郭小波 劉永平

摘要：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程在計算機(jī)專業(yè)的教學(xué)體系中處于承上啟下的中心地位。本文結(jié)合該課程的特點和我國普通本科高校的教學(xué)實際，針對教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，基于PBL教學(xué)模式對該課程的教學(xué)進(jìn)行改革，提出了具有高度可行性的教學(xué)設(shè)計方法、考核評價體系和學(xué)習(xí)策略，對于激發(fā)學(xué)生的積極性，改善學(xué)習(xí)效果，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展具有現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：PBL教學(xué)模式；教學(xué)評價；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；學(xué)習(xí)動機(jī)

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）11-0122-04

Abstract： The course of data structure plays a central role in the teaching system of computer specialty. Combined on the characteristics of the course and the teaching practice of ordinary undergraduate colleges in China， this paper aims at the reform of the teaching of the teacher and the status quo of the students， this paper proposes a highly feasible teaching design method， evaluation system and Learning strategy based on the PBL teaching mode， which is of great practical significance to stimulate students enthusiasm， improve their learning effect and promote their all-round development.

Key words： PBL teaching mode； teaching evaluation ；data structure； learning motivation

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程在計算機(jī)學(xué)科中處于重要的地位，該課程的主要目標(biāo)是使學(xué)生學(xué)會從問題入手，分析研究計算機(jī)加工的數(shù)據(jù)的特性，能夠為在實踐應(yīng)用中所涉及的數(shù)據(jù)選擇合適的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)及對這些數(shù)據(jù)的加工算法，培養(yǎng)良好的程序設(shè)計技能，編制高效可靠的程序[1]。由于該課程知識體系繁雜，對學(xué)生的現(xiàn)實問題抽象能力、計算思維能力、編程能力具有較高的要求，不少學(xué)生感覺課程學(xué)習(xí)枯燥、乏味，在學(xué)習(xí)的過程中逐漸對課程失去了興趣。由于該課程知識點之間存在較強(qiáng)的相關(guān)性，導(dǎo)致其學(xué)習(xí)中遇到的障礙和壓力越來越大，厭學(xué)情緒嚴(yán)重，陷入惡性循環(huán)。從教師的角度看，該課程需要教師具有非常強(qiáng)的跨學(xué)科知識和經(jīng)驗以及超強(qiáng)的課堂組織和教學(xué)技能，要能夠緊抓學(xué)生的學(xué)習(xí)痛點，使理論和現(xiàn)實問題充分融合，進(jìn)而高效激發(fā)出學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)動力。丹麥奧爾堡大學(xué)提出的PBL（problem-basedlearning）是一種新型的教學(xué)和學(xué)習(xí)模式，它以問題為導(dǎo)向，由項目來實施，重視學(xué)生主觀能動性的發(fā)揮，由學(xué)生自己提出問題，完成基于團(tuán)隊協(xié)作的項目，在實施項目的過程中通過反思和評價等環(huán)節(jié)完成知識的建構(gòu)過程[2]。這對培養(yǎng)學(xué)生的理論水平、實踐技能和綜合素質(zhì)都有非常好的作用。

1 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)的現(xiàn)狀及存在的問題

1.1 課程與社會現(xiàn)實聯(lián)系不緊密

教師在教學(xué)過程中往往注重理論知識的推理，歸納，分析，綜合，對理論知識與現(xiàn)實世界的結(jié)合性重視不夠，在課程上應(yīng)用的案例或者過于陳舊，導(dǎo)致學(xué)生缺乏興趣，或者不夠貼切，容易使學(xué)生產(chǎn)生困惑。這種情況產(chǎn)生的主要原因是一部分高校教師本身缺乏工程實踐經(jīng)驗，很難將豐富而又存在嚴(yán)密邏輯關(guān)系的理論知識應(yīng)用于實際。有的教師缺乏授課藝術(shù)，往往參照教科書或者學(xué)習(xí)資料中的主體內(nèi)容完成知識的傳授和推理，所用案例很多也來自教材，教師本人缺乏直觀和深刻的體驗。另一方面，有的學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確，課余時間不能主動廣泛深入的進(jìn)行文獻(xiàn)閱讀和研究，對課堂知識的學(xué)習(xí)和吸收缺乏全面性和綜合性，沒有對知識進(jìn)行靈活遷移和高效應(yīng)用的意識，不重視實踐課程學(xué)習(xí)和實踐技能培養(yǎng)，部分高校大學(xué)生對社會生活和工程技術(shù)實際了解不深，造成理論知識與現(xiàn)實應(yīng)用脫節(jié)，甚至有的學(xué)生認(rèn)為該課程對專業(yè)發(fā)展和今后工作沒有實質(zhì)作用，從而放棄課程學(xué)習(xí)。

1.2 學(xué)生學(xué)習(xí)動力不足

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程諸多知識點之間具有較強(qiáng)的內(nèi)在聯(lián)系，對學(xué)生前期的程序設(shè)計能力具有一定的要求，但有的學(xué)生在大學(xué)一年級還沒有構(gòu)建好計算思維理念，對程序設(shè)計缺乏深度認(rèn)知，問題的建模和抽象能力不強(qiáng)，甚至不具備編寫簡單程序和進(jìn)行程序調(diào)試的能力，又不善于利用互聯(lián)網(wǎng)時代大量高質(zhì)量的教學(xué)和學(xué)習(xí)資源，在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程學(xué)習(xí)中遇到新的更大的學(xué)習(xí)障礙時束手無策，當(dāng)問題積累到一定量時，新的知識就無法學(xué)習(xí)，久之造成學(xué)習(xí)能力下降，失去學(xué)習(xí)積極性。這在一定程度上是由于我國大部分高校的教學(xué)模式是教師占主導(dǎo)地位，知識的學(xué)習(xí)、消化、吸收、應(yīng)用、考核都是在教師的支配下完成的，學(xué)生處于被動的被灌輸?shù)牡匚唬虒W(xué)內(nèi)容無法抓住學(xué)生的興趣，或者初步引起的興趣得不到加強(qiáng)和拓展，學(xué)生認(rèn)為通過考試便達(dá)到了學(xué)習(xí)目標(biāo)，在這種低學(xué)習(xí)目標(biāo)下容易導(dǎo)致學(xué)習(xí)動力下降，應(yīng)付教師、應(yīng)付考試的情緒上升，造成“低分低能”或“高分低能”現(xiàn)象普遍。

1.3 課程考核評價體系不科學(xué)

課程考核作為教學(xué)過程的重要組成部分，不僅是評價教學(xué)效果的重要手段，也對整個教學(xué)活動具有強(qiáng)化、檢測和反饋功能[3]。高效的課程考核方式可以檢驗學(xué)生的知識和技能水平，大幅提高學(xué)習(xí)者的課程參與度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，最大程度幫助學(xué)習(xí)者從課程中獲益。我國大部分院?！稊?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的考核主要分為平時成績和期末考試兩個部分，平時成績主要考核學(xué)生的出勤情況，作業(yè)完成情況，課堂表現(xiàn)，實驗完成情況，期末考試主要的考核形式是閉卷答題，考查學(xué)生對基本理論、基本概念的掌握，以及應(yīng)用這些理論解決抽象問題的能力。這種考核方式容易造成學(xué)生因考而學(xué)，不考不學(xué)，在課程學(xué)習(xí)過程中人到心不到，抄襲作業(yè)和實驗結(jié)果的現(xiàn)象難以得到有效遏制，甚至出現(xiàn)考試作弊現(xiàn)象。這些現(xiàn)象本質(zhì)上看是考核評價體系不科學(xué)造成的，這種傳統(tǒng)的考核方式難以真正科學(xué)考查出學(xué)生的知識能力和應(yīng)用水平，學(xué)生的自主性、創(chuàng)新性得不到充分滿足，學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和情緒受到抑制，綜合素養(yǎng)如團(tuán)隊協(xié)作精神，分享與互助精神，表達(dá)與思辨能力，跨學(xué)科知識的綜合運用和解決現(xiàn)實問題的能力難以在這種考評體系下得到真正體現(xiàn)。

2 PBL教學(xué)模式的主要特點及優(yōu)勢

2.1 以學(xué)生為中心的教學(xué)理念

PBL教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，教學(xué)的核心目標(biāo)圍繞學(xué)生本體的學(xué)習(xí)意識和學(xué)習(xí)行為，其理論依據(jù)是建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論[4]。在以學(xué)生為中心的啟發(fā)式、合作式、參與式教學(xué)和學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生能夠深刻掌握知識的豐富內(nèi)涵。在課堂教學(xué)中，教師的作用不再是傳授知識，而是啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生，和學(xué)生一起設(shè)計和討論問題，并做好輔助、檢查、督促、考核的工作。這種教學(xué)理念能夠激發(fā)和促使學(xué)生深刻分析實際問題，規(guī)劃學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)方式，認(rèn)真總結(jié)和回顧已有的知識體系和經(jīng)驗技能，進(jìn)行深度思考和知識遷移，努力學(xué)習(xí)新的、復(fù)雜的跨學(xué)科知識并進(jìn)行交叉融合，這種理念的應(yīng)用對學(xué)生的復(fù)雜問題分析能力、協(xié)調(diào)組織能力、自律自查能力、批判質(zhì)疑精神、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)都具有很重要的作用。

2.2 以問題為導(dǎo)向，以項目為驅(qū)動組織教學(xué)

PBL教學(xué)模式的教學(xué)安排從現(xiàn)實問題出發(fā)，且圍繞問題展開，學(xué)習(xí)的主體是學(xué)生，通常由學(xué)生自己提出、分析和解決問題，課程教學(xué)將學(xué)習(xí)設(shè)置到復(fù)雜的、有意義的問題情境中，在項目實施過程中，學(xué)生自主管理項目，自主決定項目的組成要素，教師確保項目工作符合課程的教學(xué)目標(biāo)。這種教學(xué)模式最大的優(yōu)勢是能夠充分調(diào)動學(xué)生的積極性，學(xué)生學(xué)習(xí)的目標(biāo)和為達(dá)到該目標(biāo)而需要解決的問題來自學(xué)生自身，由于學(xué)習(xí)源于興趣的驅(qū)動和解決自身問題的需要，學(xué)生對自己應(yīng)該學(xué)習(xí)哪些知識以及怎樣學(xué)習(xí)知識，如何應(yīng)用和擴(kuò)展這些知識具有強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)欲望，這為激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)動力提供了先決條件。學(xué)生圍繞問題，開展個體學(xué)習(xí)和小組學(xué)習(xí)，掌握問題背后的知識，并在界定、分析和解決問題的過程中，培養(yǎng)溝通、表達(dá)、團(tuán)隊協(xié)作以及解決實際問題等能力。

2.3 實施團(tuán)隊學(xué)習(xí)，重視教學(xué)反思

在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中學(xué)生以個體學(xué)習(xí)為主，但PBL教學(xué)模式的基本學(xué)習(xí)形式是團(tuán)隊學(xué)習(xí)，一般根據(jù)班級學(xué)生人數(shù)和學(xué)習(xí)任務(wù)的復(fù)雜性，由3～8名學(xué)生組成一個學(xué)習(xí)小組，組內(nèi)成員分工協(xié)作，廣泛深入交流思想，討論問題，共同解決問題，通過小組學(xué)習(xí)、組間學(xué)習(xí)、小組討論和師生互動等途徑協(xié)作完成項目，解決現(xiàn)實性問題，并學(xué)習(xí)隱含于問題背后的科學(xué)知識，形成自主學(xué)習(xí)和解決問題的能力[5]。這種方式能使學(xué)生在充分利用已有的知識體系的基礎(chǔ)上，通過團(tuán)隊協(xié)作學(xué)習(xí)和應(yīng)用新知識，對學(xué)生的創(chuàng)新能力、實踐應(yīng)用能力、團(tuán)隊協(xié)作能力、溝通能力、質(zhì)疑和分享精神進(jìn)行充分有效的鍛煉。

2.4 科學(xué)高效的考評體系

PBL教學(xué)考核辦法是過程性考核和結(jié)果性考核相結(jié)合，但更加注重對過程的考核，過程考核側(cè)重考查學(xué)生學(xué)習(xí)的過程，包括理論學(xué)習(xí)過程和項目完成過程[6]。過程考核的成績在總成績中占有相當(dāng)大的比重（通常高于50%），其目標(biāo)是以考促學(xué)，更加客觀的對學(xué)生本人和學(xué)習(xí)小組的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行評價，并以過程考核促進(jìn)學(xué)習(xí)過程更加有效地進(jìn)行。也就是說，考核評價不僅關(guān)注學(xué)生對知識的掌握情況，更加注重他們的能力是否得到了培養(yǎng)[7]。以解決問題的能力為例，考核時注重的不是他們解決了多少問題，而是看他們是否掌握了解決問題的方法。通過這種方式培養(yǎng)的學(xué)生社會適應(yīng)能力較強(qiáng)，通常能夠較好把學(xué)科理論和相關(guān)技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)和生活實踐，并具有較強(qiáng)的專業(yè)轉(zhuǎn)換和知識遷移能力，以及較高的人文素養(yǎng)。

3 基于PBL教學(xué)模式對《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程改革的手段和措施

3.1 普及新型教學(xué)和學(xué)習(xí)理念，轉(zhuǎn)換教師角色

傳統(tǒng)的教學(xué)過程以教師為主體和中心，強(qiáng)調(diào)知識的傳授、理解、應(yīng)用過程，教師處于控制和主導(dǎo)地位，學(xué)生被灌輸知識，處于被動學(xué)習(xí)的地位，這種模式無法促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行深層學(xué)習(xí)。PBL教學(xué)模式倡導(dǎo)以學(xué)習(xí)者為中心的教學(xué)[8]，由學(xué)生發(fā)現(xiàn)、提出和解決問題，學(xué)生學(xué)習(xí)的動機(jī)很強(qiáng)，目標(biāo)很明確，能夠在通過完成團(tuán)隊項目解決問題的過程中完成多領(lǐng)域、跨學(xué)科知識的學(xué)習(xí)，由于學(xué)習(xí)本身是為了解決問題，因此學(xué)習(xí)過程本身就是應(yīng)用知識的過程。教師更重要的是起到啟發(fā)、引導(dǎo)、組織、觀察、解惑、反饋、評價的作用，而不是傳統(tǒng)教學(xué)模式下的傳授，學(xué)生提出的問題以及項目工作的實際表現(xiàn)會被用作評估的主要依據(jù)。教師還要應(yīng)用自己的學(xué)科知識和經(jīng)驗技能判斷學(xué)生提出問題的質(zhì)量以及基于學(xué)生現(xiàn)狀和可期待的學(xué)習(xí)過程判斷問題解決的可行性，給學(xué)生提出合理化的建議和供參考的思路，給學(xué)生提供輔助性學(xué)習(xí)材料和參考資源等，并控制學(xué)生為解決問題而學(xué)習(xí)的知識的深度和廣度，為學(xué)生提供方便的環(huán)境和條件，通過小組會議、教師提問、學(xué)生表達(dá)、重要節(jié)點匯報等形式做好過程檢查和過程控制。針對《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的教學(xué)和學(xué)習(xí)，教師要認(rèn)真轉(zhuǎn)換自己的角色和職能，將學(xué)習(xí)的主動權(quán)交給學(xué)生，啟發(fā)學(xué)生基于典型的線性表、樹、圖、散列等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點聯(lián)系現(xiàn)實世界中的問題，深度學(xué)習(xí)學(xué)科知識，活學(xué)活用，這樣才能從根本上提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

3.2 做好教學(xué)設(shè)計，更新教學(xué)和學(xué)習(xí)方式

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程知識體系龐大，教學(xué)內(nèi)容具有一定的抽象性，這對教師的教學(xué)水平提出了很高的要求。教師在有限的時間內(nèi)要促使學(xué)生深度學(xué)會這些廣泛和抽象的知識，就要合理規(guī)劃理論教學(xué)和實驗教學(xué)的安排，對知識點之間的銜接、貫通不僅要做到了然于胸，還要通過最高效和最合理的方式促使學(xué)生完全掌握，尤其針對《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程中較難掌握的知識點，如在學(xué)習(xí)AVL平衡樹、遞歸、快速排序、線索二叉樹、紅黑樹、B-樹、AOE網(wǎng)等理論與算法的同時，一定要引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建恰當(dāng)貼切的問題場景，基于數(shù)據(jù)模型和算法設(shè)計案例，并根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、興趣愛好、性格特長等因素組建學(xué)習(xí)小組，教師做好知識的梳理和問題的引導(dǎo)，盡量少講繁雜抽象的理論，而由學(xué)習(xí)小組發(fā)揮成員特長，合理實施分工，做好目標(biāo)規(guī)范和進(jìn)度安排，學(xué)習(xí)、吸收和應(yīng)用項目所涉及的知識點，編制為解決項目實際問題所需的軟件程序和撰寫項目報告，并在班級內(nèi)進(jìn)行匯報交流展示，教師和其他小組成員可進(jìn)行評價、反饋。這種教學(xué)設(shè)計的基本教學(xué)和學(xué)習(xí)流程如圖1所示。

這種學(xué)習(xí)流程實施的前提是師生對PBL教學(xué)和學(xué)習(xí)模式的高效性具有高度的認(rèn)可和共識，學(xué)生已經(jīng)鍛煉出了較強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)能力，能夠充分利用課余時間進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和同伴學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)小組具有約定或協(xié)議保證成員之間能夠合作順暢。通過這種模式，學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)和作業(yè)的強(qiáng)度會非常高，但由于解決的都是學(xué)生感興趣的實際問題，學(xué)生仍然能保持較高的學(xué)習(xí)動機(jī)，經(jīng)過較長時間的訓(xùn)練，學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和綜合素養(yǎng)會得到全面的大幅度的提升。

3.3 改進(jìn)課程的考核方法

許多研究者認(rèn)為：恰當(dāng)?shù)脑u估標(biāo)準(zhǔn)和考核辦法能高效的將學(xué)生引向預(yù)期或超出預(yù)期的學(xué)習(xí)結(jié)果，提高教學(xué)質(zhì)量[9]。對于學(xué)生來說，評價其學(xué)習(xí)過程往往結(jié)合自我評價、組員評價、他組評價、教師評價來完成，自我評價能夠引發(fā)學(xué)生反思自己的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)結(jié)果，有助于使學(xué)生客觀真實地認(rèn)識到自己的成績和差距，激發(fā)學(xué)生的動機(jī)，促進(jìn)學(xué)生完成下一階段的學(xué)習(xí)。組員評價有助于在學(xué)生中形成相互督促，不甘落后，積極進(jìn)取和樂于分享、樂于奉獻(xiàn)的團(tuán)隊力量，形成一種內(nèi)化在小組團(tuán)隊中的強(qiáng)大驅(qū)動力。在學(xué)生進(jìn)行分組討論后，教師要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行組間交流，在進(jìn)行分組匯報展示成果時，教師也要組織對立小組針對匯報小組進(jìn)行質(zhì)疑和討論，通過這種方式可以充分分享知識，從多個側(cè)面和多個角度深入考察問題，有助于對問題的全面透徹理解。對立小組和班級其他小組也會根據(jù)該組的平時工作、任務(wù)完成情況和整體表現(xiàn)給予一定的成績評定，這能更加真實有效的反映該小組的學(xué)習(xí)情況，并在各小組間自然形成一種競爭上進(jìn)的機(jī)制，從而發(fā)揮小組整體的最大潛能。教師評價主要包含教師對個體和對整個小組的評價，旨在及時對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)成效做出反饋，激勵學(xué)生和小組更加積極主動的學(xué)習(xí)，對多種解決問題的方法主動進(jìn)行全面深刻的認(rèn)識和分析，從而尋找解決問題的最優(yōu)辦法、知識和方案，遇到經(jīng)過努力仍然難以克服的困難和障礙時，積極向教師請教和討論，克服學(xué)習(xí)過程中的攔路虎。經(jīng)過對奧爾堡大學(xué)、華東交通大學(xué)等國內(nèi)外大學(xué)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的調(diào)研、分析和論證，結(jié)合作者授課實際，提出對該課程的考核評價方式如表1所示。

這種考核方式充分考慮了學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)效果，能夠刺激學(xué)生相互增進(jìn)了解，相互協(xié)作，共同努力達(dá)成課程學(xué)習(xí)目標(biāo)。

4 結(jié)語

本文從分析研究大學(xué)本科《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)和學(xué)習(xí)存在的主要問題出發(fā)，引入PBL教學(xué)模式對教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的基本過程進(jìn)行改革，提出了具體的手段和措施，其目標(biāo)是大幅度提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)，提升該課程的教學(xué)效果和學(xué)生的綜合素質(zhì)。在具體的實施過程中，教師應(yīng)根據(jù)本校教學(xué)的特點、教學(xué)條件和學(xué)習(xí)資源，充分分析學(xué)生的特點并采取針對性的方案措施，最大程度地改善教學(xué)和學(xué)習(xí)效果。

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【通聯(lián)編輯：王力】