學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)理論指導(dǎo)下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)

李偉偉 柳欣 李香英 李保田

摘 ?要： 針對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中存在的理論抽象、難以理解、傳統(tǒng)教學(xué)效果不佳等問(wèn)題，在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)理論的內(nèi)部動(dòng)機(jī)、成就動(dòng)機(jī)理論、耶克斯-多德森定律曲線、自我效能感和歸因理論的指導(dǎo)下，開(kāi)展數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)研究。提出五項(xiàng)旨在提升學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)措施，針對(duì)每項(xiàng)措施，提出具體的問(wèn)題設(shè)計(jì)。教學(xué)實(shí)踐表明，這些措施大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

關(guān)鍵詞： 學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)理論; 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu); 問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué); 自我效能感; 歸因理論

中圖分類(lèi)號(hào)：G40 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1006-8228（2021）08-124-03

Problem driven teaching of data structure course based on Learning Motivation Theory

Li Weiwei， Liu Xin， Li Xiangying， Li Baotian

（Department of Information Engineering， Shandong Youth University of Political Science， Jinan， Shandong 250103， China）

Abstract： Aiming at the problems that abstract theory， incomprehensibility and poor traditional teaching effect in the teaching of data structure course， under the guidance of Learning Motivation Theory， which includes the Intrinsic Motivation and Achievement Motivation Theory， curve of Yakes Dodson Law， Self-Efficacy and Attribution Theory， etc.， the research of problem driven teaching for data structure course is carried out. Five improvement measures to enhance learning motivation are put forward， and specific problem designs are proposed for each measure. Teaching practice shows that these measures greatly improve the students' learning enthusiasm.

Key words： Learning Motivation Theory; data structure; problem driven teaching; Self-Efficacy; Attribution Theory

0 引言

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)學(xué)科的核心課程，是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)后續(xù)算法分析等課程的基礎(chǔ)，主要用于處理非數(shù)值計(jì)算問(wèn)題。該課程內(nèi)容繁多、理論抽象，傳統(tǒng)教學(xué)方式往往難以取得理想的效果。2011年，張銘等人[1]指出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程方案以問(wèn)題求解為導(dǎo)向，貫穿數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論、抽象和設(shè)計(jì)三個(gè)形態(tài)，強(qiáng)調(diào)圍繞抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型的有效表達(dá)，建立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和運(yùn)算的有機(jī)聯(lián)系。2016年，范雅惠等人[2]提出將計(jì)算思維與問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)模型結(jié)合起來(lái)，構(gòu)建一種融入計(jì)算思維理念的問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)模型。2018年，楊武等人[3]建議以教師為主導(dǎo)、學(xué)生創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)為主體、企業(yè)工程師協(xié)同構(gòu)建案例，形成可用于課程設(shè)計(jì)的大案例。但是，已有研究尚未對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)予以充分的關(guān)注。本文圍繞數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)中存在的若干問(wèn)題開(kāi)展針對(duì)性的問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)研究。

1 學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)現(xiàn)狀分析

學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)是指激勵(lì)并維持學(xué)生朝向某一目標(biāo)的學(xué)習(xí)行為的動(dòng)力傾向[4]。學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)又能產(chǎn)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)[5]。動(dòng)機(jī)與學(xué)習(xí)之間是相輔相成的，動(dòng)機(jī)可以促進(jìn)學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)帶來(lái)的成就感又可以增強(qiáng)學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)。大學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)相對(duì)于中學(xué)階段較弱，進(jìn)入大學(xué)階段后，中學(xué)階段的學(xué)習(xí)壓力得到釋放，放松了對(duì)知識(shí)學(xué)習(xí)的要求。高校教學(xué)基本是傳統(tǒng)授課，互動(dòng)較少，致使無(wú)法較好的調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，所以導(dǎo)致低頭族，上課玩手機(jī)成為普遍現(xiàn)象。在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)中。學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)問(wèn)題具體表現(xiàn)為：①部分學(xué)生學(xué)習(xí)中遇到困難及挫折就會(huì)退縮，學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)便會(huì)蕩然無(wú)存，因?yàn)檫@部分學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)是由得到學(xué)分、順利畢業(yè)等外部動(dòng)機(jī)引發(fā)，并非由求知欲、學(xué)習(xí)興趣等內(nèi)部動(dòng)機(jī)引發(fā);②部分學(xué)生學(xué)習(xí)中過(guò)多地害怕失敗，不敢主動(dòng)嘗試，只敢解決非常容易的問(wèn)題，自我效能感非常低;③有的學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這類(lèi)核心基礎(chǔ)課程過(guò)度焦慮，動(dòng)機(jī)過(guò)強(qiáng)，做題時(shí)高度緊張，導(dǎo)致多次失敗后，影響學(xué)習(xí)效率，自信心大大下降;④有的學(xué)生把測(cè)試成績(jī)的高低歸結(jié)于運(yùn)氣好壞和外界環(huán)境，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果并不理想。

綜上得出，學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)水平高低對(duì)于改善數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)效果有著顯著的意義。為了提升學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)水平，擬基于學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)理論提出有針對(duì)性的改進(jìn)措施，并且結(jié)合問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)法進(jìn)行實(shí)施。

2 應(yīng)對(duì)措施及問(wèn)題設(shè)計(jì)

2.1 通過(guò)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)部動(dòng)機(jī)

按照內(nèi)外維度，學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)分為內(nèi)部動(dòng)機(jī)和外部動(dòng)機(jī)[6]。內(nèi)部動(dòng)機(jī)是指由個(gè)體內(nèi)在的需求引起的動(dòng)機(jī)，如學(xué)生的求知欲，學(xué)習(xí)興趣。內(nèi)部動(dòng)機(jī)使學(xué)生在學(xué)習(xí)中得到滿足，能積極地參與學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)興趣比較持久。外部動(dòng)機(jī)是指?jìng)€(gè)體由外部誘因所引起的動(dòng)機(jī)，如為了得到教師或父母的獎(jiǎng)勵(lì)而努力學(xué)習(xí)，為了避免教師或父母的懲罰而努力學(xué)習(xí)。僅有外部動(dòng)機(jī)的學(xué)生，當(dāng)學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成，學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)就會(huì)迅速下降，當(dāng)遭遇挫折，學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)就會(huì)不復(fù)存在。

當(dāng)學(xué)生碰到問(wèn)題，迫切需要用某些知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題時(shí)，就會(huì)引發(fā)學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力，產(chǎn)生渴求知識(shí)的心理體驗(yàn)，激發(fā)學(xué)習(xí)行為的產(chǎn)生。因此，我們可以采用問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)[7]的方式激發(fā)學(xué)生的內(nèi)部學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

首因效應(yīng)是指，人們?cè)谡J(rèn)知事物時(shí)，最初獲得的信息對(duì)認(rèn)知的影響比后來(lái)獲得的信息更大，所以第一節(jié)課的問(wèn)題尤為重要[8]。第一節(jié)課重在激發(fā)學(xué)生對(duì)整門(mén)課程的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，可以在第一節(jié)課上提出如下問(wèn)題：“我們通常認(rèn)為計(jì)算機(jī)是用來(lái)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的，但現(xiàn)實(shí)世界中的問(wèn)題大多不是數(shù)值計(jì)算問(wèn)題，那我們?nèi)绾卫糜?jì)算機(jī)解決現(xiàn)實(shí)世界中的各類(lèi)問(wèn)題呢？” 帶著這樣的問(wèn)題進(jìn)行學(xué)習(xí)，會(huì)使學(xué)生對(duì)整門(mén)課程都有比較持久的學(xué)習(xí)興趣，以便克服數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)過(guò)程中碰到的挫折。

2.2 ?問(wèn)題遴選兼顧力求成功者與避免失敗者

麥克里蘭提出成就動(dòng)機(jī)是一種力求成功并選擇朝向成功（或失敗）目標(biāo)的活動(dòng)一般傾向[5]。成就動(dòng)機(jī)分為兩類(lèi)：一類(lèi)是力求成功的動(dòng)機(jī)，傾向于選擇成功率為50%的任務(wù);另一類(lèi)是避免失敗的動(dòng)機(jī)，傾向于選擇非常容易或非常困難的任務(wù)。阿特金森認(rèn)為，人們既有對(duì)成功的期望又有對(duì)失敗的擔(dān)心。

根據(jù)成就動(dòng)機(jī)理論，問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)中提出的問(wèn)題既要兼顧力求成功者，又要兼顧避免失敗者。問(wèn)題的難度應(yīng)該難中易相結(jié)合。難題數(shù)量盡量減少，因?yàn)殡y題既不利于力求成功者，又不利于避免失敗者。避免失敗者雖然會(huì)選擇較難的問(wèn)題，但是并不會(huì)真正地去探索求解。

簡(jiǎn)單問(wèn)題對(duì)避免失敗者是個(gè)比較好的開(kāi)始，避免失敗者如果能多次求解簡(jiǎn)單題目，其自信心會(huì)相應(yīng)地增強(qiáng)，因此會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱η蟪晒φ?。中等題目適合力求成功者，也是數(shù)量占比最多的難度，也是適合大部分同學(xué)的難度。例如，有三個(gè)整型元素1、2、3依次進(jìn)棧，會(huì)有哪些出棧次序？

2.3 根據(jù)任務(wù)難易合理激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)

并不是動(dòng)機(jī)越強(qiáng)學(xué)習(xí)效率越高，因?yàn)檫^(guò)分強(qiáng)烈的動(dòng)機(jī)會(huì)使學(xué)生處于高度緊張的狀態(tài)，反而會(huì)限制思維活動(dòng)，甚至降低學(xué)習(xí)效率。耶克斯-多德森定律曲線[4]（如圖1所示）揭示了動(dòng)機(jī)強(qiáng)度的最佳水平會(huì)隨著任務(wù)難易的變化而變化的規(guī)律。容易看出，當(dāng)面對(duì)容易或簡(jiǎn)單的任務(wù)時(shí)，最佳動(dòng)機(jī)水平較高;當(dāng)面對(duì)困難或復(fù)雜的任務(wù)時(shí)，最佳動(dòng)機(jī)水平較低。

在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中，教師需要根據(jù)任務(wù)難度設(shè)置合理的問(wèn)題來(lái)激發(fā)學(xué)生的不同水平的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。對(duì)于隊(duì)列這樣比較簡(jiǎn)單的學(xué)習(xí)任務(wù)，可采用兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，一是聯(lián)系學(xué)生的生活問(wèn)題如：“同學(xué)們下課后去餐廳排隊(duì)買(mǎi)飯的時(shí)候遵循怎樣的規(guī)則？”;二是聯(lián)系計(jì)算機(jī)操作的問(wèn)題如：“當(dāng)電腦疑似死機(jī)打算重啟時(shí)，突然它又醒了，把剛才點(diǎn)擊的所有操作按順序執(zhí)行一遍，這是遵循了什么規(guī)則？[9]”。對(duì)于遍歷二叉樹(shù)這樣中等難度的任務(wù)，激發(fā)中等水平的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。為此，采用這樣的問(wèn)題驅(qū)動(dòng)如：“大家還記得線性結(jié)構(gòu)是如何遍歷的嗎？線性結(jié)構(gòu)存在唯一的前驅(qū)和后繼關(guān)系，有從頭至尾、循環(huán)等簡(jiǎn)單的遍歷方式。但是在二叉樹(shù)中，樹(shù)的結(jié)點(diǎn)之間不是一對(duì)一的關(guān)系，那我們應(yīng)該如何進(jìn)行遍歷呢？”。對(duì)于“圖中關(guān)鍵路徑”這樣難度較大的任務(wù)，可以不采取問(wèn)題驅(qū)動(dòng)方式，使學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)處于較低水平。

2.4 由易到難增加自我效能感

自我效能感是指?jìng)€(gè)體對(duì)自己是否有能力完成某一行為所進(jìn)行的推測(cè)與判斷。班杜拉提出自我效能感的四個(gè)形成因素包括直接經(jīng)驗(yàn)、替代經(jīng)驗(yàn)、言語(yǔ)說(shuō)服和情緒喚起，其中直接經(jīng)驗(yàn)的影響最大[4]。成功的經(jīng)驗(yàn)會(huì)提高學(xué)生的自我效能感，多次失敗的經(jīng)驗(yàn)會(huì)降低學(xué)生的自我效能感。不斷的成功會(huì)促使學(xué)生建立穩(wěn)定的自我效能感。

在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)中，根據(jù)自我效能感理論，應(yīng)采取問(wèn)題由易到難的驅(qū)動(dòng)方式。原因在于，如果一開(kāi)始就是較難的問(wèn)題，會(huì)大大降低學(xué)生的自我效能感。解決了容易的問(wèn)題后，學(xué)生自我效能感提高，便有信心解決中等難度的問(wèn)題。當(dāng)中等難度問(wèn)題得到解決后，由于前面不斷的成功建立了穩(wěn)定的自我效能感，即使再碰到難題，也不會(huì)因?yàn)橐粫r(shí)的挫折而降低自我效能感。

為了解決A問(wèn)題，教師先設(shè)計(jì)B問(wèn)題和C問(wèn)題作為鋪墊。三個(gè)問(wèn)題的難度滿足A>B>C。教師先拋出C問(wèn)題，當(dāng)學(xué)生通過(guò)思考解決了C問(wèn)題之后，教師再拋出難度稍大的B問(wèn)題。等學(xué)生在教師啟發(fā)下努力地解決了B問(wèn)題之后，教師最后拋出A問(wèn)題。問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的實(shí)質(zhì)在于，通過(guò)不斷地拋出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生逐步加深思考，最終達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。例如，在學(xué)習(xí)圖的遍歷之前，先提出“一對(duì)一關(guān)系的線性表如何進(jìn)行遍歷？”這樣較簡(jiǎn)單的問(wèn)題，再提出“一對(duì)二關(guān)系的二叉樹(shù)如何進(jìn)行遍歷”，引導(dǎo)學(xué)生回顧二叉樹(shù)三種遍歷方法的學(xué)習(xí)歷程，重溫克服困難掌握二叉樹(shù)遍歷知識(shí)點(diǎn)的成功體驗(yàn)。最后提出“如何進(jìn)行圖的遍歷？”

2.5 運(yùn)用歸因理論引導(dǎo)學(xué)生正確歸因

歸因是人們對(duì)自己或他人的行為進(jìn)行分析，推論出這些行為的原因的過(guò)程。歸因方式會(huì)影響以后的行為方式和動(dòng)機(jī)的強(qiáng)弱。韋納認(rèn)為一個(gè)人在分析其成功或失敗的根由時(shí)，主要有六個(gè)因素三個(gè)維度[6]，如表1所示。

在問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)中，學(xué)生對(duì)問(wèn)題的回答無(wú)論正確與否，結(jié)果出來(lái)之后必然存在一個(gè)或深或淺分析自己答案對(duì)錯(cuò)的原因的過(guò)程，這時(shí)引導(dǎo)學(xué)生正確歸因是非常必要的。根據(jù)韋納的六因素三維度歸因理論，積極引導(dǎo)學(xué)生向穩(wěn)定的、內(nèi)在的和可控的因素歸因，這樣才有利于下一步的學(xué)習(xí)。

當(dāng)學(xué)生成功的回答了問(wèn)題，我們引導(dǎo)學(xué)生將成功歸因于“我很聰明”、“我下了功夫”等內(nèi)部因素。這樣會(huì)提高學(xué)生的自豪感，學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)會(huì)大大提升。當(dāng)學(xué)生回答問(wèn)題失敗時(shí)，我們引導(dǎo)學(xué)生歸因于“我實(shí)際上沒(méi)下夠功夫”等可控因素，這樣學(xué)生會(huì)繼續(xù)努力。形成良好的歸因模式是激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要因素。

3 教學(xué)實(shí)踐效果評(píng)估

選取計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)118名同學(xué)作為調(diào)查匿名問(wèn)卷調(diào)查對(duì)象，61.86%的同學(xué)對(duì)本課程教學(xué)非常滿意，31.36%的同學(xué)比較滿意。94.06%的同學(xué)認(rèn)為問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)提高了其學(xué)習(xí)的積極性。如圖2，93.22%的同學(xué)認(rèn)為通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)增加了其自我效能感。72.03%的同學(xué)會(huì)將求解問(wèn)題的成功或失敗歸因于能力高低，79.66%的同學(xué)會(huì)歸因于努力程度，只有12.71%歸因于運(yùn)氣好壞。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容繁多、理論抽象導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性下降的問(wèn)題，提出提升學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的五項(xiàng)措施，包括通過(guò)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)部動(dòng)機(jī)、問(wèn)題遴選兼顧力求成功者與避免失敗者、根據(jù)任務(wù)難易合理激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、由易到難增加自我效能感和運(yùn)用歸因理論引導(dǎo)學(xué)生正確歸因。實(shí)踐證明，開(kāi)展問(wèn)題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)后，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性明顯提高。今后將開(kāi)展學(xué)生行為的數(shù)據(jù)分析，并且在精準(zhǔn)教學(xué)這方面繼續(xù)深化現(xiàn)有的研究。

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收稿日期：2021-03-10

基金項(xiàng)目：山東省高等教育本科教改項(xiàng)目“基于問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法系列課程教學(xué)改革與實(shí)踐”（M2018X245）; 山東青年政治學(xué)院教學(xué)改革項(xiàng)目“基于OBE的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)核心課程教學(xué)改革與實(shí)踐——以《算法導(dǎo)論》課程為例”（JG201905）

作者簡(jiǎn)介：李偉偉（1981-），女，山東泰安人，碩士研究生，副教授，主要研究方向：計(jì)算機(jī)圖形圖像，計(jì)算機(jī)教育。