支架式教學(xué)法在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中的實(shí)踐研究

王卓 陳愛(ài)

摘要：本文通過(guò)研究基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的支架式教學(xué)模式，提出了《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》課程支架設(shè)計(jì)原則，以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中各種支架的構(gòu)建方法。通過(guò)教學(xué)實(shí)踐檢驗(yàn)，得出支架式教學(xué)模式的實(shí)施有效地促進(jìn)了學(xué)生主動(dòng)的完成知識(shí)建構(gòu)，取得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；支架；教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）48-0184-03

支架式教學(xué)是建構(gòu)主義的一種教學(xué)模式。學(xué)習(xí)者在支架的支持、引導(dǎo)和協(xié)助下進(jìn)行學(xué)習(xí)，教師是學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的指導(dǎo)者和幫助者，而非傳統(tǒng)教學(xué)模式下的知識(shí)傳授者。本文在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中進(jìn)行支架式教學(xué)的探索與實(shí)踐，幫助學(xué)生形成對(duì)知識(shí)的主動(dòng)探索式學(xué)習(xí)，以提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力，使學(xué)生即使在課程結(jié)束后，也仍然有能力和興趣繼續(xù)自我拓展學(xué)習(xí)。力求改革后的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)具有科學(xué)性、創(chuàng)新性、先進(jìn)性和開(kāi)放性，更注重學(xué)生綜合訓(xùn)練和能力培養(yǎng)，符合應(yīng)用工程型人才的培養(yǎng)要求。

一、支架式教學(xué)

在“支架式教學(xué)”模式下，學(xué)習(xí)者在教師的引導(dǎo)下掌握、建構(gòu)和內(nèi)化所學(xué)的知識(shí)技能，從而使他們達(dá)到更高的認(rèn)知水平。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，教師是學(xué)習(xí)的管理者，而在支架式教學(xué)模式中，教師通過(guò)支架的幫助，讓學(xué)習(xí)者自己逐步掌握管理學(xué)習(xí)的任務(wù)，直至達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)。在“支架式教學(xué)”實(shí)施的過(guò)程中，先由教師提供可能的工具，將學(xué)生帶入一定的“問(wèn)題情境”中，然后由教師為學(xué)生確立學(xué)習(xí)目標(biāo)，借以引發(fā)情境的各種可能性，進(jìn)而不斷的探索實(shí)驗(yàn)。在開(kāi)放的學(xué)習(xí)目標(biāo)下，起初教師決定學(xué)習(xí)者探索的總方向，并在探索過(guò)程中，不斷給以啟發(fā)、引導(dǎo)和演示，或者提供問(wèn)題解決的模型，不斷增加學(xué)生獨(dú)自面對(duì)問(wèn)題的實(shí)踐嘗試的部分。最后，學(xué)生要脫離教師，逐步由自己去決定探索的方向和問(wèn)題以及選擇探索的方式方法，不同的學(xué)生可能會(huì)探索出不同的方向和不同的問(wèn)題。

組成支架式教學(xué)的主要環(huán)節(jié)部分：（1）搭建支架。根據(jù)一定的學(xué)習(xí)主題，按“最鄰近發(fā)展區(qū)”的要求將概念框架搭建起來(lái)。（2）引入問(wèn)題情境。設(shè)立一定的問(wèn)題情境，將學(xué)生引入其中。（3）獨(dú)立探索。學(xué)生獨(dú)立探索前，首先由教師演示或介紹概念，然后讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)探索方式并實(shí)踐；在探索過(guò)程中教師適時(shí)提示，剛開(kāi)始的提示、解釋比較具體和詳細(xì)，隨著學(xué)生能力的增加逐漸減少輔助，越來(lái)越多的增加學(xué)習(xí)者獨(dú)立探索的部分。（4）協(xié)作學(xué)習(xí)。學(xué)生分小組開(kāi)展組內(nèi)討論學(xué)習(xí)。在討論的過(guò)程中可以使原來(lái)相互矛盾的多種意見(jiàn)、分歧嚴(yán)重的復(fù)雜局面逐漸變得明朗、一致起來(lái)，總結(jié)集體討論的結(jié)果，使得學(xué)生們達(dá)到對(duì)當(dāng)前所學(xué)概念比較全面、正確的理解，最終完成對(duì)所學(xué)知識(shí)的意義建構(gòu)。（5）效果評(píng)價(jià)。對(duì)學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)內(nèi)容主要包括：個(gè)人自主學(xué)習(xí)的能力；個(gè)人在小組協(xié)作學(xué)習(xí)時(shí)所做出的貢獻(xiàn)；個(gè)人對(duì)所學(xué)知識(shí)的意義建構(gòu)的完成情況。評(píng)價(jià)內(nèi)容包括學(xué)生個(gè)人的自我評(píng)價(jià)和學(xué)習(xí)小組對(duì)個(gè)人的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)。

二、《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》課程支架設(shè)計(jì)原則

支架式教學(xué)法是基于最近發(fā)展區(qū)的個(gè)性化教學(xué)方式，它發(fā)生在有效的交互過(guò)程中，教學(xué)中設(shè)計(jì)的支架具有一定的特征，其通常具有可調(diào)節(jié)性、暫時(shí)性和漸消性的特點(diǎn)；同時(shí)兼顧數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容其自身的特點(diǎn)，我們確定了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程支架的設(shè)計(jì)原則，在教學(xué)中充分發(fā)揮其輔助支持作用，盡可能的減少學(xué)習(xí)障礙，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的獨(dú)立自主學(xué)習(xí)，幫助其完成學(xué)習(xí)任務(wù)，并進(jìn)入新的最近發(fā)展區(qū)。課程支架具體的設(shè)計(jì)原則如下。

1.基于最近發(fā)展區(qū)。根據(jù)維果斯基的最近發(fā)展區(qū)理論，學(xué)生的能力水平有兩種：第一種是學(xué)生當(dāng)前能力，即當(dāng)下獨(dú)自解決任務(wù)的能力；第二種是可能的發(fā)展水平，即通過(guò)教學(xué)所獲得的潛力。最近發(fā)展區(qū)就是介于這兩者之間的差距。在設(shè)計(jì)教學(xué)支架之前，教師應(yīng)充分分析當(dāng)前學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，勢(shì)必在學(xué)習(xí)者的最近發(fā)展區(qū)之內(nèi)設(shè)里，這樣才能充分發(fā)揮支架的作用。教師為學(xué)生提供帶有一定難度的教學(xué)內(nèi)容，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)潛能，提高其跨越最近發(fā)展區(qū)達(dá)到下一發(fā)展階段的水平，同樣在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行下一個(gè)發(fā)展區(qū)的發(fā)展。在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的支架教學(xué)設(shè)計(jì)中，要充分考慮“最近發(fā)展區(qū)”這一重要因素，重視教學(xué)支架的搭建過(guò)程與方法。

2.引導(dǎo)性。支架不是直接提供學(xué)習(xí)成果給學(xué)習(xí)者或是替代其完成教學(xué)過(guò)程，而是輔助學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過(guò)程。在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)過(guò)程中采用了提出問(wèn)題—分析問(wèn)題—解決問(wèn)題的教學(xué)模式，在支架等相關(guān)資源的輔助下，引導(dǎo)著學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)。

3.協(xié)作性。協(xié)作學(xué)習(xí)是支架式教學(xué)的重要環(huán)節(jié)之一，它不只是給學(xué)習(xí)者提供惰性的事實(shí)和信息，而是讓學(xué)習(xí)者參與到學(xué)習(xí)活動(dòng)中來(lái)，促進(jìn)他們深度參與學(xué)習(xí)活動(dòng)，進(jìn)行探索與實(shí)踐，在活動(dòng)中進(jìn)行有意義的學(xué)習(xí)。例如，講解二叉樹(shù)的非遞歸遍歷算法，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了二叉樹(shù)與棧的概念，并掌握了其基本操作原理，在此基礎(chǔ)上，讓兩個(gè)同學(xué)合作講解算法，一個(gè)講解算法，另一個(gè)跟隨講解分步驟畫(huà)出動(dòng)態(tài)執(zhí)行過(guò)程。這樣可以加深全班對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解和印象，達(dá)到較好的教學(xué)效果。

4.臨時(shí)性、漸消性。支架式教學(xué)方法的目標(biāo)是促進(jìn)學(xué)習(xí)者的自我規(guī)范，使學(xué)習(xí)者成為自律的、獨(dú)立的學(xué)習(xí)者和問(wèn)題解決者。教師在教學(xué)初始階段根據(jù)學(xué)生現(xiàn)有的水平、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)來(lái)確定支架的類(lèi)型并搭建支架，隨著教學(xué)過(guò)程中學(xué)生水平的不斷提高，支架的層次也不斷的提升，支架的總量也逐步減少，直到最終學(xué)習(xí)者能夠獨(dú)立完成任務(wù)。

5.趣味性。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容算法部分較枯燥，教師要給予學(xué)生支持性的反應(yīng)，肯定學(xué)生的能力，減少其挫敗感和危機(jī)感。在支架式教學(xué)中教師要激活和保持學(xué)生的興趣、注意力，使教學(xué)內(nèi)容看起來(lái)較簡(jiǎn)單、有趣，讓學(xué)生能夠體驗(yàn)到成功，獲得成就感。

6.多樣性。支架的形式是多種多樣的，具體包括范例、問(wèn)題、圖表和工具等形式。

范例支架，它是一種學(xué)習(xí)成果，是符合學(xué)習(xí)目標(biāo)要求的，它是在特定的學(xué)習(xí)主題中包含了其中最重要的探索步驟或最典型的成果形式。范例展示的方法可以防止教學(xué)過(guò)程中過(guò)多的冗長(zhǎng)和模糊不清的闡述，幫助學(xué)生更輕松的理解教學(xué)內(nèi)容。問(wèn)題支架，是教師在教學(xué)過(guò)程中最常使用的支架類(lèi)型，根據(jù)“最近發(fā)展區(qū)”的理論，教師設(shè)計(jì)的問(wèn)題支架要盡可能的貼近學(xué)生的知識(shí)水平與能力水平；圖表支架，包括多種類(lèi)型的圖形和表格，圖表是一種采用可視化的形式對(duì)信息進(jìn)行描述和說(shuō)明，它更適合學(xué)習(xí)者的高級(jí)思維活動(dòng)，比如解釋、分析、綜合和評(píng)價(jià)等；工具支架，它主要是在以學(xué)為主的教學(xué)活動(dòng)環(huán)節(jié)中，為保證教學(xué)過(guò)程的順利實(shí)施，所提供的認(rèn)知、會(huì)話、協(xié)作、展示平臺(tái)等相關(guān)工具。在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中，我們通過(guò)動(dòng)畫(huà)和相應(yīng)的教具來(lái)輔助演示算法的執(zhí)行過(guò)程，反映其中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的變化以及內(nèi)存的演變過(guò)程。

三、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程支架的構(gòu)建

我們重視支架的搭建過(guò)程，就是希望通過(guò)我們的教學(xué)，能夠適時(shí)地喚醒學(xué)生頭腦中已經(jīng)具有的相關(guān)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，讓這些必要的相關(guān)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)突顯出來(lái)，使學(xué)生意識(shí)到所學(xué)習(xí)過(guò)的、所掌握的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的重要性，以及其與即將構(gòu)建的新知識(shí)之間具有的重要聯(lián)系，從而為學(xué)生學(xué)習(xí)掌握新知識(shí)做準(zhǔn)備。所以支架的作用就是引導(dǎo)學(xué)習(xí)者在未知的知識(shí)空間逐步攀升，不斷的由原來(lái)的知識(shí)水平向更高的水平發(fā)展，幫助學(xué)習(xí)者順利穿越“最近發(fā)展區(qū)”，以獲得更進(jìn)一步的發(fā)展。

1.范例。它是在特定的學(xué)習(xí)主題中包含了其中最重要的探索步驟或最典型的成果形式。范例展示的方法可以防止教學(xué)過(guò)程中過(guò)多的冗長(zhǎng)和模糊不清的闡述，幫助學(xué)生更輕松的理解教學(xué)內(nèi)容。范例并不局限于電子文檔等有形實(shí)體，也可以是操作的技巧和過(guò)程。優(yōu)秀的范例可以在技術(shù)方面和主題上引導(dǎo)、協(xié)助學(xué)生的學(xué)習(xí)。教師在教學(xué)中展示這種非實(shí)體的范例時(shí)，可以將操作步驟與語(yǔ)言說(shuō)明結(jié)合起來(lái)，在重要的部分和步驟重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)。

教學(xué)案例1：二叉樹(shù)遍歷遞歸實(shí)現(xiàn)向非遞歸實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)化。二叉樹(shù)遍歷操作的遞歸實(shí)現(xiàn)程序思路清晰，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于理解，但其執(zhí)行效率較低。為了提高程序的執(zhí)行效率，可以考慮采用非遞歸方式來(lái)實(shí)現(xiàn)二叉樹(shù)的遍歷算法。教師首先講解先序遍歷的非遞歸實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)講解利用棧記錄回溯點(diǎn)的方法，之后讓學(xué)生用同樣的方法，模仿實(shí)現(xiàn)中序和后序遍歷的非遞歸實(shí)現(xiàn)，其中在后序遍歷實(shí)現(xiàn)時(shí)，教師提示學(xué)生需要解決根兩次入棧的問(wèn)題。

2.問(wèn)題。問(wèn)題是教師在教學(xué)過(guò)程中最常使用的支架類(lèi)型，教師要具備能夠在教學(xué)過(guò)程中自然的、及時(shí)的提供此類(lèi)支架的能力。同時(shí)教師要能夠預(yù)見(jiàn)到學(xué)生可能遇到的問(wèn)題和困難，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的、適當(dāng)?shù)膯?wèn)題支架。

教學(xué)案例2：一顆完全二叉樹(shù)上有1001個(gè)節(jié)點(diǎn)，求其葉子結(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)為多少？a.完全二叉樹(shù)的定義、特征是什么？b.該二叉樹(shù)包括的結(jié)點(diǎn)類(lèi)型有哪些？是否具有度為1的結(jié)點(diǎn)？c.二叉樹(shù)的性質(zhì)4的內(nèi)容是什么？d.二叉樹(shù)的性質(zhì)3的內(nèi)容是什么？

教學(xué)案例3：編寫(xiě)函數(shù)實(shí)現(xiàn)返回給定的二叉樹(shù)在中序遍歷下的最后一個(gè)結(jié)點(diǎn)。a.二叉樹(shù)中序遍歷的過(guò)程是什么？b.最后遍歷的結(jié)點(diǎn)的位置是否有特定的位置？c.根據(jù)二叉樹(shù)鏈表的結(jié)構(gòu)如何找到這個(gè)特定的結(jié)點(diǎn)？

同學(xué)們根據(jù)上述的分析可以分步驟編程實(shí)現(xiàn)函數(shù)，并完善程序，調(diào)試運(yùn)行后得出結(jié)果，進(jìn)一步驗(yàn)證代碼的正確性。

3.圖表。圖表是采用可視化的形式對(duì)信息進(jìn)行描述和說(shuō)明，它更適合學(xué)習(xí)者的高級(jí)思維活動(dòng)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)內(nèi)容抽象，算法過(guò)程復(fù)雜，單純的文字描述枯燥且不易理解，而在教學(xué)中使用大量的圖表形式，可以更直觀的體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容。

4.動(dòng)畫(huà)。一些算法在對(duì)數(shù)據(jù)處理過(guò)程時(shí)邏輯性強(qiáng)、復(fù)雜度高，較難用語(yǔ)言和板書(shū)表達(dá)清晰。比如，樹(shù)形結(jié)構(gòu)的算法，在實(shí)際中大量使用了遞歸函數(shù)，雖然遞歸函數(shù)形式簡(jiǎn)潔，但具體執(zhí)行過(guò)程解釋起來(lái)較煩瑣，因而可在課件中直觀展示算法運(yùn)行過(guò)程中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)抽象的改變過(guò)程以及內(nèi)存數(shù)據(jù)的改變狀態(tài)，這對(duì)學(xué)生深入理解教材內(nèi)容、掌握基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及相應(yīng)算法的實(shí)現(xiàn)有很好的幫助。

四、結(jié)語(yǔ)

該教學(xué)方案在實(shí)施過(guò)程中，重點(diǎn)難點(diǎn)的教學(xué)內(nèi)容課堂理解率平均提高了16.7%，課堂的教學(xué)氣氛和交流互動(dòng)更加熱烈，學(xué)生基本能獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，極大地提高了自信心和成就感。學(xué)生通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，在算法設(shè)計(jì)、編程實(shí)現(xiàn)和解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題方面的能力均有不同程度的提高。支架式教學(xué)模式以建構(gòu)主義理論為基礎(chǔ)，通過(guò)教師搭建的系列教學(xué)支架，促使學(xué)生主動(dòng)參與到課堂教學(xué)中。教師是課題的組織者，利用適時(shí)組織學(xué)生獨(dú)立探索、協(xié)作學(xué)習(xí)等手段完成對(duì)知識(shí)的意義建構(gòu)，訓(xùn)練和提高了學(xué)生的自學(xué)能力。改革后的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)具有科學(xué)性、創(chuàng)新性、先進(jìn)性和開(kāi)放性，更注重學(xué)生綜合訓(xùn)練和能力培養(yǎng)，符合應(yīng)用工程型人才的培養(yǎng)要求。

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