胡志軍
摘要:探索了一種基于計算思維的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》研究性教學(xué)模式。從教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面對該課程進(jìn)行研究性改革創(chuàng)新。實(shí)踐證明,該教學(xué)模式提高了教學(xué)質(zhì)量,培養(yǎng)了學(xué)生的計算思維能力、問題自主解決能力和協(xié)作創(chuàng)新能力。
關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);研究性教學(xué);計算思維;協(xié)同教學(xué)
DOIDOI:10.11907/rjdk.161286
中圖分類號:G434文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號文章編號:16727800(2016)007020002
0引言
為培養(yǎng)國家經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展需要的創(chuàng)新型人才,高校需培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力、問題自主解決能力和創(chuàng)新能力,激發(fā)學(xué)生的主動精神。計算思維能力的培養(yǎng),研究性教學(xué)方法探究,已經(jīng)成為高校教育教學(xué)改革的熱點(diǎn)[1]?!稊?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》作為計算機(jī)課程體系中的核心專業(yè)課程,在其教學(xué)中融入計算思維能力的培養(yǎng)理念,開展研究性教學(xué),可以培養(yǎng)學(xué)生利用計算思維方式去獲取信息、分析問題、自覺推理、解決問題的能力。
1《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》研究性教學(xué)
《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》作為計算機(jī)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課,學(xué)生普遍認(rèn)為其內(nèi)容抽象、算法枯燥乏味,是一門難學(xué)課程,有的學(xué)生甚至學(xué)完后,也不明白數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的作用[2]。分析原因如下:①《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程抽象。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中涉及到的概念、模型及操作算法較為抽象,晦澀難懂;②教學(xué)模式、方法單一。黑板粉筆方式與簡單翻頁的多媒體輔助教學(xué),缺乏直觀效果,不能很好地展示算法的動態(tài)變化過程,學(xué)生無法理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間的邏輯關(guān)系和存儲關(guān)系;③理論與實(shí)踐脫節(jié),實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)不足。目前重理論輕實(shí)踐的教學(xué),只要求掌握幾種基本類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和基本操作,無法關(guān)聯(lián)計算機(jī)技術(shù)的諸多內(nèi)容和發(fā)展方向,在培養(yǎng)學(xué)生程序設(shè)計能力、創(chuàng)新能力上不可避免存在不足。
針對上述問題,如何提高《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的教學(xué)質(zhì)量,如何培養(yǎng)學(xué)生自主解決問題的能力、協(xié)作能力與創(chuàng)新能力,是本課改面臨的重要問題。
1.1研究性教學(xué)改革內(nèi)容
依據(jù)由簡單到復(fù)雜的系統(tǒng)科學(xué)分類原則,將《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》中的內(nèi)容分為一對一的線性結(jié)構(gòu)(線性表、棧、隊(duì)列、串、數(shù)組和廣義表)、一對多的非線性結(jié)構(gòu)(樹、二叉樹、圖)以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用(查找和內(nèi)部排序),然后根據(jù)課程總體教學(xué)目標(biāo)劃分一系列單元子目標(biāo),再根據(jù)子目標(biāo)細(xì)化成具體任務(wù)。比如,線性表這一章中,主要研究順序與鏈?zhǔn)絻煞N存儲結(jié)構(gòu)的運(yùn)算操作,其任務(wù)可設(shè)計為制作通訊錄,準(zhǔn)備選用哪種存儲結(jié)構(gòu),如何基于這種存儲結(jié)構(gòu)進(jìn)行記錄的插入、刪除、查找等運(yùn)算,最后整理成菜單形式,整合通訊錄以上功能。
1.2研究性教學(xué)方法
1.2.1教學(xué)方式
(1)案例教學(xué)。案例教學(xué)可將各章節(jié)內(nèi)容有機(jī)組合,一個案例可貫穿整個教學(xué)實(shí)踐,起到導(dǎo)入作用[3]。案例選擇要貼近學(xué)生日常生活或是學(xué)生感興趣的內(nèi)容。比如:①線性表,用學(xué)生成績管理系統(tǒng)、學(xué)生通訊錄導(dǎo)入;②棧和隊(duì)列,用停車場的停車管理、食堂排隊(duì)打飯導(dǎo)入。在導(dǎo)入案例時,一定要注意充分挖掘案例的趣味性、啟發(fā)性,要恰到好處地從案例過渡到具體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
(2) 問題啟發(fā)。以問題為中心,在案例引入后,首先提出問題。比如,引入學(xué)生成績管理系統(tǒng)案例后,提出問題:如何組織學(xué)生的姓名、學(xué)號、各科成績等數(shù)據(jù),快速實(shí)現(xiàn)查找、插入、刪除等操作;在樓房建設(shè)問題中,如何施工以求工期最短等。
(3)任務(wù)(項(xiàng)目)開發(fā)。任務(wù)驅(qū)動法是一種以解決問題、完成任務(wù)為主的多維互動式教學(xué)理念,特別適合實(shí)踐教學(xué)。它的特點(diǎn)是以任務(wù)為主線,教師為主導(dǎo),學(xué)生為主體,通過設(shè)計任務(wù)、提出任務(wù)、分析任務(wù)、完成任務(wù)、評價任務(wù)等環(huán)節(jié)使學(xué)生成為主體,鍛煉其能力,可極大地調(diào)動學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。
(4)分組研習(xí)。分組研習(xí)是一種以小組為單位進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、討論,協(xié)作解決問題的教學(xué)方法。在最近三屆學(xué)生的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)中,課題組采用分組研習(xí)的教學(xué)方法,取得了較好的教學(xué)效果。學(xué)生分組上臺講解指定內(nèi)容,組長給各組員分工,組員分別完成分析教材算法、準(zhǔn)備PPT、準(zhǔn)備教案、準(zhǔn)備上臺講解、給他組提問題工作,臺前幕后分工明確。學(xué)生在完成各自的任務(wù)中,提高了計算思維能力、自主學(xué)習(xí)能力與解決問題的能力。
以培養(yǎng)計算思維能力為主線的研究性教學(xué)方法如圖1所示。
1.2.2開展協(xié)同教學(xué)
研究性教學(xué)的主要目的是發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性,調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,使學(xué)生成為學(xué)習(xí)主體[4]。在長期的教學(xué)中,師生協(xié)同是最有針對性的教學(xué)方法。協(xié)同教學(xué)是一種新的教學(xué)方式,它不僅指教師之間的協(xié)同,還包括教師與學(xué)生間的協(xié)同,學(xué)科與學(xué)科之間的協(xié)同,學(xué)生與學(xué)生之間的協(xié)同。
(1)建立課程群。將《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》的前修課與后繼課的授課教師均加入到課程組中,比如《高級語言程序設(shè)計》、《離散數(shù)學(xué)》、《算法設(shè)計與分析》、《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理》等相關(guān)課程的老師。這樣可以將計算機(jī)專業(yè)課程體系中的相關(guān)課程之間協(xié)調(diào)更合理,知識點(diǎn)的銜接更暢通,避免了課程之間知識點(diǎn)的重復(fù)講授,體現(xiàn)了教師與教師之間、教師與課程之間的協(xié)同性。
(2)學(xué)生之間的協(xié)同性分別體現(xiàn)在理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)與考核評價體系中。①理論分組研習(xí)。如前所述,同組學(xué)生協(xié)作完成教師分配的講課任務(wù),將教師對全體學(xué)生答疑輔導(dǎo)的現(xiàn)狀改為學(xué)生之間的互助答疑,本組學(xué)生向他組提問答疑,增加了學(xué)生之間的協(xié)作關(guān)系;②實(shí)踐分組協(xié)作,指小組協(xié)作完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。根據(jù)學(xué)生的能力差異,多層次分級設(shè)計實(shí)踐環(huán)節(jié),提高學(xué)生動手能力。如,在學(xué)完線性結(jié)構(gòu)時,讓學(xué)生分三個層次完成通訊錄管理實(shí)驗(yàn)。第一層次:選用鏈表或順序表等一種存儲結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)插入、刪除、查找算法;第二層次:前述基礎(chǔ)上,用菜單形式,實(shí)現(xiàn)頭插法建鏈表、尾插法建鏈表、刪除鏈表中結(jié)點(diǎn)、按值查找、按位序查找、退出等多項(xiàng)運(yùn)算;第三層次,把以上結(jié)構(gòu)體具體到“學(xué)生通訊錄”問題中,仍然用菜單形式,實(shí)現(xiàn)通訊錄的插入、刪除、查找等管理功能。通過對這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的分析、設(shè)計、編程實(shí)現(xiàn),學(xué)生不但體會到了線性表和隊(duì)列這樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如何從現(xiàn)實(shí)問題中抽象出來,解決現(xiàn)實(shí)問題,而且體現(xiàn)了計算思維過程,增強(qiáng)了協(xié)作能力;③考核評價,引入過程性考核指標(biāo),每小組可給他組同學(xué)打分,所有分?jǐn)?shù)加權(quán)處理后形成學(xué)生評價分。引入?yún)f(xié)同教學(xué),不僅在教學(xué)上發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性和合作奉獻(xiàn)精神,而且在課程考核方面,突破了傳統(tǒng)的教師給學(xué)生打分的評價體系桎梏,學(xué)生之間互評,使考核體現(xiàn)了公平與量化,增加了學(xué)生之間的互動協(xié)作,提高了實(shí)踐能力和協(xié)作能力。
2計算思維理念培養(yǎng)
2006 年 3 月,周以真在 Communications of the ACM 上首次提出,計算思維可分解為:遞歸抽象和分解、保護(hù)、冗余、容錯、糾錯和恢復(fù)、推理、規(guī)劃、學(xué)習(xí)和調(diào)度等。計算思維與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)本身有相似之處,計算思維可概括為“模型+算法”,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可概括為“(邏輯|存儲)結(jié)構(gòu)+算法”,它們都是靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動態(tài)操作的結(jié)合,都可理解成是一個抽象建模的過程,只不過計算思維的概念更寬泛,它還要考慮問題的可計算性。利用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的插入、選擇、冒泡排序等排序算法,滲透講解計算思維思想,層層抽象和分解,把排序問題轉(zhuǎn)換為簡單的小問題。利用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的二叉樹遍歷問題,滲透講解計算思維中的“遞歸”思想,比如,中序遍歷“左根右”,對左或右子樹繼續(xù)利用“左根右”思想遍歷,體現(xiàn)遞歸思想。在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》中培養(yǎng)計算思維能力,可加強(qiáng)學(xué)生自學(xué)能力、質(zhì)疑能力、問題解決能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
3結(jié)語
本文以計算思維為主線,采用“案例導(dǎo)入,問題啟發(fā),任務(wù)驅(qū)動,分組研習(xí)”的研究性教學(xué)方法對《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程進(jìn)行教學(xué)改革。開展協(xié)同教學(xué),多方位、多角度對該課程進(jìn)行深層次的教學(xué)改革創(chuàng)新,培養(yǎng)了學(xué)生的計算思維能力、自主解決問題能力和協(xié)作創(chuàng)新能力。
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