PBL在獨(dú)立學(xué)院《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程中的應(yīng)用研究

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(jì)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(jì)算機(jī)中的表示、組織與處理，以及相應(yīng)的算法設(shè)計(jì)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(duì)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(shí)際動(dòng)手能力，使學(xué)生學(xué)會(huì)用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，以一種創(chuàng)新的理念去有效地組織、存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)的方法，并設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)軟件的實(shí)際開發(fā)打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和實(shí)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(dòng)狀態(tài)，無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生的解決問(wèn)題的能力和實(shí)際動(dòng)手能力，存在難以將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際的困境[1]。

以問(wèn)題為導(dǎo)向的教學(xué)方法（Problem-Based Learning，PBL），是基于現(xiàn)實(shí)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(gè)以學(xué)生為中心，利用知識(shí)和技能解決實(shí)際問(wèn)題，從而達(dá)到建構(gòu)經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)過(guò)程。PBL將學(xué)習(xí)與更大的任務(wù)或問(wèn)題掛鉤，使學(xué)習(xí)者投入于問(wèn)題中；它設(shè)計(jì)真實(shí)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(wèn)題情景中，通過(guò)學(xué)習(xí)者的自主探究和合作來(lái)解決問(wèn)題，從而學(xué)習(xí)隱含在問(wèn)題背后的科學(xué)知識(shí)，形成解決問(wèn)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(diǎn)是實(shí)踐性強(qiáng)，要求學(xué)生具有動(dòng)手解決實(shí)際問(wèn)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(diǎn)，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(gè)課題[2]。

1 獨(dú)立學(xué)院中本課程的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)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(wèn)題[3]：

從學(xué)生的特點(diǎn)和培養(yǎng)目標(biāo)來(lái)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(duì)理論性強(qiáng)和抽象化的知識(shí)缺乏興趣，缺乏主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)，這增加了對(duì)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(lái)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(jì)算機(jī)語(yǔ)言，學(xué)生對(duì)語(yǔ)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(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》，但其中函數(shù)、指針和結(jié)構(gòu)體等知識(shí)點(diǎn)是教學(xué)難點(diǎn)，由于教學(xué)學(xué)時(shí)限制，往往沒有分配充分的學(xué)時(shí)，對(duì)這些知識(shí)點(diǎn)沒有深入、重點(diǎn)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(duì)這些知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行靈活應(yīng)用，但這些知識(shí)點(diǎn)卻貫穿整個(gè)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程，在實(shí)踐過(guò)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(shí)點(diǎn)多、概念抽象，這些特點(diǎn)決定了教與學(xué)的難度較大，在實(shí)際授課時(shí)，理論偏多，不利于學(xué)生掌握本課程的內(nèi)容；而實(shí)踐課程難度偏大，大部分學(xué)生難于完成實(shí)踐任務(wù)，從而導(dǎo)致教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)重理論，輕實(shí)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(jì)實(shí)踐能力的提高。

從教學(xué)方法來(lái)看，傳統(tǒng)的教學(xué)以“教”為主，教師占用了大量的課堂時(shí)間把每個(gè)知識(shí)點(diǎn)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(dòng)性的發(fā)揮，導(dǎo)致不能培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題能力，使理論與實(shí)踐脫節(jié)。學(xué)習(xí)了概念和算法，但卻不知道這些知識(shí)有什么用，怎么用。由于不了解這些知識(shí)的關(guān)聯(lián)性，也無(wú)法與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)，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(diǎn)

PBL即project-based learning，基于問(wèn)題或項(xiàng)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(wèn)題或項(xiàng)目中，讓學(xué)生通過(guò)小組討論的合作模式共同的來(lái)解決問(wèn)題，并通過(guò)問(wèn)題的解決來(lái)學(xué)習(xí)問(wèn)題背后隱身的知識(shí)來(lái)促進(jìn)其自主學(xué)習(xí)的能力。

2.2 PBL的教學(xué)設(shè)計(jì)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(wèn)題為基礎(chǔ)，以教師為引導(dǎo)，圍繞實(shí)踐問(wèn)題編制課程。創(chuàng)設(shè)情境、構(gòu)建問(wèn)題、學(xué)生、教師是PBL模式的基本要素。問(wèn)題與情境是課程組織及教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的核心，學(xué)生是致力于解決問(wèn)題主體及直接參與人，教師是學(xué)生解決問(wèn)題的設(shè)計(jì)者、指導(dǎo)者。PBL教學(xué)目標(biāo)可以通過(guò)以下幾個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)：創(chuàng)設(shè)情境、構(gòu)建問(wèn)題、分析問(wèn)題、知識(shí)獲取、解決問(wèn)題、成果展示及評(píng)價(jià)反饋[5]，如圖 1所示。

圖1 PBL教學(xué)模式的設(shè)計(jì)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(shí)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(chǎng)為導(dǎo)向，堅(jiān)持面向社會(huì)，服務(wù)于社會(huì)，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力、能夠適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(guò)程是師生交往、共同發(fā)展的互動(dòng)過(guò)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(duì)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(wèn)題，我們?cè)跀?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中融入PBL教學(xué)法，將理論知識(shí)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(jì)》中指針和結(jié)構(gòu)體是重點(diǎn)也是難點(diǎn)，而在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程中的廣泛使用這些知識(shí)解決問(wèn)題，因此應(yīng)在《C程序設(shè)計(jì)》課程中，增加對(duì)這部分知識(shí)的重視程度，分配更多的理論和實(shí)際課時(shí)，讓學(xué)生熟練掌握指針和結(jié)構(gòu)體基礎(chǔ)知識(shí)，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(wèn)題

教師備課中，首先要根據(jù)授課的基本知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)一個(gè)或幾個(gè)與知識(shí)點(diǎn)密切聯(lián)系并能覆蓋絕大多數(shù)知識(shí)點(diǎn)，并將這些知識(shí)點(diǎn)融合成一個(gè)整體的實(shí)際問(wèn)題。創(chuàng)設(shè)問(wèn)題的情境，其目的在于自然真實(shí)的引出問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，加深對(duì)問(wèn)題的理解，明確該問(wèn)題所包含的學(xué)習(xí)目標(biāo)，使學(xué)生能通過(guò)解決這個(gè)實(shí)際問(wèn)題來(lái)獲得系統(tǒng)的知識(shí)和技能。

2）創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)小組，鼓勵(lì)協(xié)作解決問(wèn)題

根據(jù)問(wèn)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(gè)性特點(diǎn)、學(xué)習(xí)能力進(jìn)行設(shè)置，教師在整個(gè)過(guò)程中始終起的是引導(dǎo)作用，引導(dǎo)學(xué)生解決問(wèn)題。在設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)的時(shí)候，應(yīng)注意學(xué)習(xí)活動(dòng)目標(biāo)的完成要依賴于學(xué)習(xí)小組通過(guò)交流與協(xié)作平臺(tái)進(jìn)行協(xié)同合作。在創(chuàng)設(shè)小組學(xué)習(xí)時(shí)要明確小組的內(nèi)部分工，并根據(jù)問(wèn)題的難易程度具體細(xì)化分工的形式，在分組的過(guò)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(wèn)題本質(zhì)的假設(shè)及可能的解決方案階段。鼓勵(lì)小組成員通過(guò)通力協(xié)作去識(shí)別、發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題；培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、自主學(xué)習(xí)、解決問(wèn)題的能力，是實(shí)施PBL教學(xué)模式的目的，也是非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。

3）針對(duì)問(wèn)題，遷移教學(xué)重點(diǎn)

在針對(duì)中心問(wèn)題的解決過(guò)程中，教師要密切關(guān)注學(xué)生的解決問(wèn)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(wèn)題中遇到困難，教師要及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行引導(dǎo)，在學(xué)生解決問(wèn)題實(shí)質(zhì)階段，教師要定時(shí)監(jiān)控，并根據(jù)一些關(guān)鍵、難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的遷移，遷移的形式與手段是實(shí)現(xiàn)教學(xué)計(jì)劃的保證，可以采取示范及具體實(shí)例啟發(fā)學(xué)生的思路、抓住知識(shí)的要領(lǐng)、使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中少走彎路。最終達(dá)到教學(xué)的計(jì)劃和目標(biāo)。

4）自主探索，意圖呈現(xiàn)，解決問(wèn)題

通過(guò)教師的監(jiān)控引導(dǎo)，學(xué)生通過(guò)小組件的協(xié)作討論問(wèn)題的實(shí)質(zhì)以及教學(xué)的真實(shí)意圖，并通過(guò)解決問(wèn)題的過(guò)程中獲得知識(shí)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(guò)程的記錄，還須將小組間協(xié)作的感受心得記錄下來(lái)。教師在這個(gè)過(guò)程中，需要鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)造性發(fā)揮通過(guò)合作學(xué)習(xí)進(jìn)行討論、交流協(xié)作，最終解決問(wèn)題。

5）展示成果，及時(shí)評(píng)價(jià)與反饋

學(xué)生在項(xiàng)目進(jìn)行中和結(jié)束時(shí)進(jìn)行自我評(píng)價(jià)和小組評(píng)價(jià)，學(xué)生小組將本小組的問(wèn)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(píng)，通過(guò)互評(píng)實(shí)現(xiàn)所學(xué)知識(shí)的再次交流，同學(xué)之間取長(zhǎng)補(bǔ)短，使自己解決問(wèn)題的思路更為開闊。教師對(duì)每個(gè)小組的收獲及成果進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)出現(xiàn)的共性問(wèn)題及時(shí)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(guò)程中所遇到的問(wèn)題，不斷完善自己的教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)手段，通過(guò)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(shí)現(xiàn)。特別是要認(rèn)真地總結(jié)在教學(xué)過(guò)程中學(xué)生在小組中所遇到的困難的因素，勇于在大膽實(shí)踐的同時(shí)及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，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(yǔ)

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(wèn)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(diǎn)，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(shí)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(huì)操作、動(dòng)手能力差等問(wèn)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(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，有利于促進(jìn)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，并在這一過(guò)程中獲得知識(shí)，提高實(shí)際動(dòng)手操作的能力。但是我們?cè)趯?shí)際運(yùn)用過(guò)程中，不能照搬 PBL的設(shè)計(jì)流程，要根據(jù)不同教學(xué)對(duì)象，不同專業(yè)學(xué)生，靈活運(yùn)用，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，將問(wèn)題與探究相連接，這樣才能使《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)實(shí)現(xiàn)徹底的改革與發(fā)展，因此要不斷加強(qiáng)對(duì)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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