PBL在獨立學院《數據結構》課程中的應用研究

王 楠， 董守偉， 趙 娟

（1.西安工業大學 北方信息工程學院，陜西 西安 710025；2.西安石油大學 陜西 西安 710065）

《數據結構》課程是計算機科學與技術及相關專業的核心基礎課程，它涉及數據在計算機中的表示、組織與處理，以及相應的算法設計和初步的算法分析技術。本課程的教學不僅注重學生對理論的理解，鍛煉學生抽象思維和創造能力，更注重培養學生的實際動手能力，使學生學會用計算機解決實際問題時，以一種創新的理念去有效地組織、存儲和處理數據的方法，并設計出結構清晰、正確易讀、質量高、編程風格好的高效率算法，從而為后續課程學習和計算機軟件的實際開發打下堅實的理論基礎和實踐基礎。在獨立學院院校，數據結構課程都是采用傳統的“灌輸式”教學模式，學生在課堂上基本處于被動狀態，無法培養學生的解決問題的能力和實際動手能力，存在難以將理論知識應用到實際的困境[1]。

以問題為導向的教學方法（Problem-Based Learning，PBL），是基于現實世界的以學生為中心的教育方式，與傳統的以學科為基礎的教學法有很大不同，PBL強調一個以學生為中心，利用知識和技能解決實際問題，從而達到建構經驗的學習過程。PBL將學習與更大的任務或問題掛鉤，使學習者投入于問題中；它設計真實性任務，它強調把學習設置到復雜的、有意義的問題情景中，通過學習者的自主探究和合作來解決問題，從而學習隱含在問題背后的科學知識，形成解決問題的技能和自主學習的能力。 數據結構這門課的特點是實踐性強，要求學生具有動手解決實際問題的能力。所以PBL的教學理念同樣適合數據結構的課程教學。根據獨立學院人才培養的要求和學生特點，探索適合學生認知規律的教學模式是我們當前要研究的一個課題[2]。

1 獨立學院中本課程的現狀及存在的問題

目前從筆者的親身教學經歷得出獨立學院 《數據結構》課程存在以下問題[3]：

從學生的特點和培養目標來看，獨立學院屬于新興的教育模式，它的培養目標是著力培養高素質應用型創新人才，但獨立學院學生不同于一本、二本的學生，大多數學生文化基礎比較差，對理論性強和抽象化的知識缺乏興趣，缺乏主動學習的意識，這增加了對數據結構課程學習的難度。

從前導課程的學習方面來看，在開設數據結構課程之前，要求學生熟練掌握一門計算機語言，學生對語言的掌握程度直接關系到《數據結構》課程的教學效果。本校開設了《C語言程序設計》，但其中函數、指針和結構體等知識點是教學難點，由于教學學時限制，往往沒有分配充分的學時，對這些知識點沒有深入、重點講解，使得學生普遍理解不深，不能熟悉掌握這方面的編程技巧，難以在編程中對這些知識點進行靈活應用，但這些知識點卻貫穿整個《數據結構》課程，在實踐過程中頻繁使用。

從教學內容方面看，《數據結構》[4]課程覆蓋的知識點多、概念抽象，這些特點決定了教與學的難度較大，在實際授課時，理論偏多，不利于學生掌握本課程的內容；而實踐課程難度偏大，大部分學生難于完成實踐任務，從而導致教學過程中出現重理論，輕實踐的現象。但其教學水平和效果又將直接影響后續課程的學習以及學生算法設計實踐能力的提高。

從教學方法來看，傳統的教學以“教”為主，教師占用了大量的課堂時間把每個知識點傳授給學生，這種“注入式”、“填鴨式”教學模式忽視了學生的主觀能動性的發揮，導致不能培養學生獨立解決實際問題能力，使理論與實踐脫節。學習了概念和算法，但卻不知道這些知識有什么用，怎么用。由于不了解這些知識的關聯性，也無法與實際應用聯系起來，嚴重地影響了學生的學習積極性。

2 PBL教學模式概述

2.1 PBL的概念與特點

PBL即project-based learning，基于問題或項目的學習。PBL教學是指將復雜學習置于可操作問題或項目中，讓學生通過小組討論的合作模式共同的來解決問題，并通過問題的解決來學習問題背后隱身的知識來促進其自主學習的能力。

2.2 PBL的教學設計及流程

在PBL教學模式中，中心思想就是以學生為主體，以問題為基礎，以教師為引導，圍繞實踐問題編制課程。創設情境、構建問題、學生、教師是PBL模式的基本要素。問題與情境是課程組織及教學目標實現的核心，學生是致力于解決問題主體及直接參與人，教師是學生解決問題的設計者、指導者。PBL教學目標可以通過以下幾個步驟實現：創設情境、構建問題、分析問題、知識獲取、解決問題、成果展示及評價反饋[5]，如圖 1所示。

圖1 PBL教學模式的設計及流程Fig.1 PBL teaching mode of design and process

3 PBL在獨立學院本課程中的應用與實踐

獨立學院的培養目標定位要與研究型和教學研究型大學人才培養目標不同，著力培養高素質應用型創新人才。在其人才培養模式上，獨立學院要要人才市場為導向，堅持面向社會，服務于社會，培養具有創新精神和實踐能力、能夠適應市場競爭的本科應用型人才[6]。其教學理念也有其更新，教學過程是師生交往、共同發展的互動過程，教師是學生學習的協作者、引導者和參與者，學生是學習的主體，這與PBL教學法的基本要素吻合，因此針對當前獨立學院中《數據結構》課程教學存在的問題，我們在數據結構課程中融入PBL教學法，將理論知識講解和PBL教學模式相結合，提出基于PBL教學法的改革措施。

3.1 加強前導課程的學習

在《C程序設計》中指針和結構體是重點也是難點，而在《數據結構》課程中的廣泛使用這些知識解決問題，因此應在《C程序設計》課程中，增加對這部分知識的重視程度，分配更多的理論和實際課時，讓學生熟練掌握指針和結構體基礎知識，并熟練運用它們進行編程。

3.2 在數據結構課程教學中融入PBL教學法

1）創設情境，提出探究問題

教師備課中，首先要根據授課的基本知識點，設計一個或幾個與知識點密切聯系并能覆蓋絕大多數知識點，并將這些知識點融合成一個整體的實際問題。創設問題的情境，其目的在于自然真實的引出問題，激發學生的學習興趣和學習動機，加深對問題的理解，明確該問題所包含的學習目標，使學生能通過解決這個實際問題來獲得系統的知識和技能。

2）創設學習小組，鼓勵協作解決問題

根據問題情景，由學生自由組合分組，小組的人數教師根據學習任務的復雜程度及學生的個性特點、學習能力進行設置，教師在整個過程中始終起的是引導作用，引導學生解決問題。在設計學習活動的時候，應注意學習活動目標的完成要依賴于學習小組通過交流與協作平臺進行協同合作。在創設小組學習時要明確小組的內部分工，并根據問題的難易程度具體細化分工的形式，在分組的過程中教師要一直保持引導與監管的職責，特別是小組在形成關于問題本質的假設及可能的解決方案階段。鼓勵小組成員通過通力協作去識別、發現并解決問題；培養學生分析問題、自主學習、解決問題的能力，是實施PBL教學模式的目的，也是非常關鍵的一個環節。

3）針對問題，遷移教學重點

在針對中心問題的解決過程中，教師要密切關注學生的解決問題的思路是按照教學的任務及目的。如果學生在解決問題中遇到困難，教師要及時發現并進行引導，在學生解決問題實質階段，教師要定時監控，并根據一些關鍵、難點問題進行教學內容的遷移，遷移的形式與手段是實現教學計劃的保證，可以采取示范及具體實例啟發學生的思路、抓住知識的要領、使學生在學習的過程中少走彎路。最終達到教學的計劃和目標。

4）自主探索，意圖呈現，解決問題

通過教師的監控引導，學生通過小組件的協作討論問題的實質以及教學的真實意圖，并通過解決問題的過程中獲得知識與技能，在該階段要求學生記好自學及小組筆記，筆記內容不僅要有自學過程的記錄，還須將小組間協作的感受心得記錄下來。教師在這個過程中，需要鼓勵學生創造性發揮通過合作學習進行討論、交流協作，最終解決問題。

5）展示成果，及時評價與反饋

學生在項目進行中和結束時進行自我評價和小組評價，學生小組將本小組的問題解決收獲及解決途徑進行演示，并選派代表向大家陳述本組遇到的困難。小組之間進行互評，通過互評實現所學知識的再次交流，同學之間取長補短，使自己解決問題的思路更為開闊。教師對每個小組的收獲及成果進行評價，對出現的共性問題及時講解[7]。

3.3 后期總結

古人云：“學起于疑，成于思”，教師要認真分析在教學過程中所遇到的問題，不斷完善自己的教學計劃和教學手段，通過教學技巧的提升從而達到教學質量及任務的實現。特別是要認真地總結在教學過程中學生在小組中所遇到的困難的因素，勇于在大膽實踐的同時及時總結經驗，不斷創新。教師課堂講授注意方式、方法的靈活多樣化，使學生成為課堂的主體，教師從中發揮解惑、引導、深化的作用[7]。

4 結束語

隨著獨立學院教學改革和教學技術發展，基于問題導向型的學習模式逐漸成為教育技術領域研究的重點，結合了情景環境的 PBL教學能更加符合學生的認知規律，更能促進學生的思維發展。

《數據結構》課程是一門實踐性很強的學科，傳統的教學法可能使學生記不住、理不清，出現不會操作、動手能力差等問題。而PBL教學法作為一種新的教學模式，它強調調動學生的主觀能動性，有利于促進學生發現問題、解決問題的能力，并在這一過程中獲得知識，提高實際動手操作的能力。但是我們在實際運用過程中，不能照搬 PBL的設計流程，要根據不同教學對象，不同專業學生，靈活運用，將理論與實踐相結合，將問題與探究相連接，這樣才能使《數據結構》教學實現徹底的改革與發展，因此要不斷加強對PBL教學模式的研究，逐步建立定量和定性相結合的科學教學體系。

[1]楊利英.數據結構課程的教學方法探討[J].電子科技，2011（6）：131-133.

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ZHENG Hong-Zhen，CHU Xi-Hui，ZHANG Wei-Gong.To cultivate students’ innovative ability as the core of the“data structure”Teaching Method Research[J].The Modern Computer，2011（8）：33-37.