依據(jù)認(rèn)知規(guī)律的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐教學(xué)方法探索

摘要：針對(duì)學(xué)生們?cè)跀?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中實(shí)踐能力不強(qiáng)的問題，分析數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐教學(xué)的特點(diǎn)，依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，提出“實(shí)踐到理論”“分層實(shí)踐教學(xué)”及靈活運(yùn)用多種考核方式的教學(xué)策略。

關(guān)鍵詞：認(rèn)知規(guī)律；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；實(shí)踐教學(xué)；考核方式

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)專業(yè)最核心的專業(yè)基礎(chǔ)課之一，主要描述的是典型數(shù)學(xué)模型及其操作在計(jì)算機(jī)中的表示和實(shí)現(xiàn)，實(shí)踐性和理論都很強(qiáng)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)踐能力對(duì)于學(xué)生升學(xué)、就業(yè)均有重大的影響。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教學(xué)目標(biāo)包含2方面的內(nèi)容：理論上使學(xué)生能對(duì)給定的實(shí)際問題，建立準(zhǔn)確的問題模型，選擇合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其運(yùn)算集，并設(shè)計(jì)有效的求解算法；實(shí)踐上使學(xué)生能夠運(yùn)用所熟悉的編程語(yǔ)言，對(duì)設(shè)計(jì)好的解決問題的算法進(jìn)行高效編程，并熟悉軟件設(shè)計(jì)的基本流程。

根據(jù)學(xué)生們的反映，理論教學(xué)基本上可以比較好地掌握，但一旦進(jìn)行編程實(shí)踐，還廣泛地存在如下的問題：①有茫然不知所措的感覺，不知如何編寫程序，很難將書本理論轉(zhuǎn)化為可以運(yùn)行的程序；②實(shí)驗(yàn)題目沒有與實(shí)際問題相結(jié)合，致使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)缺乏興趣；③題目缺乏層次，對(duì)所有學(xué)生實(shí)行“一刀切”；④實(shí)驗(yàn)題目老套，缺少變化；⑤實(shí)驗(yàn)報(bào)告不規(guī)范，缺少對(duì)科技論文寫作的必要訓(xùn)練。

這些問題的存在，主要是在以往數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，對(duì)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律沒有很深刻的認(rèn)識(shí)，教學(xué)過(guò)程、教學(xué)內(nèi)容不太符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。為了解決這個(gè)問題，我們針對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)實(shí)踐過(guò)程進(jìn)行了分析，并按照學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，進(jìn)行改革和探索，取得了比較好的教學(xué)效果。

1、在理論教學(xué)中把“理論到實(shí)踐”改為“實(shí)踐到理論”

在我們選用的嚴(yán)蔚敏老師所編寫數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教材中，比較注重理論的抽象性、通用性，很少具有完整的、具體的、能夠在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的程序。學(xué)生剛剛學(xué)習(xí)了C語(yǔ)言、Java語(yǔ)言，很難理解為何需要“抽象數(shù)據(jù)類型”，為何用“偽代碼”，而不用某種具體語(yǔ)言；也很難理解為什么在定義“抽象數(shù)據(jù)類型的基本操作”時(shí)，不寫具體的實(shí)現(xiàn)代碼。

為了符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，在理論教學(xué)中，我們采用“從程序?qū)嵗嚼碚摗钡慕虒W(xué)方法；先給同學(xué)分析功能完全一樣，分別用C語(yǔ)言、Java語(yǔ)言編寫的2個(gè)程序?qū)嵗?；然后，再分析其共同特點(diǎn)，把“相同功能的函數(shù)”抽象為“抽象數(shù)據(jù)類型中的基本操作”。再比如，講解為何數(shù)據(jù)類型用“ElemType類型”而不用int、float、double類型時(shí)，先舉出功能完全一樣，僅僅變量數(shù)據(jù)類型不一樣的3個(gè)程序?qū)嵗?；然后，再分析其共同特點(diǎn)，就很容易讓學(xué)生們理解為何要把“int、float、double”替換為“ElemType”了。

在第一次理論教學(xué)過(guò)程中，采用了“理論到實(shí)踐”的教學(xué)方法，我們發(fā)現(xiàn)教學(xué)效果不夠理想；為了取得更好的教學(xué)效果，我們分析了學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，在后來(lái)的理論教學(xué)過(guò)程中，采用了更加符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的“實(shí)踐到理論”的教學(xué)方法后，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的動(dòng)手能力、“把偽代碼轉(zhuǎn)化為真實(shí)程序”的能力得到了很大的提升。

2、分層實(shí)踐教學(xué)

為了讓實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法更加符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，滿足不同層次學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)題目難度、新穎性、解決實(shí)際問題的不同要求，提升學(xué)生對(duì)實(shí)踐教學(xué)的興趣；我們針對(duì)不同學(xué)生的特點(diǎn)，制定了“分層實(shí)踐教學(xué)”的方法。將實(shí)踐內(nèi)容分為4個(gè)層次，如圖1所示。

2.1 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)

基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)是圍繞數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。目的是讓學(xué)生掌握基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和基本概念，同時(shí)掌握基本算法及應(yīng)用。

基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的題目一般難度很低，基本上屬于課本上所講算法的實(shí)現(xiàn)，幾乎與課堂教學(xué)完全一致，并且給學(xué)生分別提供用Java、c語(yǔ)言所寫的2個(gè)參考示例程序，讓學(xué)生在其基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?。這樣，當(dāng)面對(duì)“從抽象理論到具體程序”時(shí)，就可以解決學(xué)生完全不知如何下手的問題。

基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)要求所有學(xué)生必須獨(dú)立完成。

2.2 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是延伸基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、增加不同難度，形成難度分級(jí)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。學(xué)生自行設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的理解，提高其解決問題的能力和良好的程序設(shè)計(jì)能力。

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的題目由老師提供解決問題的基本步驟和思路，不提供參考代碼，讓學(xué)生自己獨(dú)立完成所有代碼的編寫；并且提供多個(gè)難度不同的題目，讓學(xué)生們根據(jù)興趣自由選擇其中的一個(gè)，這樣就大大調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)要求每個(gè)學(xué)生都應(yīng)選擇一個(gè)難度適合自己的題目萊獨(dú)立完成，現(xiàn)實(shí)中，可能會(huì)有極少數(shù)的學(xué)生（5%～10%）難以完成該級(jí)別的實(shí)驗(yàn)。

2.3 綜合性實(shí)驗(yàn)

綜合性實(shí)驗(yàn)是針對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中涉及的多個(gè)重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容設(shè)置難度分級(jí)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。主要訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力、協(xié)作能力和創(chuàng)新能力。

綜合性實(shí)驗(yàn)的題目一般是使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的知識(shí)，解決一個(gè)難度較大的現(xiàn)實(shí)問題；該問題應(yīng)能夠充分吸引學(xué)生或者與現(xiàn)實(shí)生活密切相關(guān)。由于問題難度較大，我們不要求所有學(xué)生參與，他們可以根據(jù)興趣來(lái)決定是否參與，往往有50%左右的學(xué)生會(huì)選擇參與該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

2.4 創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)

創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的題目主要來(lái)源于老師的科研成果和在研項(xiàng)目?jī)?nèi)容，老師以前也可能沒有完成，10%～20%左右的優(yōu)秀學(xué)生，在老師的指導(dǎo)下，依據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識(shí)，創(chuàng)造性地解決或部分解決一個(gè)當(dāng)前科學(xué)問題。這些學(xué)生的能力、自信心、學(xué)習(xí)興趣將會(huì)在創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中得到極大的提高。

2.5 分層實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容示例

表1所示為我們針對(duì)隊(duì)列的分層實(shí)踐教學(xué)的具體方案，其中，基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生在課堂內(nèi)完成，綜合性實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生在課外實(shí)踐中完成。

3、實(shí)踐教學(xué)過(guò)程與考核方式

3.1 實(shí)踐教學(xué)過(guò)程

為了達(dá)到較好的教學(xué)效果，我們將實(shí)踐教學(xué)過(guò)程分為以下5個(gè)步驟。

①理論準(zhǔn)備。實(shí)驗(yàn)開始前，老師帶領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)相關(guān)的理論知識(shí)。

②下達(dá)實(shí)驗(yàn)任務(wù)。老師將劃分為4個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)任務(wù)書發(fā)給學(xué)生。

③課內(nèi)實(shí)驗(yàn)。先讓學(xué)生按規(guī)定完成必做的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)；然后讓學(xué)生們選擇一個(gè)設(shè)計(jì)性題目，在實(shí)驗(yàn)課內(nèi)完成，老師隨時(shí)指導(dǎo)學(xué)生、解答學(xué)生們的各類問題；最后，老師針對(duì)實(shí)驗(yàn)完成情況進(jìn)行講解點(diǎn)評(píng)。

④課外實(shí)踐。讓學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)際情況，自由報(bào)名，選擇綜合性實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)題目；要求在一定的期限內(nèi)完成，期間，老師應(yīng)多與學(xué)生們交流，以隨時(shí)解決學(xué)生們所碰到的問題。

⑤結(jié)果考核。根據(jù)學(xué)生們的完成情況，給出評(píng)價(jià)結(jié)果；分為過(guò)程考核、結(jié)果考核兩部分組成，側(cè)重對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度的評(píng)價(jià)。

3.2 考核方式

結(jié)合學(xué)生的心理要求，可以采用多樣化的考核方式，具體有以下4種。

①實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這種考核方式主要是針對(duì)每個(gè)學(xué)生必須完成的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)。

②對(duì)比評(píng)測(cè)。這種考核方式主要是針對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生們將自己的程序與其他同學(xué)們的進(jìn)行比較，找出差異，經(jīng)過(guò)分析后進(jìn)行改進(jìn)。

③分組答辯。主要是針對(duì)綜合性實(shí)驗(yàn)而進(jìn)行的，3～4個(gè)學(xué)生為一組，選做一個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)題目，最后老師采用答辯的方式來(lái)督促學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

④科技小論文。這主要是針對(duì)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)而進(jìn)行的，在老師的指導(dǎo)下，參與解決老師科研項(xiàng)目中的一個(gè)科學(xué)問題；并依據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果，寫出相關(guān)的科研小論文。

4、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)教學(xué)實(shí)踐研究，我們探索了更加符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律、認(rèn)知特點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐教學(xué)方法：在理論教學(xué)過(guò)程中，采取“實(shí)踐到理論”的教學(xué)方法，消除從理論到實(shí)踐的鴻溝；建立了符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的分層實(shí)踐教學(xué)方法；并在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中采取更符合學(xué)生心理要求的多樣化結(jié)果考核方式。提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，得到絕大多數(shù)學(xué)生們的積極評(píng)價(jià)，取得了較好的教學(xué)效果：由于分層實(shí)踐教學(xué)資源積累不足，這需要我們?cè)谝院蟮慕虒W(xué)中不斷地加以完善，部分題目不受學(xué)生歡迎，這需要我們及時(shí)更新題目，使之更加符合學(xué)生的心理需求。