專業(yè)基礎課如何走出理論與實用的兩難困境

張景祥 王永燕 潘玉奇

文章編號：1672-5913（2015）03-0080-04

中圖分類號：G642

摘要：以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門基礎課為例，通過“五個重新”，再造數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的課程細胞，提出比較教學、螺旋教學、逆向教學、反芻教學、共時教學等教學范式，解決教學的兩難困境。

關鍵詞：教學研究：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；本征教學；共時教學法

0 引 言

課程之于教育，猶如細胞之于生命。生命既需要營養(yǎng)，也在于運動。理論正如營養(yǎng)，實用恰似運動。理論不足，則弱不禁風，缺乏底氣；實踐過少，則臃腫無力，懶于行動。受計算機界知識更新太快，以及高校教學課時較少的限制，許多高校在重理論還是重實用上，普遍存在著兩難選擇。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)屬于計算機專業(yè)的基礎課，理論性較強，體系完善、經(jīng)典，教材教法比較成熟。這樣的課程給學生的印象往往與實際應用相去甚遠。若固守在象牙塔里，既有辱專業(yè)應有的使命，也喪失了理論的生命活力；但要想在大學低年級開展基礎理論的應用，卻也困難重重。對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門專業(yè)基礎課的課程教學進行再造，增加教育細胞的活力，可有效地解決這一兩難問題。

1 析構(gòu)個體差異

生命所以精彩，在于它的多樣性。教育要想充滿生命力，首要的是認識個體差異、尊重個體差異、強化個體差異，而不是抹殺個性，把人才當作流水線上的產(chǎn)品，力求統(tǒng)一、達標、規(guī)范。我們不反對建立標準，只是不應建立唯一的人才標準，標準應該是多樣化的，所謂“不拘一格降人才”。對受教育者個體差異的認識和多方位人才培養(yǎng)的思路，使課程再造從宏觀和基礎上具備了實施的可能性。

1.1 大學科招生與小方向培養(yǎng)

計算機專業(yè)的新生入學接受統(tǒng)一的基本素質(zhì)培養(yǎng)，在這期間開設專業(yè)導論，并為每一位學生配備專業(yè)導師，指導其個性發(fā)展，尋求適合自己的發(fā)展道路。在大一將結(jié)束時，由學生結(jié)合自身條件與意愿，人性化選擇計算機科學、卓越工程師、信息技術等方向。

1.2 基礎研究與就業(yè)技能

從專業(yè)設置和教學大綱編寫上，保證數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程在開設時，有差異化地進行教學側(cè)重。計算機科學可以更偏重數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的理論問題探討，卓越工程師則加大代碼實現(xiàn)的力度與維度，信息技術則少而精地學習一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本內(nèi)容，軟件外包方向則按照企業(yè)需求實施諸如雙語教學在內(nèi)的培養(yǎng)方案。

這賦予了教師在講授數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門課程時更多的靈活性和針對性，教師不再為偏基礎理論還是偏實踐應用而左右為難。面對熱愛追求科學理論基礎的同學，有時候教師也不得不與學生一起思考一些理論性較強的問題，例如ACM等競賽問題；而面對那些卓越的編程熱學子，教師也樂得與他們一起動手完成一項項有實用價值的項目，如學校的一些教學管理系統(tǒng)和企業(yè)提供的手機小APP等。

2 再造課程細胞

再造課程細胞，就是讓學生在課業(yè)上能夠“形核與生長”，既獲得生長動力，又有空間生長。動力來源于營養(yǎng)的汲取，教學要保證學生能邁出第一步，實例教學就是源動力，是形核；同時為學生提供練習的平臺，并在已經(jīng)形成的初始案例上繼續(xù)擴展與生長。這要求教師對課堂教學做一番理論的新認識和細節(jié)上的重設計。

2.1 重新認識理論的本征

中國學生自小學始，已習慣于統(tǒng)一而經(jīng)典的課本，雖有其教育學上的優(yōu)勢，卻失之于僵化了學生追求理論本征的能力。例如學生會普遍認為“兩條平行線不會相交”這樣的所謂正確答案，卻忽略了歐式幾何的前提，在投影幾何和球面幾何里，平行線相交是很正常的。對于自然數(shù)的描述，西方不乏采用數(shù)論和集合的思想來描述的案例。變“唯教材是尊”為“追求科學真理”，不再拘泥于形式上的“經(jīng)典”，更看重基本原理的內(nèi)在科學思想與方法，這樣才能變尋找標準答案式的教育為科學與創(chuàng)新的教育。正因為我們義務教育階段的缺失，才更加需要大學階段的教育提倡多維思考。

認識“工程真理”的本征，對于計算機科學與工程專業(yè)的學生來說尤其重要科學真理與工程真理的結(jié)合，是計算機這門學科的重要特點之一。譬如，圓周率眾所周知是一個無理數(shù)，或曰無限不循環(huán)小數(shù)，但在計算機里它至多也就用精度很高的雙精度小數(shù)表示，常常也就取“3.14”即可。工程其實就是在特定應用條件下，對絕對真理實施近似的一種妥協(xié)?；谶@種認識，理論與應用的對立便毫無意義，唯有它們之間的結(jié)合與相互接近，才是符合實際的道路。

在這一過程中，矯正單一教材，而列舉更多參考教材的做法，以及指導學生多收看一些國際知名大學的開放課程，采取這種“比較教學法”，是解決追求科學本征動力不強、創(chuàng)新力不足的重要舉措。

2.2 重新定位課堂教學的地位

課堂教學在國內(nèi)高校教育中依然占據(jù)著過大的比重。相應地，課堂教學形式上則多半是沿襲著推導式的細講慢授。其實課堂教學，只是教學中三個同等重要過程“學、教、做”中的一個環(huán)節(jié)，時間上是課前、課中和課后，并不應是課堂教學獨大的狀況。

課前自學是以學生為主體，是對教學材料第一印象的“占有”，初識滋味。課堂講授是以教師為主導，是對教學材料的“凝練和升華”，充滿啟智和牽引。課后應用則以團隊為整體，是知識在應用中的一種“結(jié)晶”，贈予參與者以成就感。時間上是從課前到課中到課后，知識上是從直觀感覺到客觀理論到動態(tài)應用能力，可謂之“螺旋教學法”。

2.3 重新評價偽代碼的教學意義

過去的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學，往往是偽代碼教學，優(yōu)點是學生注意力容易集中在對算法的理解上，便于教師課堂上對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的理論教授。通過與學生交流，我們發(fā)現(xiàn)，低年級學生在掌握有實踐要求的理論課時，普遍存在動手能力不足的問題。學生反映，理論基本上可以理解，但具體到做作業(yè)的時候，就不知道如何下手了。近年來，偽代碼被普遍摒棄，究其原因是，初學者很難完成從偽代碼到實際高級語言的轉(zhuǎn)換。正像有學者認為，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)太難學，實際上是指動手編寫程序難”，目前數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教材中，通行做法是采用實代碼示例。這雖然解決了上述困難，也有利于學生在掌握代碼的同時，了解面向?qū)ο蟪绦蛟O計中的一些語言常規(guī)做法。但這卻帶來了另一個問題，就是面對長篇累牘的代碼，學生感到跟不上。特別是隨著多媒體教學的普及，課堂上學生看到的往往是代碼的快速刷屏。

基于教學中的細致觀察，我們既沒有追隨眾潮，徹底否定偽代碼教學，也沒有退回到單純的偽代碼教學。我們在充分分析了偽代碼與實代碼教學各自的優(yōu)缺點后，提出了與過去由偽代碼到實代碼教學過程相反的一種新型的教學法，即“逆向教學法”。

2.4 重新規(guī)劃課程教學的形式

隨著課程重新定位，課程的教學形式也會發(fā)生相應變化。除課前主要由學生自主完成預習先修外，有教師參與的課程教學必然會被切割成兩大部分：教師主講的課堂教學和教師（一般由助教實施）指導下的課后練習。隨著學校教學條件的大幅改善，課后應用實踐活動已納入了規(guī)范化的課程教學形式，形成了“一課兩上”的教學形式：即主講教師針對理論算法的授課，以及多位教師針對代碼實現(xiàn)的上機指導。特別是第二個階段中形成了所謂的“反芻教學法”，學生通過調(diào)試實代碼程序，更好地理解前面接觸到的算法本質(zhì)，經(jīng)過再加工抽象成偽代碼，以課件的形式完成書面作業(yè)，并做授課式陳述報告。

2.5 重新整合教學資源的配置

為了更好地打破基礎與應用的兩難困境，我們提出了“共時教學法”。共時理論（synchronicitytheory）最初由瑞士心理學家榮格（Carl Gustav Jung）提出，后被廣義地指征不同時期同一事物的再現(xiàn)。我們提出的共時教學法，是指基礎理論與應用實踐在不同課程教學中的共現(xiàn)。具體做法是，從教師承擔的課程上，要求承擔基礎課的教師必須承擔至少一門應用類的課程。從教師本源上，消除兩者的對立，提高互溶性，讓教師在上基礎課時有應用實例可舉，在上應用技術課時能熟練地對基礎理論進行重回顧，再認識。

3 實例分析

3.1 比較教學法

以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的Huffman編碼為例，二叉樹左右結(jié)點分別標以“0”和“1”是國內(nèi)教材的唯一做法，但從Huffman編碼科學本征上說，其實你任意規(guī)定一下0和1的位置，只要編碼和解碼一致就可以，不必非要和教材上完全一樣。

再如國內(nèi)教材大多只談“八皇后問題”，學生的思維也囿于同一模式，而國外教材卻常常提“N皇后問題”，讓學生的思想飛起來。

在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中，我們具體實施的比較教學法的典型實例是：同效多碼實例教學，即在介紹同一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)ADT算法時，將不同的編程實現(xiàn)語言進行比較，相應地則涉及C++、C#和Java等多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教材。當然由于課時所限，一般以較簡單的線性表為實例進行解析。

3.2 螺旋教學法

以單一線性表ADT（抽象數(shù)據(jù)類型）為例，要求學生事先瀏覽線性表概念、基本實現(xiàn)方法，以及鏈表的主要類型，通過主講教師以面向?qū)ο蟮母拍顚@些進行本征分析，先從應用層面上理解這些對象的性能，然后再在計算機專業(yè)層面上去理解程序設計實現(xiàn)的方法，形成一類ADT的螺旋教學。

而以整個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程介紹的ADTs為例，則由每個具體的ADT之間的共性去理解，所有不同的ADT其最后實現(xiàn)，無外乎順序結(jié)構(gòu)和鏈式結(jié)構(gòu)兩種，來理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門課的本征，形成一門基礎課整體的螺旋教學。

3.3 逆向教學法

具體做法是：先講解理論，不涉及代碼，然后給出計算機可以運行的高級語言代碼，讓學生提煉出最關鍵的算法，用偽代碼的方式表示出來。這樣既克服了實代碼過于細節(jié)化，枝葉與主干不清，又解決了學生畏于上機調(diào)試，動手能力不足的問題。

3.4 反芻教學法

與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程強調(diào)學生自主實現(xiàn)執(zhí)行代碼上不同，我們更加重視學生對于所學知識的第二次消化吸收上。隨著網(wǎng)絡技術的普及，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為一門專業(yè)基礎課，其實現(xiàn)代碼幾乎成廠隨處可下載的內(nèi)容。與其杜絕學生抄襲網(wǎng)上代碼，倒不如引導學生從下載到的代碼更深入地理解。要求學生對搜集到的程序代碼進行抽象，完成演示文稿，并劃分為多個討論組，讓絕大多數(shù)學生有機會做主題報告。

3.5 共時教學法

濟南大學信息科學與工程學院軟件外包專業(yè)根據(jù)合作辦學企業(yè)的需求，將就業(yè)力‘向分為“.Net方向”和“Java方向”。在教材選擇上，為更好地實施共時教學法，盡量保證基礎課與應用技術課程有一定的連貫性。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程也分為.Net方向教材和Java方向教材[6-7]，后續(xù)應用技術課程（如：Web程序設計、而向?qū)ο蟪绦蛟O計）中也采用相同的描述語占，并盡力安排同一位教師先后主講數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和Web程序設計，或者安排課題方向組的教師跨年級聽課與輔導，努力保證基礎理論與實用技術之間的教學資源重疊和相互支撐。

4 結(jié)語

大學教育雖然獨立于職業(yè)培訓，強調(diào)對于“人”的教育，但越來越多的國家，特別是我國，更強調(diào)對服務社會技能的培養(yǎng)。在工程類學科的大學教育中，追求絕對自由的科學探索、純學術的研究是不切合實際的。理論聯(lián)系實際正足指導專業(yè)基礎課走出理論與實用兩難困境的指導思想，而相應進行的課程再造是實現(xiàn)這一結(jié)合的有效途徑。我們從實踐中歸納的5種教學方法證明是有效的、易于操作的。