綜合PBL和LBL的混合式數據結構教學

劉端陽 劉志

摘要：根據數據結構課程教學中存在的一些問題，對比分析PBL教學和LBL教學各自的優點和不足，提出綜合PBL和LBL的混合式教學方法，在說明PBL教學流程的基礎上，規劃混合式教學的實施方案并設計出相應的教學實例。

關鍵詞：數據結構教學；混合式；PBL教學；LBL教學

引 言

數據結構課程的教學一般都采用傳統的LBL（lecture-based learning）模式。LBL教學可以比較系統而完整地傳授課程的理論知識，最易被教師所采用，但實際的教學效果卻存在一些問題。對于課程的難點和重點，學生的掌握程度有限，編程能力沒有得到鍛煉，無法將知識應用到實際編程工作中不僅如此，在課內實驗教學中，單向式的LBL教學也不利于培養學生的實踐能力、工程能力和創新能力。

PBL（problem-based learning）教學是以問題為巾心的新教學模式，最早在20世紀由神經病學教授Borrows首先在醫學領域試行…并逐漸發展成為一種成熟的教學方法。近年來，我國理工科高校也開始重視和實踐PBL教學法。PBL教學法是以學生為主角，圍繞課程的情境問題進行自主學習、討論和實踐，從而理解和掌握課程知識，這種教學方法不僅可以加深學生對于課程知識的認識和理解，提高學生的學習能力和實踐技能，還有利于培養學生的工程能力和創新能力，但PBL教學不僅需要較多學時和教學資源，而且對教師的專業能力要求較高，同時課程知識的傳授也不完整，缺少系統性。因此，教師需針對當前數據結構課程教學中存在的問題，綜合LBL和PBL兩種教學模式的特點，在實際教學中采用兩種教學模式相結合的方法，力圖克服數據結構課程教學中的不足，提高學生理解和掌握課程知識的能力，培養學生的工程能力和科學創新能力。

1 當前教學的不足

數據結構課程培養計劃可以參照北京大學張銘團隊的實施方案培養工程型和科學型的人才，也可與國家教育部CCC2006學科規范保持一致。數據結構課程一般采用C++語言描述并采用抽象數據類型的思想，課程包括數據的存儲結構、邏輯結構和相關算法，主要知識點有列表、棧、隊列、模板和標準容器、二叉樹、散列表、樹、圖和有向圖以及遞歸、查找和排序等算法。在實際教學過程中，LBL教學存在的主要問題有如下幾方面。

1.1 編程實踐能力弱，不會獨立編程、調試和測試

傳統LBL教學法在課堂上主要側重于詳細講教材涉及的程序代碼，換句話說，是逐行為學生講解程序的構造、功能和實現。由于程序代碼的復雜性和實際運行的不確定性，這種講解雖然能夠讓學生初步理解相應的知識點，但是對實踐能力的培養起不到應有的作用，特別是講解一些數據結構的重點和難點問題時，學生很難從教師的講授巾充分理解關鍵的程序代碼。在實驗教學方面，LBL式教學也主要是布置和講解相應的實驗任務，要求學生編程實現并提交實驗報告，這種實驗教學的方式忽略了實驗的過程和細節，教學效果并不理想，很多學生只會紙上談兵，而編程實踐能力得不到有效鍛煉和提高，更談不上培養獨立的工程實踐能力。

1.2 重難點問題理解不透徹，不會舉一反三，也不會解決實際問題

數據結構課程覆蓋的知識面廣，知識點多且零散。同時，南于課程的理論性、抽象性和實踐性都比較強，對于一些重點和難點如單向鏈表和遞歸，LBL教學法很難使學生透徹理解，更不用說舉一反三解決實際問題。LBL教學法可以系統講述理論知識，大多數學生可以初步地理解相關概念和過程，但在實際編程時應用能力不足，如果出現非編譯錯誤，很多學生不知如何進行調試和修改。

2 混合式教學的實施

根據LBL和PBL教學法的特點，在實際教學實施時，我們采取混合式教學方法。基本的教學內容仍1日采用傳統的LBL教學法.重點和難點綜合采用LBL和PBL教學法，而隨堂實驗和綜合實驗環節將完全采用PBL教學。這種混合教學方法可以根據知識的難易程度、重要性和實踐性，采用不同的教學模式傳授知識，這樣可以充分發揮兩種教學模式的優勢，提高教學質量。

2.1 PBL教學的流程

PBL教學是根據問題而引發學生的自主學習過程，其主要流程依次為情境問題、團隊組建、技術思路、資料搜集、理論學習、方案實現和考核評價7個階段，具體實施流程如圖1所示

（1）情境問題：情境問題是PBL教學的中心，在很大程度上決定著學習的效果。我們針對具體的重難點問題以及課內實驗和大型實驗，設計難度適宜并且知識面覆蓋較寬且結合實際應用的情境問題。

（2）團隊組建：學習剛隊人員1～3人，允許獨立成團，鼓勵團隊成員強弱搭配.

（3）技術思路：當PBL教學用于重難點問題的學習時，技術思路將主要由指導教師提供，同時采用LBL教學法詳細講解所涉及的理論知識和關鍵技術，并提供相應的資源網址，當PBL教學法用于課內實驗和大型實驗時，技術思路必須由學生構建，教師只提供咨詢和輔導。

（4）資料搜集：學生根據教師的指導，借助網絡、圖書館等平臺，搜集理論學習需要的資料，

（5）理論學習：學生在教師的講解和指導下，對所搜集的資料進行理論學習和討論，完成方案的設計（包括類的設計、算法過程等）并形成相應的技術文檔。

（6）方案實現：學生通過編程、調試和測試，完成方案的實現、問題的解決和文檔的提交紅此過程巾，教師提供文檔模板，指導學生撰寫符合工程規范的技術文檔。

（7）考核評價：教師根據學生的成果進行考核和評價并納入考評成績中，同時匯總學生常見的問題和錯誤，以LBL教學法進行詳細講解和反饋。

2.2 混合式教學實施方案

數據結構課程知識點的難易程度和重要性不同，而且課堂教學與課內實驗以及大型實驗的作用也不同，混合式教學法就是根據教學內容的差異綜合采用PBL和LBL教學法，具體實施方案的要點如下。

（1）基本教學內容。由于學時的限制，數據結構課程的大部分理論知識不太適合也沒有必要采用PBL教學法，傳統的LBL教學法更適合這部分知識的講授，這不僅保證課程知識的完整性和系統性，還節約學時和資源，學生也比較容易接受和理解。

（2）重難點知識。這是數據結構課程中比較關鍵和重要的知識，也是學生難以理解和掌握的，如鏈表、遞歸、AVL平衡樹等，需要綜合采用PBL和LBL教學法。教師可通過設計覆蓋相關知識的情境問題，引導學生進行自主學習并指導和監督整個PBL教學過程。在PBL教學過程中，由于教學內容比較抽象，不容易理解，教師可在技術思路階段采用LBL教學法詳細講解相應的理論知識j這樣，一方面掃除了學生學習和理解的障礙，另一方面可以加深學生對于情境問題的理解和實現，有助于學生充分理解和掌握重點和難點知識。

（3）課內實驗和大型實驗。這是理論學習的必要補充，主要目的是加深學生對理論知識的理解及提高學生的實踐編程能力，培養學生的工程實踐能力和科學創新能力。實踐是學生專業素質的最終體現，因此相對于理論知識的學習，課內實驗和大型實驗更為重要。雖然PBL教學法耗時且需占用大量資源，但是在課內實驗和大型實驗環節，學生可以充分利用課外學習時間彌補課內學時的不足。在實施PBL教學法時，我們結合實際應用環境設計了鍛煉學生技能的情境問題，在整個PBL教學過程中，教師可以為學生提供編程、調試和測試各環節的咨詢和輔導，并監督學生的學習和開發進度，杜絕抄襲行為。

2.3 教學案例

針對PBL教學法中關鍵情境問題，教師團隊根據多年的教學經驗設計了相應的教學實例，具體見表1和表2。

3 結語

混合式教學法起初在少數班級實施，從期末考試和平時實驗考核的結果看，大部分學生加深了對重難點的理解和掌握，編程實踐能力有了較大幅度的提高，可以靈活地解決一些實際問題。大型實驗考核的成績也較好，很多學生都能獨立完成設計、編程、測試和文檔提交，面試回答問題基本正確。由此可見，PBL教學法融人傳統的LBL教學法能有效地提升教學質量，提高學生的綜合素質。

然而，我們在實施的過程中也還存在一些問題。最大的問題是用于PBL的教學時數不足，為了節約課時，PBL教學法只用于少數精選的重點和難點問題。另外，混合式教學法需要教師有較強的綜合素質和課堂控制能力；部分自主學習能力差的學生不容易適應PBL教學法，需要教師詳細指導，這也對教師提出了更高的要求，同時增加了教學工作量。為此，我們將進一步細化混合式教學法的實施方案，實現兩種教學模式的最有效融合并拓展教師隊伍，讓更多的教師和學生參與進來，從中受益。