案例導(dǎo)學(xué)教學(xué)模式在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中的運(yùn)用

王賀 張秀梅

摘? 要：緊緊圍繞國家關(guān)于實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展的重大戰(zhàn)略部署，為了有效地促進(jìn)學(xué)校的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃，針對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程原有教學(xué)模式存在的不足，對(duì)授課內(nèi)容和方式進(jìn)行改革，采用案例導(dǎo)學(xué)的討論模式進(jìn)行教學(xué)。案例在精而不在多，適當(dāng)?shù)陌咐粌H可以強(qiáng)化學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的掌握，而且能幫助學(xué)生更好地理解相關(guān)知識(shí)，并使他們積極思考。通過案例的學(xué)習(xí)提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，提高自主學(xué)習(xí)的能力，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的自信心。有趣案例導(dǎo)學(xué)的方式也調(diào)動(dòng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量有一定的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)? 案例導(dǎo)學(xué)? 教學(xué)模式? 案例設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G434? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1672-3791（2019）04（a）-0104-03

教學(xué)是由教與學(xué)兩方面構(gòu)成，高效的教學(xué)需要師生雙方的互動(dòng)，導(dǎo)學(xué)既有教師的指導(dǎo)也有學(xué)生的自學(xué)，其實(shí)現(xiàn)了學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的課堂。張楚庭先生曾談到：“教學(xué)，從根本上說，是思考著的教學(xué)引導(dǎo)著學(xué)生思考，又讓思考著的學(xué)生促動(dòng)教師思考?！倍咐龑?dǎo)學(xué)可以使枯燥乏味的課堂教學(xué)變成生動(dòng)活潑、氣氛融洽的課堂。“案例導(dǎo)學(xué)”是以學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的基本規(guī)律為依據(jù)的教學(xué)策略——知識(shí)建構(gòu)的過程實(shí)質(zhì)是問題解決的認(rèn)知過程，學(xué)生在學(xué)習(xí)中做出正確的問題導(dǎo)向，形成問題意識(shí)，并養(yǎng)成自主思考和分析問題、解決問題、發(fā)現(xiàn)問題的能力，如此的建構(gòu)才是有意義的知識(shí)建構(gòu)過程，這樣的教學(xué)才是有助學(xué)生發(fā)展的高效教學(xué)[1-4]。同時(shí)，“案例導(dǎo)學(xué)”能較好地激發(fā)出學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，降低學(xué)習(xí)難度。

1? 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)現(xiàn)狀與分析

目前，大多數(shù)學(xué)生剛從繁重的高中課業(yè)中解脫出來，進(jìn)入到相對(duì)輕松的大學(xué)來學(xué)習(xí)，有的學(xué)生認(rèn)為自己應(yīng)該放松一下，有的學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)能力都存在很大問題，針對(duì)多信息的課堂教學(xué)內(nèi)容很難掌控，對(duì)于抽象性強(qiáng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門課的學(xué)習(xí)更是有一定難度。對(duì)于簡單的問題可以寫寫代碼應(yīng)付過去，可是對(duì)于稍復(fù)雜一些的問題經(jīng)常無從下手，沒有任何思路。課堂教學(xué)中主要問題表現(xiàn)在以下幾方面。

（1）課堂缺乏活力：部分學(xué)生上課缺少主動(dòng)性，教師作為主角，一直在不停地講授內(nèi)容，沒有學(xué)生的積極參與，致使教師缺乏課堂教學(xué)激情，課堂教學(xué)過程中氣氛沉悶，師生之間沒有互動(dòng)的交流。

（2）教學(xué)目標(biāo)不明確：課堂教學(xué)一般沒有目標(biāo)，授課內(nèi)容面面俱到，缺少一定的層次，沒有根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況有側(cè)重地去講解。

（3）缺乏真正的教學(xué)反饋環(huán)節(jié)：學(xué)生的學(xué)習(xí)只為了通過考試，學(xué)習(xí)興趣不高，主動(dòng)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的同學(xué)非常少，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法設(shè)計(jì)的教學(xué)意義沒有體現(xiàn)出來，學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)更無從談起。

2? 案例導(dǎo)學(xué)教學(xué)模式的實(shí)踐

為了適應(yīng)學(xué)校對(duì)軟件工程專業(yè)“卓越工程師的培養(yǎng)方案”，努力為提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維的培養(yǎng)提供一定的平臺(tái)，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的課堂教學(xué)中以具體的案例分析作為線索，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)去探索，循序漸進(jìn)地培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)的認(rèn)知。

2.1 選擇案例的原則

案例是課堂導(dǎo)學(xué)的核心，選定合適的案例是一項(xiàng)重要的工作，而案例的選編是一項(xiàng)重要的工作，案例的選編遵循如下原則。

（1）案例要結(jié)合實(shí)際的教學(xué)內(nèi)容，是對(duì)授課內(nèi)容的拓展和延伸。（2）案例要考慮學(xué)生的個(gè)體差異，學(xué)生可以逐步深入進(jìn)行研究和實(shí)現(xiàn)。（3）案例要難易適當(dāng)、簡繁相宜，做到將先驗(yàn)知識(shí)和新知識(shí)的融合。

2.2 案例導(dǎo)學(xué)的實(shí)施

實(shí)際教學(xué)中將案例設(shè)計(jì)為3種：

第一種：課堂引用案例設(shè)計(jì)，以教師講授為主，重在知識(shí)聯(lián)系、分析過程及分析結(jié)論的講解，提高學(xué)生的理解能力。

第二種：課堂討論案例設(shè)計(jì)，以學(xué)生討論為主，教師引導(dǎo)為輔，重在應(yīng)用，提高學(xué)生的應(yīng)用分析能力。

第三種：課外實(shí)踐案例設(shè)計(jì)，以學(xué)生自我研究為主，重在應(yīng)用，提高綜合能力。

下面給出基于上述案例導(dǎo)學(xué)的具體實(shí)施過程。

2.2.1 課堂引導(dǎo)案例

線性表是最基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，課后的習(xí)題主要是在自身類的基礎(chǔ)上加上若干成員函數(shù)，大家比較熟悉的有：表的連接，表中元素的逆置，表中元素的劃分，或者用來存儲(chǔ)學(xué)生的基本信息，另外還有實(shí)現(xiàn)一元多項(xiàng)式的加法操作，通過從第一項(xiàng)的指數(shù)比較，如果相等則系數(shù)相加，指數(shù)不變，如果第一個(gè)多項(xiàng)式的第一項(xiàng)的指數(shù)小于第二個(gè)多項(xiàng)式的第一項(xiàng)，則讓第一個(gè)多項(xiàng)式向后移動(dòng)，并進(jìn)行存放，同理對(duì)其他項(xiàng)進(jìn)行相同的操作。

鑒于此，提出如下問題。

假設(shè)現(xiàn)有砝碼3枚，質(zhì)量分別為1g、2g和3g，問只用這些砝碼最多各一次你能稱出哪幾種質(zhì)量的物體？而對(duì)各種質(zhì)量確定的物體又有多少種不同的稱量方案？（一個(gè)熟悉的數(shù)學(xué)問題，提高學(xué)生的注意力）

首先，分析可能得到的稱重情況如表1所示。

其次，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步分析如下。

（1）如果有1枚質(zhì)量為K1的砝碼，稱量的實(shí)際質(zhì)量可以為m={m1=0或m2=K1}，每種質(zhì)量的稱重方案數(shù)分別為P={P1=1，P2=1}，觀察m和P之間的關(guān)系？

（2）如有兩枚質(zhì)量分別為K1和K2的砝碼，并且K1≠K2，參照（1）可以稱重的質(zhì)量4種：

①0+0=0

②K1+0=K1

③0+K2=K2

④K1+K2

（3）歸納總結(jié)。

對(duì)于（1）分析可表示為：1+xK1

對(duì)于（2）分析可表示為：（1+xK1）（1+xK2）= 1+xK1+xK2+xK1+K2

假設(shè)是n個(gè)這樣的砝碼可表示為：（1+xK1）（1+xK2）…（1+xKn）

最后，如何將現(xiàn)實(shí)討論的問題用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，利用目前的線性結(jié)構(gòu)中單鏈表來存儲(chǔ)一元多項(xiàng)式的表示形式f（x）=a0+a1x+a2x2+…anxn。

2.2.2 課堂討論案例

課堂討論案例主要體現(xiàn)前后知識(shí)點(diǎn)的融合和貫通，一般是多個(gè)案例。

首先，介紹棧的相關(guān)操作時(shí)，給出案例“把十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制”，如何來進(jìn)行轉(zhuǎn)換（口訣“除基取余倒排”），教師提出問題學(xué)生思考，注重解決問題的方法的指導(dǎo)，并鼓勵(lì)學(xué)生積極討論，發(fā)表不同的看法，發(fā)揮學(xué)生的主體作用。

其次，介紹隊(duì)列的相關(guān)操作時(shí)，給出案例“排序問題”，給定若干兩位的整形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一維數(shù)組中，利用隊(duì)列來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的排序。提示：（1）創(chuàng)建一個(gè)隊(duì)列數(shù)組，按照數(shù)據(jù)的個(gè)位數(shù)字放在相應(yīng)的隊(duì)列中;（2）利用隊(duì)列的特性，將隊(duì)列中的數(shù)據(jù)出隊(duì)列重新放回一維數(shù)組中;（3）按照數(shù)據(jù)的十位數(shù)字存放在相應(yīng)的隊(duì)列中;（4）將隊(duì)列中的元素出隊(duì)列得到有序序列。

最后，考慮棧、隊(duì)列結(jié)構(gòu)與前面學(xué)過的線性表的區(qū)別，如何實(shí)現(xiàn)棧、隊(duì)列的存儲(chǔ)？繼而引出停車場管理的實(shí)際案例。有一個(gè)停放n輛車的狹長通道，并有一個(gè)大門可供進(jìn)出。在停車場內(nèi)，汽車按到達(dá)的先后次序，由內(nèi)向外依次排列。若車場停滿n輛車，后來的在門道上停放，當(dāng)有車開走，車場內(nèi)該車輛后面的車先退出，然后再依次返回車場，便道上的車可以進(jìn)入。讓學(xué)生編程模擬上述管理過程。

2.2.3 課外實(shí)踐案例

課外實(shí)踐案例設(shè)計(jì)應(yīng)該注重綜合知識(shí)的運(yùn)用。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中的線性結(jié)構(gòu)、樹形結(jié)構(gòu)、圖形結(jié)構(gòu)了解之后，給出案例“教學(xué)計(jì)劃的安排問題”，某大一學(xué)生有8門學(xué)位課的學(xué)習(xí)，如圖1所示。

（1）可以得到一個(gè)有效拓?fù)湫蛄袨椋?/p>

（2）解決方案提示：①在有向圖中以“入度為零”作為“沒有前驅(qū)”的量度;②算法中附設(shè)了“棧”，用于保存當(dāng)前出現(xiàn)的入度為零的頂點(diǎn);③“刪除頂點(diǎn)及以它為尾的弧”的這類操作可用“弧頭頂點(diǎn)的入度減1”的辦法來替代。

（3）更進(jìn)一步地思考問題。

①如何得到全部可能的拓?fù)湫蛄?？（研究有向圖的鄰接表）

②能否進(jìn)行學(xué)期的安排？（查閱相關(guān)文獻(xiàn)或書籍）

3? 結(jié)語

案例導(dǎo)學(xué)將抽象的理論知識(shí)與生活實(shí)踐相結(jié)合，學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)與教師引導(dǎo)講解相結(jié)合，這不僅促動(dòng)教師的專業(yè)研究，改變?cè)械慕虒W(xué)方式，而且有效地監(jiān)測到學(xué)生的自學(xué)過程，對(duì)學(xué)習(xí)方法也有一定的指導(dǎo)意義。這就好比實(shí)現(xiàn)了飛輪效應(yīng)，為了靜止的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)起來，一開始你必須使很大力，但一旦轉(zhuǎn)動(dòng)起來，后續(xù)只要施加很小的力，它就會(huì)飛速地轉(zhuǎn)動(dòng)。通過案例導(dǎo)學(xué)的教學(xué)實(shí)踐，大大提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力。

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