淺談建構式教育理論在數據結構教學(xué)中的應用
論文關(guān)鍵詞：數據結構 建構式教育理論 理論教學(xué) 實(shí)踐教學(xué)
論文摘要：在建構式教育理論的指導下，以就業(yè)需求為目標，針對數據結構教學(xué)中教與學(xué)目標不明、學(xué)習信心和動(dòng)力不足、編程基礎薄弱等問(wèn)題，提出建構式的數據結構教學(xué)方法，在實(shí)際教學(xué)中取得較好的教學(xué)效果，這些措施也可作為其他計算機專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)的參考。
近年來(lái)，在產(chǎn)業(yè)界急需大量軟件開(kāi)發(fā)人員的情況下，普通本科院校計算機專(zhuān)業(yè)學(xué)生的就業(yè)率持續走低。網(wǎng)絡(luò )、報紙等媒體對計算機本科教育現狀多有批評，甚至出現了大學(xué)不如培訓公司的極端觀(guān)點(diǎn)，嚴重影響了學(xué)生對專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習興趣、動(dòng)力和信心。數據結構是計算機專(zhuān)業(yè)的核心基礎課程，上承程序設計語(yǔ)言、離散數學(xué)，下啟操作系統、編譯原理等課程，其重要性不言而喻。一方面，數據結構學(xué)科具有難度大、抽象層次高、概念繁雜等特點(diǎn)，學(xué)生很難掌握，更不要說(shuō)將抽象理論與就業(yè)實(shí)踐需求相結合。另一方面，國內主流數據結構教材和相應的傳統教學(xué)模式側重于培養學(xué)生的計算機學(xué)科基礎理論素養，而將如何通過(guò)組織數據結構教學(xué)活動(dòng)積極推動(dòng)就業(yè)的問(wèn)題留給了任課教師
3) 組織“我來(lái)講”活動(dòng)。
數據結構涉及很多抽象的概念和算法，初學(xué)者很難理解。而教師則對理論內容比較精熟，常常傾向于從理論的角度逐步遞進(jìn)、展開(kāi)講解，這就增加了學(xué)生的學(xué)習難度。教師和學(xué)生在教學(xué)語(yǔ)言上的鴻溝是影響教學(xué)效果的一個(gè)重要障礙。教師當然可將抽象的理論概念與生活中更形象的概念進(jìn)行類(lèi)比，幫助學(xué)生理解，也可以將復雜的算法過(guò)程用多媒體動(dòng)畫(huà)模擬出來(lái)，直觀(guān)地展示給學(xué)生，幫助學(xué)生掌握。但一方面，根據建構主義理論，教師和學(xué)生的知識背景不同，由教師設計概念類(lèi)比語(yǔ)境和算法模擬動(dòng)畫(huà)實(shí)際上仍然是基于教師的知識結構對知識點(diǎn)進(jìn)行的同化和順化，而不是對學(xué)生知識體系的直接建構。另一方面，教師的經(jīng)驗和智慧有其局限性，未必總能夠找到最適合的類(lèi)比語(yǔ)境和動(dòng)畫(huà)模擬。為此，筆者采用了充分發(fā)揮學(xué)生智慧的方法，組織“我來(lái)講”活動(dòng)，要求學(xué)生通過(guò)設計算法的動(dòng)畫(huà)模擬，創(chuàng )建概念的類(lèi)比語(yǔ)境等方式進(jìn)行學(xué)習，并隨機選擇學(xué)生走上講臺對抽象理論概念和復雜算法進(jìn)行說(shuō)明。這樣不但能夠調動(dòng)學(xué)生思考問(wèn)題，還能幫助那些無(wú)法完成自我知識體系建構的同學(xué)從學(xué)生的視角去理解同一個(gè)問(wèn)題。例如，對于n維數組是元素為n-1維數組構成的線(xiàn)性表這一遞歸的類(lèi)型定義，可采用符號推理的方式，培養學(xué)生的理論素養，而同時(shí)可鼓勵學(xué)生根據自己的理解將抽象理論具體化，建立幫助理解和記憶的現實(shí)語(yǔ)境。
2.2實(shí)踐教學(xué)措施
數據結構是幫助具有基本編程語(yǔ)言基礎的學(xué)生錘煉編程技術(shù)的關(guān)鍵課程。它揭示了程序設計的基本面，即如何處理相互之間存在一種或多種數據關(guān)系的數據元素所構成的集合、如何設計算法并分析算法的優(yōu)劣。若沒(méi)有相應的配套實(shí)驗指導學(xué)生如何將理論應用于實(shí)際問(wèn)題，只是泛泛而談、紙上談兵，學(xué)生容易迷失在數據結構的一連串復雜概念和算法之中，而不知道學(xué)習數據結構的意義何在。為實(shí)現教學(xué)目標，筆者鎖定實(shí)驗內容設置和實(shí)驗考核等兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節，實(shí)踐了如下措施，取得了較好效果。
2.2.1實(shí)驗內容設置
實(shí)驗內容設置是進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的最重要部分。從覆蓋知識點(diǎn)的角度看，實(shí)驗內容須面向數據結構教學(xué)目標，即實(shí)驗內容須能夠鍛煉學(xué)生的編程技巧，如算法設計、調試、測試以及調優(yōu)等能力，還能夠讓學(xué)生體會(huì )到圍繞復用開(kāi)展軟件開(kāi)發(fā)的威力以及思路。從覆蓋教育對象的角度來(lái)看，實(shí)驗內容須面向大多數同學(xué)并充分考慮優(yōu)秀同學(xué)，即實(shí)驗內容須劃分不同的層次，讓大多數學(xué)生能夠很容易入手，并讓有能力、有余力的學(xué)生能夠不斷地深入，直至形成綜合型課程設計。
基于以上考慮，并借鑒同行經(jīng)驗，筆者開(kāi)展三個(gè)層次的實(shí)驗教學(xué)活動(dòng)，一是要求所有學(xué)生都完成的實(shí)驗內容，要求學(xué)生采用不同的數據結構實(shí)現同一個(gè)問(wèn)題并進(jìn)行對比分析，例如，分別使用靜態(tài)數組和動(dòng)態(tài)分配的連續內存區實(shí)現順序表，使用整型、字符型數組或者鏈表實(shí)現長(cháng)整數的乘法，使用帶頭結點(diǎn)或不帶頭結點(diǎn)的循環(huán)鏈表模擬約瑟夫環(huán)等；二是組織程序設計競賽，讓部分學(xué)有余力的同學(xué)能夠在算法設計、程序實(shí)現和調試、優(yōu)化等方面得到鍛煉和提高；三是設計綜合型課程設計鍛煉學(xué)生解決問(wèn)題的綜合能力，并通過(guò)適當分組，培養學(xué)生團隊協(xié)作精神和能力，鍛煉學(xué)生解決問(wèn)題的綜合能力的目標，最終達到以點(diǎn)帶面全面提高學(xué)生能力的目的。
2.2.2實(shí)驗考核手段
考核手段在教學(xué)環(huán)節中至關(guān)重要�？己耸侄问菍W(xué)生學(xué)習和鍛煉自身能力的風(fēng)向標。為保證每位同學(xué)都能積極完成實(shí)驗并有所收獲，避免抄襲和敷衍的現象，筆者采取了綜合型的考核手段。其一，提交實(shí)驗成果，即程序及其運行結果；其二，記錄實(shí)驗過(guò)程、分析實(shí)驗結果以及總結實(shí)驗得失的實(shí)驗報告，對實(shí)驗報告進(jìn)行選優(yōu)講評，培養學(xué)生撰寫(xiě)科學(xué)實(shí)驗報告的能力；其三，每位同學(xué)必須面向教師講解自己編寫(xiě)的程序，包括主要思路和細節性語(yǔ)法，優(yōu)秀的同學(xué)可走上講臺宣講自己的實(shí)驗方案和程序設計技巧。這就基本杜絕了學(xué)生相互之間抄襲程序和實(shí)驗報告的現象，使得學(xué)生真正能夠思考問(wèn)題，并盡力動(dòng)手完成實(shí)驗。綜合上述三種手段的綜合型考核方法既能夠達到督促大部分同學(xué)完成實(shí)驗、鍛煉動(dòng)手能力目的，又能夠達到培養優(yōu)秀同學(xué)的目的。特別地，優(yōu)秀同學(xué)宣講活動(dòng)能夠使學(xué)生觀(guān)摩到如何從學(xué)生的視角從無(wú)到有的解決問(wèn)題的過(guò)程，這能夠培養學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的信心并激發(fā)其學(xué)習積極性。
3應用中遇到的問(wèn)題
建構式教學(xué)模式在應用和推廣過(guò)程中遇到的主要問(wèn)題來(lái)自三個(gè)方面。其一，目前學(xué)生的課業(yè)負擔較重，習慣于被動(dòng)“填鴨”而不習慣于主動(dòng)“求索”，這是推動(dòng)和開(kāi)展建構式教學(xué)模式的主要障礙。其二，建構式教學(xué)活動(dòng)，需要師生的密切交流，但現有師資不足難以滿(mǎn)足實(shí)際需求。一個(gè)可能的解決方法是綜合多門(mén)課程和多個(gè)老師，建構整體的知識框架和學(xué)習體系，避免課程教學(xué)中的重復勞動(dòng)，提高師資的利用率。另一個(gè)可能的解決方法是利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立在線(xiàn)教學(xué)園地。其三，建構式教學(xué)模式仍然處于探索階段，各學(xué)科缺乏建構式教學(xué)素材。從筆者在實(shí)踐教學(xué)的體驗來(lái)看，應盡量從學(xué)生的學(xué)習背景和能力成長(cháng)規律出發(fā)而不僅僅是從學(xué)科背景出發(fā)，為學(xué)生建構知識體系設計更平滑的路線(xiàn)。
4結語(yǔ)
筆者提出將“培養超越具體程序設計語(yǔ)言技巧的編程技術(shù)”和“培養圍繞復用的軟件開(kāi)發(fā)方式”作為普通本科院校的數據結構教學(xué)目標，在建構式教育理論的指導下，設計并實(shí)踐了一系列建構式教學(xué)措施，分析了應用建構式教學(xué)模式所遇到的一些問(wèn)題。
未來(lái)將開(kāi)展兩個(gè)方面的工作。一是通過(guò)問(wèn)卷調查、統計分析等手段定量地分析建構式教學(xué)方法的實(shí)際效果；二是創(chuàng )造和積累建構式教學(xué)素材，如研究數據結構課程設計過(guò)程中不同類(lèi)型學(xué)生的知識建構路線(xiàn)，挖掘并推廣其中優(yōu)秀的知識建構方法。
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