基于PBL的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)模式研究與探討

毛勝利，馮運(yùn)仿，程細(xì)才，劉志遠(yuǎn)

（湖北理工學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院，黃石　435003）

基于PBL的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)模式研究與探討

毛勝利，馮運(yùn)仿，程細(xì)才，劉志遠(yuǎn)

（湖北理工學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院，黃石435003）

0　引言

在計(jì)算機(jī)專業(yè)課程體系中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程不僅是一般程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，而且是設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)編譯程序、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及其他系統(tǒng)程序和大型應(yīng)用程序的重要基礎(chǔ)，是一門承上啟下的核心課程。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程研究非數(shù)值計(jì)算的程序設(shè)計(jì)問題中計(jì)算機(jī)操作對象以及它們之間的關(guān)系和操作，課程內(nèi)容多，比較抽象，算法也很繁雜。但學(xué)習(xí)本課程能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)抽象能力、算法設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)造思維能力。因此本課程的教學(xué)效果的好壞，對學(xué)生的專業(yè)興趣、后續(xù)課程學(xué)習(xí)、就業(yè)能力都有重大影響。在傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)方法中，學(xué)生往往處于被動地位，阻礙了學(xué)生的主觀能動性，教學(xué)效果也不好。學(xué)校和教師也在不斷改進(jìn)教學(xué)手段和教學(xué)方法，不斷運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)發(fā)展的成果，如盡量多使用多媒體和動畫來輔助數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教學(xué)，以期加強(qiáng)學(xué)生對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程知識的認(rèn)識和掌握。但由于教學(xué)內(nèi)容的組織與現(xiàn)實(shí)生活聯(lián)系不大，學(xué)生對知識點(diǎn)仍然無法理解，難以激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)效果難有改善，教師費(fèi)神也費(fèi)力。

近年來，基于問題的學(xué)習(xí)模式 （Problem-Based Learning，簡稱PBL）在大學(xué)教學(xué)中得到廣泛重視，并呈現(xiàn)出不同的形式和多元化的發(fā)展特色。PBL教學(xué)方法強(qiáng)調(diào)以學(xué)生的主動學(xué)習(xí)為主，從傳統(tǒng)教學(xué)中以教師的講授為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生的學(xué)習(xí)為中心，注重能力培養(yǎng)多于知識傳授。PBL教學(xué)法的精髓在于發(fā)揮問題對學(xué)習(xí)過程的指導(dǎo)作用，調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性。筆者在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)實(shí)踐中，運(yùn)用PBL模式與傳統(tǒng)教學(xué)法相結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)，促使學(xué)生學(xué)習(xí)興趣有明顯提高，教學(xué)效果有明顯改善。

1　PBL模式的基本原理

基于問題的學(xué)習(xí)（PBL）方法是在20世紀(jì)60年代由西方學(xué)者首先提出，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到廣泛的推廣和應(yīng)用。隨著教育改革的發(fā)展，該教育方法在其他學(xué)科也得到了廣泛的應(yīng)用。PBL是以問題為基礎(chǔ)，以學(xué)生為主體，以小組討論為形式，在教師的參與下，圍繞某一具體的問題進(jìn)行研究的學(xué)習(xí)過程。在基于問題學(xué)習(xí)中，要求教師成為促進(jìn)者，并不是直接把知識結(jié)果告訴給學(xué)生，而是為他們創(chuàng)設(shè)問題情境，激勵(lì)學(xué)生主動去思考，讓他們通過分析思考問題，教師在旁邊給予適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)，給學(xué)生以心理上和知識上的支持，創(chuàng)設(shè)良好的學(xué)習(xí)氛圍，使學(xué)生的思維更加活躍。與傳統(tǒng)教學(xué)中強(qiáng)調(diào)以教師講授為主不同，PBL強(qiáng)調(diào)以學(xué)生主動學(xué)習(xí)為主，提倡以問題為基礎(chǔ)的討論式教學(xué)和啟發(fā)式教學(xué)，提高學(xué)生主動學(xué)習(xí)能力、分析和解決問題能力以及獨(dú)立思考能力和邏輯思維能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)合作精神［1］。PBL教學(xué)方法在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域教育取得了成功之后，許多教育學(xué)者對其進(jìn)行了深入的探討和研究。在不斷完善的教學(xué)體系中，已從當(dāng)初的醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域走向其他學(xué)科教育領(lǐng)域。目前，我國在醫(yī)學(xué)、工程、網(wǎng)絡(luò)和中學(xué)教育等領(lǐng)域運(yùn)用PBL教學(xué)方法已經(jīng)取得了較好的效果。

2　高校數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)存在的問題

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，也是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。該課程教學(xué)效果的好壞會影響學(xué)生對后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。目前，高校數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)主要以教師講授為主，學(xué)生只是被動地接受知識，因此教學(xué)效果往往不夠理想。

2.1教師存在的問題

通常情況下，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)是以一門高級語言為基礎(chǔ)來展開教學(xué)的。但是在教學(xué)過程中，高級語言程序設(shè)計(jì)的教師和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教師往往不是同一人。講授數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教師對學(xué)生程序設(shè)計(jì)語言的掌握程度并不了解，此時(shí)如果教學(xué)進(jìn)度安排不合理，就會導(dǎo)致部分學(xué)生跟不上教學(xué)進(jìn)度，從而對學(xué)習(xí)失去信心。另外，很多教師在教學(xué)時(shí)只是按照教材的先后順序來完成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)，在教學(xué)過程中并沒有體現(xiàn)出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，這就導(dǎo)致學(xué)生根本不清楚如何學(xué)習(xí)這門課程，學(xué)習(xí)這門課程到底有什么用。在實(shí)驗(yàn)課和課程設(shè)計(jì)中學(xué)生也就不會運(yùn)用所學(xué)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識來解決遇到的問題，學(xué)習(xí)始終處于被動的狀態(tài)。在課堂教學(xué)時(shí)，教師們過分依賴多媒體課件的教學(xué)。由于講課速度快，信息量大，學(xué)生對教師所講授的內(nèi)容并不理解，因此也就不愿意在這門課上花費(fèi)太多的時(shí)間。在實(shí)踐教學(xué)時(shí)，教師給出的問題僅僅是對理論知識的簡單驗(yàn)證，并且給出了大部分問題的源碼。學(xué)生僅僅停留在改正源碼的幾個(gè)錯(cuò)誤上，遇到實(shí)際的問題還是不會分析，并且感覺無從下手。

2.2學(xué)生存在的問題

目前，我國大多數(shù)高校數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的前置課程為C語言程序設(shè)計(jì)，通常是安排在大學(xué)一年級學(xué)習(xí)。對于大多數(shù)學(xué)生來講，C語言作為入門的語言，是比較抽象難懂的。同時(shí)由于又沒有經(jīng)過系統(tǒng)的編程訓(xùn)練，學(xué)生普遍存在編程語言基礎(chǔ)薄弱，能看懂簡單的算法，但對簡單問題的編程卻無法下手。另外，大多數(shù)學(xué)生主觀學(xué)習(xí)的動力不夠，缺乏創(chuàng)新性思維的能力。每個(gè)學(xué)生把學(xué)習(xí)看成是自己的事情，與其他同學(xué)無關(guān)，沒有團(tuán)隊(duì)合作精神。學(xué)生上課時(shí)只是被動地應(yīng)付，導(dǎo)致大量問題的堆積，實(shí)驗(yàn)程序和報(bào)告大量的拷貝，長此以往，就導(dǎo)致了自己學(xué)習(xí)信心的缺失，進(jìn)而喪失了學(xué)習(xí)的興趣。

3　基于PBL模式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)

PBL教學(xué)模式是以問題為基礎(chǔ)，在教師的協(xié)助和指導(dǎo)下，由學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)共同來完成教師提出的問題，這就對教師和學(xué)生提出了更高的要求。教師在設(shè)計(jì)問題時(shí)不僅要和教學(xué)大綱中的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)要求相吻合，而且還要考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、學(xué)校的教學(xué)資源等相關(guān)問題；學(xué)生在有限時(shí)間內(nèi)完成教師給出的問題，光靠書本上的知識是難以完成的，這就對學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和從教材以外獲取知識的能力提出了更高的要求。因此，如果僅僅是用PBL教學(xué)方法來完成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)任務(wù)，對學(xué)生來講，有可能和教師當(dāng)初想象使用PBL教學(xué)方法的教學(xué)效果相違背。第一，如果基本上以學(xué)生自主討論為主的教學(xué)方法，學(xué)生可能不適應(yīng)；第二，學(xué)生由于受能力所限，在閱讀文獻(xiàn)時(shí)有可能不能很好地理解其中傳遞的信息，造成知識理解上的偏差，甚至錯(cuò)誤。第三，由于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)在學(xué)生入學(xué)的第三學(xué)期開展，學(xué)生的很多基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)尚未完備，在解決實(shí)際問題時(shí)會感覺到較大的困難。因此，為了更好的完成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)，筆者在教學(xué)實(shí)踐中構(gòu)建了以 “傳統(tǒng)的教學(xué)方式為主，PBL教學(xué)方法為輔”的教學(xué)模式。即教學(xué)過程中以教師課堂講解為主，講授該課程的基本框架、基本理論，以及主要的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，讓學(xué)生了解基本的理論知識，然后在此過程中結(jié)合PBL教學(xué)法，提出一些現(xiàn)實(shí)的問題或者案例，指導(dǎo)學(xué)生分組分工協(xié)作，自主探究，根據(jù)自己構(gòu)建的知識體系去解決實(shí)際問題，再由教師從中適當(dāng)引導(dǎo)，最后學(xué)生在這整個(gè)過程中自己總結(jié)并領(lǐng)會學(xué)到的知識，加深印象，從而可以極大地提高學(xué)生的興趣和求知欲［2］。

3.1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)的難點(diǎn)和重點(diǎn)

目前，大部分講授數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教師對學(xué)生的教學(xué)僅僅是按照課本的先后順序來完成本課程的教學(xué)，沒有體現(xiàn)出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。因此學(xué)生在聽完該課程后，依舊對該課程中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法不能深入的理解，更加談不上靈活運(yùn)用所學(xué)的知識來解決實(shí)際的問題。筆者認(rèn)為，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的重點(diǎn)在線性表、樹和圖這三個(gè)方面；難點(diǎn)則在學(xué)生對遞歸算法的理解上。下面，以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)為線索，教師在講解課本中的基本原理和算法的同時(shí)，引入PBL教學(xué)方法，來完成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)。

3.2PBL 教學(xué)方法的運(yùn)用

以遞歸算法為例，運(yùn)用傳統(tǒng)教學(xué)方法和PBL教學(xué)方法相結(jié)合來完成遞歸算法的教學(xué)。

（1）在教學(xué)過程中，給出的具體問題如下。

（2）學(xué)生分組討論

在討論時(shí)，學(xué)生是按照學(xué)生個(gè)人的學(xué)習(xí)能力的高低來搭配分組的，每個(gè)小組由5人組成。在討論過程中，學(xué)生是可以發(fā)言和提問的。通過20分鐘的討論后，每個(gè)小組都得出了自己的答案。雖然學(xué)生們的答案不是全部正確，但是通過學(xué)生們有針對性討論和教師的講解，調(diào)動了他們的積極性，提高了學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情。隨后，教師引出書中的漢諾塔案例，然后學(xué)生們自主解決，取得了較好的效果。

（3）教師總結(jié)

通過上面課題的討論和分析，教師對遞歸算法完成過程中學(xué)生遇到的問題做出了進(jìn)一步的講解。得出的結(jié)論是用樹形展開法來得到遞歸算法的結(jié)果是比較直觀和容易的，為后續(xù)章節(jié)樹和圖的算法講解打下了很好的基礎(chǔ)。通過運(yùn)用PBL教學(xué)方法，加強(qiáng)了學(xué)生的遞歸算法閱讀訓(xùn)練和模擬執(zhí)行過程。學(xué)生們吸取算法精華，提高了編程能力。由于C語言程序宏觀上是按照順序執(zhí)行的，按照上圖所示（1）-（5）的順序，很容易得到問題的結(jié)果。同時(shí)，在樹和圖中出現(xiàn)的算法都是以它們遍歷遞歸的算法為基礎(chǔ)的。學(xué)生們靈活掌握了遞歸算法的運(yùn)用后，可以很容易地完成樹和圖中的另外一些算法的實(shí)現(xiàn)工作。

圖1　實(shí)例樹形展開法模型

在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的實(shí)驗(yàn)課和課程設(shè)計(jì)過程中，通過對PBL教學(xué)方法的運(yùn)用，學(xué)生們很好地完成了教師布置的任務(wù)，學(xué)習(xí)積極性和自主學(xué)習(xí)能力得到的較大的提高。在第四屆全國大學(xué)生信息安全大賽和第三屆全國大學(xué)生軟件設(shè)計(jì)大賽中，學(xué)生獲得了一個(gè)全國二等獎(jiǎng)和三個(gè)全國三等獎(jiǎng)的好成績。

4　結(jié)語

在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)實(shí)踐中，筆者只是在傳統(tǒng)教學(xué)方法中引入了PBL教學(xué)法，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中嘗試完成一個(gè)個(gè)小項(xiàng)目，如本文中提到的漢諾塔案例，從中調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性來達(dá)到教學(xué)目的，探索和實(shí)踐了課堂教學(xué)過程中改變教師和學(xué)生單純的 “教-學(xué)”的傳統(tǒng)模式，提高了學(xué)生對知識的融會貫通能力，是對傳統(tǒng)教學(xué)法的有益補(bǔ)充。但作為一種開放型教學(xué)模式，PBL教學(xué)法對“教-學(xué)”的兩個(gè)因素，即教師與學(xué)生，要求都比較高。教師不僅要具備相關(guān)專業(yè)課程扎實(shí)的理論功底，而且要具備提出問題、分析解決問題和綜合運(yùn)用知識的能力。除此之外，教師還必須具備掌控課堂的能力，要讓學(xué)生切實(shí)圍繞問題進(jìn)行思考、展開討論、得出結(jié)論。對于PBL教學(xué)法實(shí)踐的主體學(xué)生而言，必須主動配合教師準(zhǔn)備資料、確定項(xiàng)目、分組討論、研究設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)總結(jié)，既要主動學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)，又要相互學(xué)習(xí)。這也是筆者在引入PBL教學(xué)法進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)實(shí)踐中遇到的問題和難度。因此，還需要進(jìn)一步進(jìn)行相關(guān)知識和經(jīng)驗(yàn)的積累，進(jìn)一步嘗試一些新的方法和策略調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，充分發(fā)揮PBL教學(xué)法的高效，切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量。

［1］匡可風(fēng)，蔡楚楚.PBL教學(xué)法在英美文學(xué)欣賞課上的適用性探索［J］.英語廣場（學(xué)術(shù)研究）2015（3）:95-96

［2］曹陽.PBL教學(xué)模式在高職實(shí)踐類課程中的應(yīng)用研究［J］.遼寧高職學(xué)報(bào)，2015（1）:79-80

［3］龍?jiān)骑w，葛圓圓，李志禮.PBL教學(xué)法在化工原理教學(xué)改革中的應(yīng)用［J］.化工高等教育，2011，28（4）:97-99

［4］劉春城.PBL教學(xué)模式在工程訓(xùn)練教學(xué)中的探索與實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2012（4）:158-161

［5］周忠信，陳慶，林藝雄，等.PBL教育模式的研究進(jìn)展和現(xiàn)實(shí)意義［J］.醫(yī)學(xué)與哲學(xué)：人文社會醫(yī)學(xué)版，2007，28（8）：72-74.

［6］唐瑋.會計(jì)學(xué)教學(xué)新模式初探——基于PBL教學(xué)模式分析.中國會計(jì)學(xué)會會計(jì)教育專業(yè)委員會2010年年會暨第三屆會計(jì)學(xué)院院長（系主任）論壇.http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_7526575.aspx

Traditional Teaching；PBL Teaching；Recursive Algorithm

Research and Discussion on Teaching Model of Data Structure Based on PBL

MAO Sheng-li，F(xiàn)ENG Yun-fang，CHENG Xi-cai，LIU Zhi-yuan
（Hubei Polytechnic university，college of computer science，Huangshi 435003）

1007-1423（2015）25-0010-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.25.003

毛勝利（1972-）男，湖北武漢人，本科學(xué)歷，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、信息安全專業(yè)相關(guān)等

馮運(yùn)仿（1968-）男，教授，研究生，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)信息處理、數(shù)據(jù)庫專業(yè)等

程細(xì)才（1968-），男，湖北黃石人，碩士，講師，研究方向?yàn)樾畔⒓夹g(shù)

2015-08-20

2015-08-30

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程是一門計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心課程，它在整個(gè)計(jì)算機(jī)專業(yè)課程體系中處于舉足輕重的地位。一直以來，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教學(xué)都存在著教學(xué)方法單一、學(xué)生學(xué)習(xí)困難、教學(xué)效率低等問題。結(jié)合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的特點(diǎn)，提出傳統(tǒng)教學(xué)與PBL教學(xué)相結(jié)合的新的教學(xué)模式，并在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中進(jìn)行實(shí)踐。實(shí)踐結(jié)果表明，新的教學(xué)方法不僅提高了教師的教學(xué)質(zhì)量，而且培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生自主獲取新知識的能力。

傳統(tǒng)教學(xué)；PBL教學(xué)；遞歸算法

湖北理工學(xué)院2014年度教學(xué)改革研究重大項(xiàng)目（No.2014A02）

劉志遠(yuǎn)（1972-），男，湖北黃石人，教授，博士，研究方向?yàn)樾畔踩?/p>

Data Structure course is a core course of computer specialty，it plays an important role in the whole computer specialized curriculum system.The problem of single teaching method，student learning difficulties，low efficiency of teaching has always been in the teaching of data structure.According to the characteristics of data structure course，proposes the new teaching method to combine traditional teaching with teaching in PBL.And practices have been done in the teaching of data structure.Practices prove that the new teaching method not only improves the teacher's teaching quality，but also cultivate the students'learning interest.And it also improves the students‘independent learning abilities.