案例導學教學模式在數據結構課程中的運用

王賀 張秀梅

摘? 要：緊緊圍繞國家關于實施創新驅動發展的重大戰略部署，為了有效地促進學校的創新創業訓練計劃，針對數據結構課程原有教學模式存在的不足，對授課內容和方式進行改革，采用案例導學的討論模式進行教學。案例在精而不在多，適當的案例不僅可以強化學生對基礎理論知識的掌握，而且能幫助學生更好地理解相關知識，并使他們積極思考。通過案例的學習提高學生分析問題、解決問題的能力，提高自主學習的能力，增強學習的自信心。有趣案例導學的方式也調動了學生的創新思維能力，對提高教學質量有一定的促進作用。

關鍵詞：數據結構? 案例導學? 教學模式? 案例設計

中圖分類號：G434? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）04（a）-0104-03

教學是由教與學兩方面構成，高效的教學需要師生雙方的互動，導學既有教師的指導也有學生的自學，其實現了學生為主體，教師為主導的課堂。張楚庭先生曾談到：“教學，從根本上說，是思考著的教學引導著學生思考，又讓思考著的學生促動教師思考。”而案例導學可以使枯燥乏味的課堂教學變成生動活潑、氣氛融洽的課堂。“案例導學”是以學生認知發展的基本規律為依據的教學策略——知識建構的過程實質是問題解決的認知過程，學生在學習中做出正確的問題導向，形成問題意識，并養成自主思考和分析問題、解決問題、發現問題的能力，如此的建構才是有意義的知識建構過程，這樣的教學才是有助學生發展的高效教學[1-4]。同時，“案例導學”能較好地激發出學生的學習興趣，降低學習難度。

1? 數據結構教學現狀與分析

目前，大多數學生剛從繁重的高中課業中解脫出來，進入到相對輕松的大學來學習，有的學生認為自己應該放松一下，有的學生學習態度、學習方法和學習能力都存在很大問題，針對多信息的課堂教學內容很難掌控，對于抽象性強的數據結構這門課的學習更是有一定難度。對于簡單的問題可以寫寫代碼應付過去，可是對于稍復雜一些的問題經常無從下手，沒有任何思路。課堂教學中主要問題表現在以下幾方面。

（1）課堂缺乏活力：部分學生上課缺少主動性，教師作為主角，一直在不停地講授內容，沒有學生的積極參與，致使教師缺乏課堂教學激情，課堂教學過程中氣氛沉悶，師生之間沒有互動的交流。

（2）教學目標不明確：課堂教學一般沒有目標，授課內容面面俱到，缺少一定的層次，沒有根據學生的實際情況有側重地去講解。

（3）缺乏真正的教學反饋環節：學生的學習只為了通過考試，學習興趣不高，主動學習數據結構的同學非常少，數據結構算法設計的教學意義沒有體現出來，學生創新能力的培養更無從談起。

2? 案例導學教學模式的實踐

為了適應學校對軟件工程專業“卓越工程師的培養方案”，努力為提高學生的創新創業思維的培養提供一定的平臺，在數據結構的課堂教學中以具體的案例分析作為線索，引導學生主動去探索，循序漸進地培養學生的學習興趣，提高對數據結構學習的認知。

2.1 選擇案例的原則

案例是課堂導學的核心，選定合適的案例是一項重要的工作，而案例的選編是一項重要的工作，案例的選編遵循如下原則。

（1）案例要結合實際的教學內容，是對授課內容的拓展和延伸。（2）案例要考慮學生的個體差異，學生可以逐步深入進行研究和實現。（3）案例要難易適當、簡繁相宜，做到將先驗知識和新知識的融合。

2.2 案例導學的實施

實際教學中將案例設計為3種：

第一種：課堂引用案例設計，以教師講授為主，重在知識聯系、分析過程及分析結論的講解，提高學生的理解能力。

第二種：課堂討論案例設計，以學生討論為主，教師引導為輔，重在應用，提高學生的應用分析能力。

第三種：課外實踐案例設計，以學生自我研究為主，重在應用，提高綜合能力。

下面給出基于上述案例導學的具體實施過程。

2.2.1 課堂引導案例

線性表是最基本的數據結構，課后的習題主要是在自身類的基礎上加上若干成員函數，大家比較熟悉的有：表的連接，表中元素的逆置，表中元素的劃分，或者用來存儲學生的基本信息，另外還有實現一元多項式的加法操作，通過從第一項的指數比較，如果相等則系數相加，指數不變，如果第一個多項式的第一項的指數小于第二個多項式的第一項，則讓第一個多項式向后移動，并進行存放，同理對其他項進行相同的操作。

鑒于此，提出如下問題。

假設現有砝碼3枚，質量分別為1g、2g和3g，問只用這些砝碼最多各一次你能稱出哪幾種質量的物體？而對各種質量確定的物體又有多少種不同的稱量方案？（一個熟悉的數學問題，提高學生的注意力）

首先，分析可能得到的稱重情況如表1所示。

其次，引導學生進一步分析如下。

（1）如果有1枚質量為K1的砝碼，稱量的實際質量可以為m={m1=0或m2=K1}，每種質量的稱重方案數分別為P={P1=1，P2=1}，觀察m和P之間的關系？

（2）如有兩枚質量分別為K1和K2的砝碼，并且K1≠K2，參照（1）可以稱重的質量4種：

①0+0=0

②K1+0=K1

③0+K2=K2

④K1+K2

（3）歸納總結。

對于（1）分析可表示為：1+xK1

對于（2）分析可表示為：（1+xK1）（1+xK2）= 1+xK1+xK2+xK1+K2

假設是n個這樣的砝碼可表示為：（1+xK1）（1+xK2）…（1+xKn）

最后，如何將現實討論的問題用計算機實現，利用目前的線性結構中單鏈表來存儲一元多項式的表示形式f（x）=a0+a1x+a2x2+…anxn。

2.2.2 課堂討論案例

課堂討論案例主要體現前后知識點的融合和貫通，一般是多個案例。

首先，介紹棧的相關操作時，給出案例“把十進制數轉換成二進制”，如何來進行轉換（口訣“除基取余倒排”），教師提出問題學生思考，注重解決問題的方法的指導，并鼓勵學生積極討論，發表不同的看法，發揮學生的主體作用。

其次，介紹隊列的相關操作時，給出案例“排序問題”，給定若干兩位的整形數據存儲在一維數組中，利用隊列來實現數據的排序。提示：（1）創建一個隊列數組，按照數據的個位數字放在相應的隊列中;（2）利用隊列的特性，將隊列中的數據出隊列重新放回一維數組中;（3）按照數據的十位數字存放在相應的隊列中;（4）將隊列中的元素出隊列得到有序序列。

最后，考慮棧、隊列結構與前面學過的線性表的區別，如何實現棧、隊列的存儲？繼而引出停車場管理的實際案例。有一個停放n輛車的狹長通道，并有一個大門可供進出。在停車場內，汽車按到達的先后次序，由內向外依次排列。若車場停滿n輛車，后來的在門道上停放，當有車開走，車場內該車輛后面的車先退出，然后再依次返回車場，便道上的車可以進入。讓學生編程模擬上述管理過程。

2.2.3 課外實踐案例

課外實踐案例設計應該注重綜合知識的運用。

數據結構課程中的線性結構、樹形結構、圖形結構了解之后，給出案例“教學計劃的安排問題”，某大一學生有8門學位課的學習，如圖1所示。

（1）可以得到一個有效拓撲序列為：

（2）解決方案提示：①在有向圖中以“入度為零”作為“沒有前驅”的量度;②算法中附設了“棧”，用于保存當前出現的入度為零的頂點;③“刪除頂點及以它為尾的弧”的這類操作可用“弧頭頂點的入度減1”的辦法來替代。

（3）更進一步地思考問題。

①如何得到全部可能的拓撲序列？（研究有向圖的鄰接表）

②能否進行學期的安排？（查閱相關文獻或書籍）

3? 結語

案例導學將抽象的理論知識與生活實踐相結合，學生主動學習與教師引導講解相結合，這不僅促動教師的專業研究，改變原有的教學方式，而且有效地監測到學生的自學過程，對學習方法也有一定的指導意義。這就好比實現了飛輪效應，為了靜止的飛輪轉動起來，一開始你必須使很大力，但一旦轉動起來，后續只要施加很小的力，它就會飛速地轉動。通過案例導學的教學實踐，大大提升了學生的學習興趣和創新能力。

參考文獻

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