現代教學模式下數據結構教學的組織與設計

摘要：文中系統地介紹了多種現代化教學模式在教學中的應用，并對數據結構課堂教學的組織與設計、網絡MCAI設計以及實驗教學等方面做了詳細的討論。

關鍵詞：數據結構；MCAI；教學模式；教學方法

中圖分類號：G642 文獻標識碼：B

文章編號：1672-5913(2007)10-0070-03

1引言

“數據結構”是計算機及相關專業中一門重要的專業基礎課程，主要討論抽象數據關系和算法在計算機中的表示及實現。其研究思想和研究方法在計算機科學中許多有深度的研究領域得到廣泛的應用，為學生今后從事理論研究、應用開發、技術管理工作提供了堅實的理論基礎。但該課程具有相當的抽象性和動態性，容易造成教學低效和學時膨脹。如何使學生更好地掌握最常用的數據結構，培養學生解決實際問題的程序設計能力以適應學科迅速發展和知識更新的需要，是學習這門課程的目的和宗旨。

隨著網絡技術的發展與成熟，多媒體教學有著傳統教學手段無法比擬的優勢和特點，它是現代教學改革和未來教學手段發展的方向，利用網絡MCAI（Multimedia Computer Assisted Instruction，多媒體計算機輔助教學）課程教學已成為教學改革的一個重要環節。網絡MCAI不僅具有普通MCAI的特點，如交互性、個別性以及形式和內容多樣化等，還具有一些特有的優越性：操作方便、交互能力強、遠程教學、共享程度高、影響面大、內容更新方便及時等等。目前，很多高等院校都積極采用CAI教學系統和現代化教學手段來輔助教學，但往往不能達到滿意的效果。如何將網絡教學系統與課堂教學結合起來，以便更有效地提高教學效率、減少教學時數、真正實現素質教育，是一個值得探討的問題。

2教學原則

首先必須樹立現代化的教育觀。把“以教師為主體”、“課程為中心”的傳統教育觀轉變為“以學生為主體”、“以學生為中心”的新的教育觀。從“以傳授知識為主”轉變為以培養學生具有獨立獲取知識、發現創新知識的能力為主，把學生創新能力的培養放在重要的地位。利用指導法教學、“啟發”式教學來體現“以教為主導，以學為主體”的教學原則，教師不再是知識的傳遞者，而是學習的組織和引導者。在教學方法和教學體系上采用與傳統教學截然不同的現代教學模式，將多種現代教學模式應用于課堂和網絡教學中。

3現代教學模式

教學模式是教學基礎理論的具體化，也是教學具體經驗的概括化。目前，國內外有影響的現代教學模式主要有：

(1) 掌握學習模式。強調個別化教學，利用及時反饋和強化作為控制教學的有效手段，而編寫得當的習題是獲得反饋的重要途徑。

(2) 發現學習模式。首先提出問題，帶著問題意識觀察具體事實，然后再上升到一般的概念。

(3) 范例教學模式。教師用特例具體直觀地闡明“個體”的具體特征；根據范例“個體”的知識推論特點，分析掌握整個“類別”事物的特征，使對“個體”的認識上升為對“類別”的認識，從而掌握其規律和范疇。

(4) 最優化教學模式。一個好的最優化教學方案的形成的基本過程是：① 分析教學目的與教學任務；② 分析學生學習情況與教師自我分析；③ 學時分析；④ 選擇已知條件下最佳教學任務的綜合性手段與方案；⑤ 對教學質量進行評價。

傳統的教學方法和手段，制約了以上教學模式的推廣應用。CAI，尤其是網絡MCAI系統的建立和以可視化為特征的多媒體技術的應用，有利于綜合這些模式的長處，創建各種現代教學模式。

4教學設計

4.1教學目標分析

根據最優化教學模式，設計一個好的最優化教學方案，首先要對教學對象的情況進行分析，了解學生的基礎知識掌握程度、計算機的使用能力等實際情況，在課堂教學、網絡多媒體輔助教學系統的設計和使用過程中要做到心中有數、有的放矢。否則講課時只是一味灌輸教材內容，不管學生理解和掌握了多少。即使教師講得頭頭是道，網絡多媒體輔助教學系統做得再好，也不會獲得理想的效果。由于“數據結構”所涉及的算法大多采用數組和指針來描述，而后者對學生來說則相對較難，需要對C語言中指針的概念補充講解。在對學生的課堂與網絡教學上應該有所側重；在實驗教學上，必須清楚了解學生的實際情況，根據學生的邏輯推理能力、直觀想象能力和對數據結構的相關基礎知識的實際掌握情況等來組織教學，充分應用掌握學習模式，達到“個別化”教學的目的。

4.2課堂教學方案設計

4.2.1講授內容安排

根據“數據結構”教學大綱及指定教材的要求，對教學內容去粗取精，提煉出該課程、每章、每節的框架體系，從數據結構的邏輯結構、存儲結構和數據的運算三個方面去組織教學內容。要重點突出、簡潔明了，而不求面面俱到。在了解學生實際情況的基礎上進行分析研究，預見學生會對哪些內容感到困惑，在學習中會出現什么問題，這樣才能做到有的放矢。

4.2.2教學策略應用

1) 個別化教學。在課堂講授中教師起到的是提綱攜領、組織和引導的作用。明確每次課的目的、解決什么問題、通過什么途徑達到這個目的。對易懂的內容可以點到為止，重點難點精講細講，細節內容可由教材和配套的多媒體軟件體現。所謂重點是指數據結構中的重要概念、重要算法思想等。對這部分內容，一定要結合多種教學方式和手段去講深講透，引導學生理解概念的含義，掌握算法的實質，并在此基礎上尋找解決問題的方法。所謂難點，是指學生不易理解和容易出錯的地方。在難點確定之后，要分析究竟難在何處。是因為概念抽象不易掌握，還是因為算法思想復雜不易理解，或是容易混淆不易區別？然后研究解決問題的方法。對于抽象的東西應該形象化、直觀化地進行講解，對于復雜的內容應注意其條理性，對于易于混淆的內容宜盡量采用對比法加于區別，做到化難為易。

2) 問題驅動。問題驅動是指學生在教師創設的情境下應用已有知識提出新問題、解決新問題的過程，也是學生高度自主學習的過程。教師在講課時要體現教學思想，引入What+How+Why的教學理念，采用發現學習模式，應用啟發式教學。What是讓學生明確學些什么，拓展學生的知識面。通過經常提出問題，讓學生思考并回答，以跟上教師的思路，活躍課堂氣氛，創造輕松活潑的學習情境，留給學生想象的空間，提高學生的思維能力、自學能力和創新能力。提出的問題要自然、尖銳、具有邏輯性。How就是如何做的意思。對問題的分析要簡明、透徹，防止煩瑣雜亂；解決問題要切實準確；要引導學生積極思考。要做到這一點，必須考慮：講解一個問題時，怎樣引導學生動腦筋，可以先不給出結論，讓學生自己考慮問題。Why是讓學生能夠知道為什么這樣做。注意教給學生提出問題、分析問題和解決問題的方法，最終達到學生自行探究問題的目的。

3) 范例教學。課堂講授應符合學生的認知規律，從感性到理性，從理性到實踐，從直觀到抽象，再從抽象到具體實踐。范例教學在數據結構的算法思想講解中能發揮其無可比擬的優勢，對數據結構中的主要算法和一些抽象的概念，可以盡量先從直觀意義或具體實例解釋著手，讓學生更容易理解。因此在教學過程中宜多畫圖、多舉例、多解釋。這種從特殊到一般，從具體到抽象的方法，適用于數據結構中的很多內容。例如：講解隊列的概念時，可通過日常生活中的購物排隊的過程來反映隊列中插入、刪除的原則，再結合計算機中的操作隊列、打印隊列的應用來說明。對二叉樹的遍歷的算法過程可通過一個特定的二叉樹的例子說明其遍歷思想，再推廣到一般的二叉樹等等。

4.3網絡MCAI方案設計

網絡MCAI是以Web頁形式組織素材，以Web頁開發方法建立課件體系結構。它是綜合利用網頁制作工具、多媒體創作軟件和網絡數據庫技術，把文字、圖形、圖像、聲音、動畫、影像等多種媒體綜合起來，創造生動、活潑、有趣的教學情景，使學生變被動學習為主動學習，創造性地進行學習，以隨機性、靈活性、全方位、立體化的方式把知識形象生動地呈現給學生，知識密度大、表現力強，能很好激發學生的興趣，從而可以提高教學的效率和質量。

4.3.1教學內容的組織

以教學大綱為依據，根據教材，從學生的實際情況出發，以教育學、心理學的有關理論為基礎，結合教師多年教學經驗分析本課程的特性，從數據結構的邏輯結構、存儲結構和數據的運算三個方面去組織線性表、棧、隊列、串、數組、廣義表、樹、圖和文件等常用的數據結構，對教學內容進行精排和優化，運用多種教學藝術展現學習內容以激發學生的學習興趣，幫助學生對學習內容的理解。教師要為學生創造良好的學習條件和環境，激發學生的學習動機，提供合理的學習策略，從而促進學生的自主學習。

習題是獲得反饋的重要途徑，如何選擇深度和廣度適當的練習題和自測題，以便學生及時、有效地調整學習策略，是實現個別化教學的一個重要環節。習題的選擇必須廣度和難度兼顧，要覆蓋所學的內容，對課本上的習題選其精華，盡量選有啟發色彩的習題。對練習中暴露出來的普遍問題，進行網上輔導或進行課堂集中講評，幫助學生澄清模糊和錯誤的認識。

4.3.2教學內容的展現形式

由于數據結構涉及從簡單的線性表到復雜的樹、圖等多種數據結構，具有一定的難度和復雜性，給該課程的學習帶來了許多困難。對算法思想的理解成為這門課程的一個重點，所以如何將抽象的算法執行過程以淺顯易懂的形式展現在學生面前，是決定這門課MCAI輔助教學成敗的一個關鍵。

通常，網絡MCAI主要包括課程內容、算法演示、在線測試、在線討論以及資源中心5部分功能。課程內容提供了包括章節內容、章節習題、補充練習和實驗指導，這是學習的重要內容和課程基礎，用于配合課堂教學，起到相輔相承的作用；算法演示提供了數據結構課程中重要算法的動態交互演示，便于學生對算法的理解和掌握，符合聯想性思維特點，動畫的直觀、生動、形象等特點有助于學生深刻理解相應的算法，利于培養學生的發散性思維和建構性知識結構，激發學生的學習興趣；在線測試提供了試題的在線考試，試題類型包括判斷題、選擇題和問答題，通過學生自由選擇題型和測試內容來自動組卷，完成自我測試。學生在學完相應章節后，可自行選擇測試內容和題型進行在線測試，通過在線閱卷，學生可實時獲得測試成績，查看對錯情況以及正確答案，有利于學生及時糾正錯誤認識，調整學習策略。所以構造合適的試題庫，是教學質量評價的一個重要手段。通過在線討論進行網上答疑、輔導，可以突破時空的限制，實現教師與學生、學生與學生之間交流新的思想和解決學習中遇到的難題。資源中心提供了許多相應參考資料的下載，包括學習素材、歷年考試試題和模擬試題、軟件的下載，以及各種網絡資源。

總之，網絡MCAI可以提供交互式環境供學生學習，并自動根據操作過程進行實時評價，它可實現學生與機器、與學生、與教師之間的多項交流，讓學生通過網絡學習，自己掌握學習進度，提高學習的積極性和主動性，達到提高學生素質的目的。但在使用過程中不能過分強調MCAI的作用，而忽視了教師的講授作用。如果我們的課堂變成純粹的計算機媒體演示室，學生必定是走馬觀花，不知所云。所以必須把網絡MCAI和教師課堂講授有機地結合起來，形成最佳教學任務的綜合性手段與教學方案。

4.4實驗教學設計

4.4.1實驗目的

數據結構是實踐性很強的一門課，培養學生的實踐能力是教學的首要目的。數據結構理論知識的傳授是為應用服務的，因此在授課的同時，如何引導學生利用上機實驗來加強實踐也是教學中的一個重要課題。根據最優化教學模式，首先數據結構實驗教學的目的是：① 緊密配合理論教學，通過實驗幫助和加深對數據的邏輯結構、存儲結構、算法思想和具體實現等各個環節的整體理解；② 通過實驗將各門課程學到的知識融會貫通，思考與發現利用數據結構解決實際應用問題的有效方法，從而使學生分析和解決問題的能力得到鍛煉和提高；③ 通過實驗強化學生“結構一算法一編程”三者密切相關的意識。平時的練習較偏重于如何編寫功能單一的“小”算法，而實驗是軟件設計的綜合訓練，包括問題分析、總體結構設計、用戶界面設計、程序設計的基本技能和技巧，多人合作，以致一整套軟件工作規范的訓練和科學作風的培養。圍繞以上目標，數據結構的實驗教學也應該遵循認知規律，逐步地從無到有，從觀看演示到自己動手編程，從單一算法實現到綜合設計分析，直到具體應用實例研究。

4.4.2實驗選題

依據實驗教學的目的和實驗教學目標，考慮學生的個體差異，將實驗設置成不同的類型：① 必做和選做實驗。這兩類實驗都是結合相關課程的教學需要由授課教師設計的，前者目的在于幫助學生掌握基礎知識和實驗研究方法，后者在于培養和鼓勵學生的學習興趣、擴大知識面以及培養學生的應用能力和創新意識。② 允許學生結合本人的興趣，從實際應用中選擇有具體應用背景的實驗題目，充分發揮學生的主動性。或由教師結合實際給學生布置一些較大的設計課題，使學生分組共同完成。當然，在難易程度方面要求做到量力而行，這樣一方面鍛煉了學生的自己動手能力，也加強了他們的團隊協作精神；另一方面確實能將理論與實踐相結合，從而大大激發了學生的學習熱情，為今后的學習和工作打下良好的基礎。

4.4.3實驗結果提交

實驗開始之前，安排集中上課講解，實驗中安排教師現場輔導，實驗課結束之后組織交流討論。除了安排面對面的答疑以外，可結合網絡在線討論來有效地輔導學生做好實驗。對基本實驗要求學生單獨完成，一些綜合實驗則分組完成。實驗成果可通過服務器提交。

5結束語

網絡MCAI是一種優秀的教學媒體，它對于提高教學質量和教學水平、推動教育改革都具有非常重要的意義。在教學過程中必須把網絡MCAI和教師課堂講授有機地結合起來，運用多種現代教學模式，使教師講授與多媒體教學相輔相成，以最優的組合完成教學任務，讓學生既能學到新的知識又可掌握學習的技能，達到提高學生素質的目的。

參考文獻

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[3] 楊秀金. 數據結構—使用C++語言[M]. 浙江科學技術出版社，2004，(8).

收稿時間：2007-2-15

作者簡介：劉曉利，男，浙江萬里學院計算機與信息學院副教授。

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