數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法分析立體化教學(xué)模式探索

華 偉，張 典，姜官男，徐自勵

（1.四川大學(xué) 電子信息學(xué)院，四川 成都 610065；2.中國民航總局第二研究所，四川 成都 610041）

0 引 言

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法分析作為本科核心課程，與現(xiàn)代信息社會密切相關(guān)。然而，由于本課程理論性強、概念抽象, 需要較扎實的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)[1]，在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生不容易理解，會產(chǎn)生畏難情緒；傳統(tǒng)的全程講授方式，需要學(xué)生長時間集中注意力，易導(dǎo)致學(xué)生課堂疲勞[2]。由于知識的連貫性強，前面的知識未掌握，后面的知識就可能聽不懂，有些學(xué)生會因此喪失學(xué)習(xí)興趣。部分學(xué)生缺乏主動思考的能力，尚未養(yǎng)成主動學(xué)習(xí)的習(xí)慣，有消極依賴心理，學(xué)習(xí)效率低，不能適應(yīng)大學(xué)的學(xué)習(xí)進度。部分學(xué)生對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法分析課程興趣不足，不是缺乏刻苦鉆研精神，而在于沒有找到適合的方法。如何改變這種令人困擾的現(xiàn)狀，提高教學(xué)質(zhì)量，是本課程教學(xué)改革的難點，也是筆者進行教學(xué)探索的主要目的。

1 基于“全方位立體化”教學(xué)模式

“全方位立體化”教學(xué)模式以“小組合作”為核心，由全方位輔助教學(xué)、開放式課程考核共同組成，將學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的提高和知識體系的構(gòu)建作為突破口，改變教師和學(xué)生的角色意識，幫助學(xué)生進行自主學(xué)習(xí)，成為教學(xué)方式改革的關(guān)鍵。應(yīng)改變傳統(tǒng)的授課模式，將教師的角色從知識的傳授者變?yōu)橐龑?dǎo)者。在有限的課堂教學(xué)時間內(nèi)，要打破按照章節(jié)安排詳細介紹每個知識點的慣例，注重介紹課程內(nèi)容相關(guān)的知識架構(gòu)。由教師引導(dǎo)學(xué)生搭建知識網(wǎng)絡(luò)，幫助學(xué)生自主學(xué)習(xí)，要求學(xué)生從被動地接受知識，變?yōu)樯钊胨伎?，找出問題，主動學(xué)習(xí)。

1.1 小組合作

為使課程充滿挑戰(zhàn)性、趣味性，教師給學(xué)生布置小組任務(wù)，通過挑戰(zhàn)自我、培養(yǎng)興趣的助力，使學(xué)生具有自主深度學(xué)習(xí)的動力，真正做到主動學(xué)習(xí)。

教師在課堂上搭建知識網(wǎng)絡(luò)，提出小組任務(wù)，設(shè)置小組協(xié)同完成和個體獨自完成相結(jié)合，涉及個人思考的問題要求每位成員獨立完成；記錄項目具體分工，鼓勵學(xué)生適度競爭，激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)[3]。

學(xué)生參與不同的學(xué)習(xí)小組，共同完成小組項目設(shè)計并在課堂上展示小組成果；學(xué)生為了準備課堂報告和有效參與課堂討論，課下以小組合作方式進行大量檢索、閱讀、思考；學(xué)生課堂上按照教師的要求，以小組設(shè)計報告方式展示成果，進行課堂討論；教師在學(xué)生已有工作的基礎(chǔ)上，按照課程安排拓展題目深度和難度，布置新的任務(wù)，讓學(xué)生繼續(xù)挖掘項目涉及的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

在循環(huán)往復(fù)的項目設(shè)計過程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)學(xué)科中的問題，進行自主學(xué)習(xí)，研究能力、口頭表達能力、團隊協(xié)作能力、獨立思考能力等都得到實質(zhì)性的提高。學(xué)生與教師共同參與討論、點評的評價機制給學(xué)生帶來學(xué)習(xí)的壓力和動力。

1.2 全方位立體輔助教學(xué)

由于采用小組項目設(shè)計、討論總結(jié)的方式，必然會有大量問題無法在課堂得到圓滿解決。為了使學(xué)生適應(yīng)“小組合作”教學(xué)模式，筆者采取了全方位立體教學(xué)的方式進行補充。選修本課程的學(xué)生加入本課程的課程中心網(wǎng)站，可以得到本課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)要求、推薦書目、發(fā)布公告、教學(xué)動態(tài)等信息。教師采取的其他輔助手段有QQ群、文獻檢索集中培訓(xùn)、小組討論、個別輔導(dǎo)、隨堂測驗、實驗等。其中，針對學(xué)習(xí)中的難點，在網(wǎng)站上提供輔導(dǎo)資料，供學(xué)生自主學(xué)習(xí)，通過QQ群及時進行輔導(dǎo)；對于普遍性的問題，教師在網(wǎng)站上公布相應(yīng)解決方案；當學(xué)生要求面對面的輔導(dǎo)時，可以在每周固定時間預(yù)約單獨輔導(dǎo)。這些手段的使用獲得良好效果。

1.3 課程考核

在“小組合作”教學(xué)模式下，應(yīng)改變課程考核機制，以過程考核為重點，設(shè)置小組完成任務(wù)、線上作業(yè)、課堂測試占課程考核的比例，以激發(fā)學(xué)生參與小組合作，共同完成任務(wù)的動力。

設(shè)置小組任務(wù)是對理論知識的延展，與生活實例相結(jié)合，使學(xué)生開拓思維，提升綜合能力。教師不但對小組學(xué)習(xí)結(jié)果進行評價，更要重視學(xué)生在小組學(xué)習(xí)過程中的合作意識與學(xué)習(xí)效果。教師分階段與各小組成員交流，了解進展，一方面督促學(xué)生自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)，另一方面及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生遇到的困難，幫助解決問題。此外，“小組合作”模式建立在多角度評價體系基礎(chǔ)上。教師打分、學(xué)生自評、學(xué)生互評等多角度評價體系，增強了學(xué)生信心，有利于互相學(xué)習(xí)，逐步加深對課程知識的理解與掌握。

1.4 教學(xué)實例

針對小組合作授課模式，通過布置小組項目任務(wù)的形式，從學(xué)生感興趣的實際問題入手，教師把抽象的理論概念融入學(xué)生的小組項目，輔助學(xué)生進行深度學(xué)習(xí)的兩個實例，探討進行理工課程教學(xué)模式的改變以及效果，從而提高學(xué)生的興趣。在解決小組設(shè)計問題的過程中，強化學(xué)生對概念的理解，讓學(xué)生主動參與到教學(xué)活動中，提高教學(xué)效果。

1.4.1 實例一

題目：用數(shù)組（順序表）、鏈表實現(xiàn)學(xué)生個人基本信息的操作（要求信息包含姓名、性別、學(xué)院、班級、學(xué)號等；信息的錄入包含插入、查詢、修改、刪除等操作），現(xiàn)場演示程序的實現(xiàn)。對比順序表與鏈表來解決學(xué)生個人基本信息處理問題的優(yōu)缺點。

學(xué)生個人基本信息錄入系統(tǒng)是學(xué)生經(jīng)常接觸以及使用的軟件，引導(dǎo)學(xué)生了解結(jié)合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識在這些問題中的應(yīng)用，分析順序表和鏈表在不同情況下的優(yōu)缺點，使學(xué)生了解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識之間的關(guān)聯(lián)性。在實現(xiàn)這些程序的過程中，學(xué)生掌握了順序表和鏈表的知識；應(yīng)用知識的過程中，也將抽象的知識轉(zhuǎn)化成現(xiàn)實中的實例，加深了對知識的理解，有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

隨著解決問題過程的深入，僅有課本上的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識還是不夠的，還必須進行編程實踐，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、插入、刪除、查找等操作，在實現(xiàn)這些操作的過程中，更加直觀地觀察到順序表和鏈表是如何完成對數(shù)據(jù)的操作。小組內(nèi)的學(xué)生通過互相幫助，共同努力完成這個課題，不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，更培養(yǎng)了學(xué)生之間團結(jié)互助的精神。

1.4.2 實例二

教師針對學(xué)生特點，設(shè)計非標準答案類型題目，改變以試題考核學(xué)生的方式。該題目從課程中選出最感興趣的一個知識點展示。

題目：結(jié)合基本知識點，以小組形式討論，理解并個性化展示，形式不限。從學(xué)生的選題情況來看，內(nèi)容涵蓋了各章節(jié)的知識點，例如鏈表與順序表、BST（二叉檢索樹）、棧的應(yīng)用、內(nèi)排序等。學(xué)生完成的形式也豐富多彩：以小說的形式，描述了以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為根基的魔幻森林，需要執(zhí)行順序表和鏈表相應(yīng)正確的操作在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的魔幻森林里進行探險；利用棧操作實現(xiàn)表達式的PPT，編程實現(xiàn)了一個計算器；二叉樹還原方法在線教學(xué)視頻；采訪紀實，采用記者提問專家回答的方式講述順序表的優(yōu)缺點以及在順序表中學(xué)生信息管理系統(tǒng)實現(xiàn)；以漫畫形式生動地展示二叉樹的遍歷方式；寫成論文的形式等。

這些作品充分展示了學(xué)生的想象力、創(chuàng)造力。開放式考核方式減少了學(xué)生的畏難情緒，提高了學(xué)生的興趣，培養(yǎng)學(xué)生靈活運用知識解決實際問題的能力，改變思維定式，激發(fā)想象力。積極查閱資料、主動思考有助于培養(yǎng)出基礎(chǔ)知識扎實，且具有獨立思考能力的優(yōu)秀學(xué)生。

2 教學(xué)效果的考察

“全方位立體化”教學(xué)模式是有關(guān)教與學(xué)的樂觀主義教學(xué)模式，是一種群體教學(xué)與個別教學(xué)相結(jié)合的形式，維持了班級授課制為主體的組織教學(xué)形式；全方位立體化教學(xué)、小組學(xué)習(xí)等模式最大限度地讓每個學(xué)生參與，從學(xué)習(xí)時間重新分配，到發(fā)揮各自的優(yōu)勢，給予學(xué)生更多的自由度，使學(xué)生能夠根據(jù)自己的步調(diào)調(diào)整學(xué)習(xí)節(jié)奏，做到學(xué)習(xí)向?qū)W生的回歸，體現(xiàn)以學(xué)生為主體的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變。教師轉(zhuǎn)變自身角色，從教學(xué)活動的主導(dǎo)者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的合作者，以共同學(xué)習(xí)和探討的方式參與學(xué)生的學(xué)習(xí)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性得到充分發(fā)揮。

“全方位立體化”教學(xué)模式是屬于促進學(xué)習(xí)者發(fā)生有意義學(xué)習(xí)的信息化教學(xué)模式[4]。從問卷調(diào)查結(jié)果可以看出學(xué)生每周自主進行該課程的預(yù)習(xí)時間與復(fù)習(xí)時間超過兩小時以上分別占了74%和68%，有效地促進學(xué)生自主地進行有意義的學(xué)習(xí)，見圖1。

圖1 學(xué)生每周預(yù)習(xí)及復(fù)習(xí)時間餅狀圖

3 教學(xué)反思與問卷調(diào)查

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法分析課程的教學(xué)改革實踐，從經(jīng)驗型教學(xué)走向研究型教學(xué)，需要不斷提高自身的教學(xué)水平[5]。

教學(xué)錄像可以完整地記錄教師在課堂教學(xué)中的表現(xiàn)，課后可以檢查內(nèi)容安排是否合理，觀察和學(xué)生之間的互動，發(fā)現(xiàn)課堂教學(xué)過程中的問題，及時改進教學(xué)安排。例如，學(xué)生連續(xù)上兩節(jié)課，第二節(jié)課部分學(xué)生會有注意力難以集中的現(xiàn)象。在第二節(jié)課開始時，教師用5分鐘左右的時間進行課堂小測試，學(xué)生討論答案，互相批改，不僅鞏固知識，也有助于學(xué)生產(chǎn)生新的興奮點，盡快回歸到學(xué)習(xí)狀態(tài)。

教師應(yīng)換位思考，從學(xué)生心理層面，站在學(xué)生的立場理解學(xué)習(xí)新知識時遇到困難的焦慮，選擇學(xué)生接受和喜歡的授課方式，解決學(xué)生問題。

通過問卷調(diào)查的統(tǒng)計結(jié)果表明大多數(shù)學(xué)生持支持態(tài)度。有的學(xué)生說：“同學(xué)之間形成小組互助，我認為對于這門課的學(xué)習(xí)有很大的幫助，尤其是一起做小組任務(wù)的時候，大家會一起討論，交換想法，能夠拓展我們的思維?！边€有學(xué)生認為“教學(xué)方式非常新穎，有不錯的教學(xué)效果，能夠調(diào)動學(xué)生的積極性，主動學(xué)習(xí)知識，反復(fù)研讀教材，而且每節(jié)課都會復(fù)習(xí)上節(jié)課的內(nèi)容，這一點我覺得很好，可以查漏補缺，加深印象。”詳情見表1。

學(xué)生反映課堂的教學(xué)方式還需要進一步改善，例如希望提高時間利用效率，鼓勵學(xué)生提問，加強討論活躍度，提高課堂討論中學(xué)生的參與度。

表1 問卷調(diào)查結(jié)果

4 結(jié) 語

四川大學(xué)為貫徹落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》，深化教育教學(xué)改革，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，以培養(yǎng)具有深厚的人文底蘊、扎實的專業(yè)知識、強烈的創(chuàng)新意識、寬廣的國際視野的國家棟梁和社會精英為人才培養(yǎng)目標，鼓勵教師不僅要傳授知識，更要教會學(xué)生運用知識、創(chuàng)造知識，要引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題，使學(xué)生具有扎實的專業(yè)知識基礎(chǔ)，掌握科學(xué)的思維方式，具備獨立思考能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、協(xié)作和社會擔當能力[6]。其中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法分析是電子通信類重要的基礎(chǔ)課程，“全方位立體化”教學(xué)模式的探索，小班研討教學(xué)，充分體現(xiàn)了教學(xué)與科研相統(tǒng)一的現(xiàn)代高等教育思想，能夠調(diào)動學(xué)習(xí)者的主體力量和自我教育潛能[7]，激發(fā)了學(xué)生主動學(xué)習(xí)，主動思考的熱情，學(xué)生的出勤率和考試成績明顯提高，教學(xué)效果明顯改善。教學(xué)改革是一項持久而重要的任務(wù)，需要師生的共同努力。