淺談建構式教育理論在數據結構教學中的應用(2)

　　2建構式數據結構教學
　　教學理論研究以及教學實踐反饋均表明，學生主動學習的效果遠較被動地接受老師灌輸的效果好的多。因此，為實現上述教學目標，在建構式教育理論的指導下，筆者探索并采用了一系列建構式教學措施，激發學生的主動性和興趣，取得了較好效果。
　　建構主義認為，學習并非學習者對教師所授知識的被動接受，而是學習者以自身已有知識和經驗為基礎的主動建構過程[4]。知識不僅是通過教師傳授而得到，更是學習者在一定的情境中，利用必要的學習資料，通過同化新知識、順化自身知識結構的方式而獲得。建構主義提倡在教師指導下的、以學習者為中心的學習，也就是說，既強調學習者的認知主體作用，又不忽視教師的指導作用，教師是意義建構的幫助者、促進者，而不僅僅是知識的傳授者與灌輸者。學生是信息加工的主體、是意義的主動建構者，而不僅僅是外部刺激的被動接受者和被灌輸的對象。下面從理論教學和實踐教學兩個方面介紹我們采用的一些教學措施。
　　2.1理論教學措施
　　課堂教學是數據結構教學活動的主要部分，充分利用課堂教學時間，激發學生學習數據結構的興趣和信心，幫助學生建立學習數據結構的環節非常重要。我們采用了如下措施：
　　1) 組織小型討論。
　　好的開始是成功的一半，好的課堂教學須在上課之初就抓住學生的注意力，讓學生帶著輕松、愉快的心情聽課。我的做法是在課堂的前5分鐘，提出一個學生感興趣的話題，組織若干個有3～5位同學參與的小型討論。到一個學期結束時，每位同學都有至少一次的發言機會。討論的主題可以靈活設置，如時事、技術、社會熱點等。有時，課堂中間學生比較疲憊、注意力下降的時候，也可以穿插一點討論，改善課堂環境。大多數學生非常喜歡這種討論活動，積極參與其中，成為課堂的一部分，從被動上課轉變為喜歡上課。
　　2) 重建理論知識所針對的問題。
　　國內的經典數據結構教材側重嚴謹的理論，較少討論各種概念、算法出現的背景以及探討的問題是否仍然具有現實價值。而回答這些問題能夠幫助學生重建理論知識所針對的問題原型，重現解決方案的提出、發展乃至最終成熟的整個過程，更有助于培養學生解決實際問題的能力，養成批判性、創新性思考的習慣。眾所周知，關于樹的存儲方法很多，有雙親表示法，孩子表示法和二叉鏈表表示法[5]，其中以樹的二叉鏈表表示法使用最廣，但其他存儲方法也有其適合的應用。例如，在利用樹表示各個集合，求集合中的等價類時，雙親表示法更為合適。每一個集合都用樹的雙親表示法存儲時，并設樹的根結點的值為集合名，集合中的每個成員都對應一個結點，這樣很容易找到一個元素所屬的子集(順著雙親指針找樹的根結點)。
　　3) 組織“我來講”活動。
　　數據結構涉及很多抽象的概念和算法，初學者很難理解。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、展開講解，這就增加了學生的學習難度。教師和學生在教學語言上的鴻溝是影響教學效果的一個重要障礙。教師當然可將抽象的理論概念與生活中更形象的概念進行類比，幫助學生理解，也可以將復雜的算法過程用多媒體動畫模擬出來，直觀地展示給學生，幫助學生掌握。但一方面，根據建構主義理論，教師和學生的知識背景不同，由教師設計概念類比語境和算法模擬動畫實際上仍然是基于教師的知識結構對知識點進行的同化和順化，而不是對學生知識體系的直接建構。另一方面，教師的經驗和智慧有其局限性，未必總能夠找到最適合的類比語境和動畫模擬。為此，筆者采用了充分發揮學生智慧的方法，組織“我來講”活動，要求學生通過設計算法的動畫模擬，創建概念的類比語境等方式進行學習，并隨機選擇學生走上講臺對抽象理論概念和復雜算法進行說明。這樣不但能夠調動學生思考問題，還能幫助那些無法完成自我知識體系建構的同學從學生的視角去理解同一個問題。例如，對于n維數組是元素為n-1維數組構成的線性表這一遞歸的類型定義，可采用符號推理的方式，培養學生的理論素養，而同時可鼓勵學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語境。
　　2.2實踐教學措施
　　數據結構是幫助具有基本編程語言基礎的學生錘煉編程技術的關鍵課程。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劣。若沒有相應的配套實驗指導學生如何將理論應用于實際問題，只是泛泛而談、紙上談兵，學生容易迷失在數據結構的一連串復雜概念和算法之中，而不知道學習數據結構的意義何在。為實現教學目標，筆者鎖定實驗內容設置和實驗考核等兩個關鍵環節，實踐了如下措施，取得了較好效果。
　　2.2.1實驗內容設置
　　實驗內容設置是進行實踐教學的最重要部分。從覆蓋知識點的角度看，實驗內容須面向數據結構教學目標，即實驗內容須能夠鍛煉學生的編程技巧，如算法設計、調試、測試以及調優等能力，還能夠讓學生體會到圍繞復用開展軟件開發的威力以及思路。從覆蓋教育對象的角度來看，實驗內容須面向大多數同學并充分考慮優秀同學，即實驗內容須劃分不同的層次，讓大多數學生能夠很容易入手，并讓有能力、有余力的學生能夠不斷地深入，直至形成綜合型課程設計。
　　基于以上考慮，并借鑒同行經驗，筆者開展三個層次的實驗教學活動，一是要求所有學生都完成的實驗內容，要求學生采用不同的數據結構實現同一個問題并進行對比分析，例如，分別使用靜態數組和動態分配的連續內存區實現順序表，使用整型、字符型數組或者鏈表實現長整數的乘法，使用帶頭結點或不帶頭結點的循環鏈表模擬約瑟夫環等；二是組織程序設計競賽，讓部分學有余力的同學能夠在算法設計、程序實現和調試、優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生解決問題的綜合能力，并通過適當分組，培養學生團隊協作精神和能力，鍛煉學生解決問題的綜合能力的目標，最終達到以點帶面全面提高學生能力的目的。
　　2.2.2實驗考核手段
　　考核手段在教學環節中至關重要。考核手段是學生學習和鍛煉自身能力的風向標。為保證每位同學都能積極完成實驗并有所收獲，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，提交實驗成果，即程序及其運行結果；其二，記錄實驗過程、分析實驗結果以及總結實驗得失的實驗報告，對實驗報告進行選優講評，培養學生撰寫科學實驗報告的能力；其三，每位同學必須面向教師講解自己編寫的程序，包括主要思路和細節性語法，優秀的同學可走上講臺宣講自己的實驗方案和程序設計技巧。這就基本杜絕了學生相互之間抄襲程序和實驗報告的現象，使得學生真正能夠思考問題，并盡力動手完成實驗。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完成實驗、鍛煉動手能力目的，又能夠達到培養優秀同學的目的。特別地，優秀同學宣講活動能夠使學生觀摩到如何從學生的視角從無到有的解決問題的過程，這能夠培養學生解決實際問題的信心并激發其學習積極性。
　　3應用中遇到的問題
　　建構式教學模式在應用和推廣過程中遇到的主要問題來自三個方面。其一，目前學生的課業負擔較重，習慣于被動“填鴨”而不習慣于主動“求索”，這是推動和開展建構式教學模式的主要障礙。其二，建構式教學活動，需要師生的密切交流，但現有師資不足難以滿足實際需求。一個可能的解決方法是綜合多門課程和多個老師，建構整體的知識框架和學習體系，避免課程教學中的重復勞動，提高師資的利用率。另一個可能的解決方法是利用互聯網技術，建立在線教學園地。其三，建構式教學模式仍然處于探索階段，各學科缺乏建構式教學素材。從筆者在實踐教學的體驗來看，應盡量從學生的學習背景和能力成長規律出發而不僅僅是從學科背景出發，為學生建構知識體系設計更平滑的路線。
　　4結語
　　筆者提出將“培養超越具體程序設計語言技巧的編程技術”和“培養圍繞復用的軟件開發方式”作為普通本科院校的數據結構教學目標，在建構式教育理論的指導下，設計并實踐了一系列建構式教學措施，分析了應用建構式教學模式所遇到的一些問題。
　　未來將開展兩個方面的工作。一是通過問卷調查、統計分析等手段定量地分析建構式教學方法的實際效果；二是創造和積累建構式教學素材，如研究數據結構課程設計過程中不同類型學生的知識建構路線，挖掘并推廣其中優秀的知識建構方法。
　　
　　參考文獻：
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　　[3] 揭安全,李云清,楊慶紅,等. 項目教學模式指導的“數據結構與算法”教學改革[J]. 計算機教育,2008(22):21-23.
　　[4] 郝長勝,賈茹. 運用建構主義理論構建程序設計基礎的新型教學結構[J]. 計算機教育,2007(1):24-25.
　　[5] 嚴蔚敏,吳偉民. 數據結構(C語言版)[M]. 北京:清華大學出版社,2008:135-136.