jié)。學(xué)習(xí)了概念和算法，但卻不知道這些知識有什么用，怎么用。由于不了解這些知識的關(guān)聯(lián)性，也無法與實際應(yīng)用聯(lián)系起來，嚴(yán)重地影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

2 PBL教學(xué)模式概述

2.1 PBL的概念與特點

PBL即project-based learning，基于問題或項目的學(xué)習(xí)。PBL教學(xué)是指將復(fù)雜學(xué)習(xí)置于可操作問題或項目中，讓學(xué)生通過小組討論的合作模式共同的來解決問題，并通過問題的解決來學(xué)習(xí)問題背后隱身的知識來促進(jìn)其自主學(xué)習(xí)的能力。

2.2 PBL的教學(xué)設(shè)計及流程

在PBL教學(xué)模式中，中心思想就是以學(xué)生為主體，以問題為基礎(chǔ)，以教師為引導(dǎo)，圍繞實踐問題編制課程。創(chuàng)設(shè)情境、構(gòu)建問題、學(xué)生、教師是PBL模式的基本要素。問題與情境是課程組織及教學(xué)目標(biāo)實現(xiàn)的核心，學(xué)生是致力于解決問題主體及直接參與人，教師是學(xué)生解決問題的設(shè)計者、指導(dǎo)者。PBL教學(xué)目標(biāo)可以通過以下幾個步驟實現(xiàn)：創(chuàng)設(shè)情境、構(gòu)建問題、分析問題、知識獲取、解決問題、成果展示及評價反饋[5]，如圖 1所示。

圖1 PBL教學(xué)模式的設(shè)計及流程Fig.1 PBL teaching mode of design and process

3 PBL在獨(dú)立學(xué)院本課程中的應(yīng)用與實踐

獨(dú)立學(xué)院的培養(yǎng)目標(biāo)定位要與研究型和教學(xué)研究型大學(xué)人才培養(yǎng)目標(biāo)不同，著力培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型創(chuàng)新人才。在其人才培養(yǎng)模式上，獨(dú)立學(xué)院要要人才市場為導(dǎo)向，堅持面向社會，服務(wù)于社會，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力、能夠適應(yīng)市場競爭的本科應(yīng)用型人才[6]。其教學(xué)理念也有其更新，教學(xué)過程是師生交往、共同發(fā)展的互動過程，教師是學(xué)生學(xué)習(xí)的協(xié)作者、引導(dǎo)者和參與者，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，這與PBL教學(xué)法的基本要素吻合，因此針對當(dāng)前獨(dú)立學(xué)院中《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)存在的問題，我們在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中融入PBL教學(xué)法，將理論知識講解和PBL教學(xué)模式相結(jié)合，提出基于PBL教學(xué)法的改革措施。

3.1 加強(qiáng)前導(dǎo)課程的學(xué)習(xí)

在《C程序設(shè)計》中指針和結(jié)構(gòu)體是重點也是難點，而在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程中的廣泛使用這些知識解決問題，因此應(yīng)在《C程序設(shè)計》課程中，增加對這部分知識的重視程度，分配更多的理論和實際課時，讓學(xué)生熟練掌握指針和結(jié)構(gòu)體基礎(chǔ)知識，并熟練運(yùn)用它們進(jìn)行編程。

3.2 在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中融入PBL教學(xué)法

1）創(chuàng)設(shè)情境，提出探究問題

教師備課中，首先要根據(jù)授課的基本知識點，設(shè)計一個或幾個與知識點密切聯(lián)系并能覆蓋絕大多數(shù)知識點，并將這些知識點融合成一個整體的實際問題。創(chuàng)設(shè)問題的情境，其目的在于自然真實的引出問題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動機(jī)，加深對問題的理解，明確該問題所包含的學(xué)習(xí)目標(biāo)，使學(xué)生能通過解決這個實際問題來獲得系統(tǒng)的知識和技能。

2）創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)小組，鼓勵協(xié)作解決問題

根據(jù)問題情景，由學(xué)生自由組合分組，小組的人數(shù)教師根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)的復(fù)雜程度及學(xué)生的個性特點、學(xué)習(xí)能力進(jìn)行設(shè)置，教師在整個過程中始終起的是引導(dǎo)作用，引導(dǎo)學(xué)生解決問題。在設(shè)計學(xué)習(xí)活動的時候，應(yīng)注意學(xué)習(xí)活動目標(biāo)的完成要依賴于學(xué)習(xí)小組通過交流與協(xié)作平臺進(jìn)行協(xié)同合作。在創(chuàng)設(shè)小組學(xué)習(xí)時要明確小組的內(nèi)部分工，并根據(jù)問題的難易程度具體細(xì)化分工的形式，在分組的過程中教師要一直保持引導(dǎo)與監(jiān)管的職責(zé)，特別是小組在形成關(guān)于問題本質(zhì)的假設(shè)及可能的解決方案階段。鼓勵小組成員通過通力協(xié)作去識別、發(fā)現(xiàn)并解決問題；培養(yǎng)學(xué)生分析問題、自主學(xué)習(xí)、解決問題的能力，是實施PBL教學(xué)模式的目的，也是非常關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)。

3）針對問題，遷移教學(xué)重點

在針對中心問題的解決過程中，教師要密切關(guān)注學(xué)生的解決問題的思路是按照教學(xué)的任務(wù)及目的。如果學(xué)生在解決問題中遇到困難，教師要及時發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行引導(dǎo)，在學(xué)生解決問題實質(zhì)階段，教師要定時監(jiān)控，并根據(jù)一些關(guān)鍵、難點問題進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的遷移，遷移的形式與手段是實現(xiàn)教學(xué)計劃的保證，可以采取示范及具體實例啟發(fā)學(xué)生的思路、抓住知識的要領(lǐng)、使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中少走彎路。最終達(dá)到教學(xué)的計劃和目標(biāo)。

4）自主探索，意圖呈現(xiàn)，解決問題

通過教師的監(jiān)控引導(dǎo)，學(xué)生通過小組件的協(xié)作討論問題的實質(zhì)以及教學(xué)的真實意圖，并通過解決問題的過程中獲得知識與技能，在該階段要求學(xué)生記好自學(xué)及小組筆記，筆記內(nèi)容不僅要有自學(xué)過程的記錄，還須將小組間協(xié)作的感受心得記錄下來。教師在這個過程中，需要鼓勵學(xué)生創(chuàng)造性發(fā)揮通過合作學(xué)習(xí)進(jìn)行討論、交流協(xié)作，最終解決問題。

5）展示成果，及時評價與反饋

學(xué)生在項目進(jìn)行中和結(jié)束時進(jìn)行自我評價和小組評價，學(xué)生小組將本小組的問題解決收獲及解決途徑進(jìn)行演示，并選派代表向大家陳述本組遇到的困難。小組之間進(jìn)行互評，通過互評實現(xiàn)所學(xué)知識的再次交流，同學(xué)之間取長補(bǔ)短，使自己解決問題的思路更為開闊。教師對每個小組的收獲及成果進(jìn)行評價，對出現(xiàn)的共性問題及時講解[7]。

3.3 后期總結(jié)

古人云：“學(xué)起于疑，成于思”，教師要認(rèn)真分析在教學(xué)過程中所遇到的問題，不斷完善自己的教學(xué)計劃和教學(xué)手段，通過教學(xué)技巧的提升從而達(dá)到教學(xué)質(zhì)量及任務(wù)的實現(xiàn)。特別是要認(rèn)真地總結(jié)在教學(xué)過程中學(xué)生在小組中所遇到的困難的因素，勇于在大膽實踐的同時及時總結(jié)經(jīng)驗，不斷創(chuàng)新。教師課堂講授注意方式、方法的靈活多樣化，使學(xué)生成為課堂的主體，教師從中發(fā)揮解惑、引導(dǎo)、深化的作用[7]。

4 結(jié)束語

隨著獨(dú)立學(xué)院教學(xué)改革和教學(xué)技術(shù)發(fā)展，基于問題導(dǎo)向型的學(xué)習(xí)模式逐漸成為教育技術(shù)領(lǐng)域研究的重點，結(jié)合了情景環(huán)境的 PBL教學(xué)能更加符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，更能促進(jìn)學(xué)生的思維發(fā)展。

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程是一門實踐性很強(qiáng)的學(xué)科，傳統(tǒng)的教學(xué)法可能使學(xué)生記不住、理不清，出現(xiàn)不會操作、動手能力差等問題。而PBL教學(xué)法作為一種新的教學(xué)模式，它強(qiáng)調(diào)調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，有利于促進(jìn)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，并在這一過程中獲得知識，提高實際動手操作的能力。但是我們在實際運(yùn)用過程中，不能照搬 PBL的設(shè)計流程，要根據(jù)不同教學(xué)對象，不同專業(yè)學(xué)生，靈活運(yùn)用，將理論與實踐相結(jié)合，將問題與探究相連接，這樣才能使《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)實現(xiàn)徹底的改革與發(fā)展，因此要不斷加強(qiáng)對PBL教學(xué)模式的研究，逐步建立定量和定性相結(jié)合的科學(xué)教學(xué)體系。

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