同伴教學法在數據結構教學中的應用研究

閆秋玲

摘 要：數據結構課程在理論方面包含很多概念，且有些概念抽象難懂，同時在算法學習和實踐方面也具有一定的挑戰性。本研究初步探索了同伴教學法在數據結構中的應用，發現其能夠有效幫助學生理解概念，深入學習算法思想，提高實踐能力。

關鍵詞：數據結構；同伴教學法；研究

作為計算機類專業的核心課程，數據結構旨在讓學生掌握數據結構和算法的基本概念和技術，從而能夠針對給定的問題，選擇合適的數據結構并設計相應的算法操作；掌握數組、線性表、棧和隊列、串、廣義表、樹和二叉樹、圖等典型數據結構及相關算法，以及內排序、查找等重要技術；培養學生良好的程序設計技能，為后續專業課程的學習打下堅實的基礎。但在教學過程中，筆者發現數據結構教學存在不少問題，亟待改進。

一、數據結構教學面臨的問題

大班教學下學生學習能力參差不齊。在筆者教學經歷中，數據結構的課堂教學，學生人數一般不少于90人。在這種大班教學情況下，教師很難了解每一個學生的學習狀況，也很難因人而異地實施教學。學生學習能力和水平參差不齊，若僅考慮多數學生的接受程度，那么就可能無法照顧學習優秀和學習較差的學生。

重理論，輕實踐。數據結構課程中的知識點比較多，教師在教學過程中不可避免地會進行知識點的講授，在培養學生實踐能力方面，投入的時間相對不足。這與以能力為導向的教學目標是不太相符的。

教師缺少對學生學習認知特點的了解。學生的學習水平不僅與智力因素相關，還與非智力因素相關，如自身對學習方法、學習態度、學習策略的把握和適時調整的能力，即元認知能力。大學生以自我提升內驅力為主的外部動機對元認知的影響占主要地位，而以認知內驅力為代表的內部動機卻處于次要地位。這表明大學生學習動機的功利性突出。目前，一部分學生的學習動機是為了通過考試順利畢業，由于缺乏較強的內部動機，在學習中遇到困難時，他們便會退縮，而不去尋求解決辦法。有的學生雖然有很強的學習動機，但在學習過程中害怕失敗，只敢解決有把握的問題，對沒把握的問題不去深究，缺少解決問題的耐心和勇氣。在教學過程中，教師如果對學生的學習認知特點不夠全面了解，就不容易抓住學生的學習興趣，教學策略無法做出相應調整，使得學生的學習效果大打折扣。

針對以上問題，需要依據教育學、心理學的理論知識，選擇合適的教學方法，突出學生主體地位，提高學生的元認知能力，激發其在學習方面的主人翁意識。

二、同伴教學法模式分析

為了解決數據結構教學面臨的問題，在數據結構教學中可以采用同伴教學法。同伴教學法最先由美國哈佛大學物理系教授埃里克·馬祖爾應用于物理教學。同伴教學法的動機是由于“知識詛咒”的原因，教師會錯估學生對知識的理解能力和接受能力，而學生之間的交流則能夠讓他們更快取長補短，加深對知識的理解和掌握。同伴教學法的過程如下：課前，教師先布置學習任務并分發學習資料，讓學生自學完成。同時，教師利用測試題對預習效果進行檢驗，以便安排課堂教學內容。課中，教師將本節課內容分為幾個小單元，針對每一單元，教師先結合預習測驗結果進行精講，然后再進行測試，了解學生對知識的掌握情況。如果測試正確率小于30%，說明大多數學生沒有理解相關知識，需要重新講授。如果測試正確率在30%～70%之間，說明部分學生掌握了相關知識，這種情況下讓學生之間進行相互討論，互教互學。如果正確率超過70%，說明大部分學生掌握了相關知識，就可以進行下一知識點的學習。

同伴教學法中學生是學習的主體，學生之間更能抓住彼此的疑惑點，彼此之間能更快地解疑釋惑。同伴教學法不僅有助于提升學生學習效果，而且也符合建構主義理論，有助于提升學生內驅力，從而有效激發學生的學習動機。同時，同伴間的交流也有利于學生審視自身學習思路和方法，從而提升元認知水平。

三、同伴教學法在數據結構教學中的應用

根據嚴蔚敏版數據結構教材，數據結構課程包含如下教學內容。

緒論部分，內容包括基本概念和術語、抽象數據類型的表現與實現、算法和算法分析；線性表部分，內容包括線性表的定義和特點、線性表的類型定義、線性表的順序表示和實現、線性表的鏈式表示和實現、順序表和鏈表的比較、線性表的應用；棧和隊列部分，內容包括棧的表示和操作、棧與遞歸、隊列的表示和操作的實現；串、數組和廣義表部分，內容包括串的定義、串的類型定義、存儲結構及其運算、數組、廣義表；樹與二叉樹部分，內容包括樹、二叉樹的定義、抽象數據類型定義、二叉樹的性質和存儲結構、遍歷二叉樹和線索二叉樹、樹和森林、哈夫曼樹及其應用；圖部分，內容包括圖的定義、圖的存儲結構、圖的遍歷、圖的應用；查找部分，內容包括查找表的概念、線性表的查找、樹表的查找、散列表的查找；排序部分，內容包括排序基本概念、插入排序、交換排序、選擇排序、歸并排序、基數排序和外部排序。

針對大學生在學習中具有一定的功利心，以自我提升為目標的外驅力高于以認知為目標的內驅力，學習中一遇到困難，容易退縮和回避的學習動機。測試題目需要依據知識點的難易度分層次、由易到難遞進。最初的測試題目難度小一些，讓大多數學生都能夠做出來，以此幫助學生建立一定的信心。進而測試較難的知識點，并根據測試結果采用同伴教學法。

由于數據結構這門課程理論和實踐并重，測試題目可以由概念測試題擴展到算法。這對測試題的設計提出了更高的要求，既要能保證教師在短時間內得到回答正確率數據，又能契合教學內容。

以線性表這部分內容為例，線性表的定義、抽象數據類型描述、線性表的順序表示和實現、線性表的鏈式表示和實現在難度上是逐漸增加的。針對線性表的定義，測試題目可以設置為單選題：線性表中的元素具備什么特點？選項可設置為：A.都有一個前驅和一個后繼節點。B.屬于同一數據對象。C.所有整數按照次序構成一個線性表。這三個選項把線性表的主要特點都考查了。針對線性表的順序表示和實現，以插入為例，由于重點是算法思路及其編程實現，可以讓學生進行算法填空。插入位置的合法性判斷、存儲空間是否已滿、元素的移動、新元素的插入等都可以作為考查點。針對線性表的鏈式存儲，為了考查學生是否掌握鏈式存儲特點，可以設置如下測試題目：

線性表L在（? ）情況下適用于使用鏈式結構實現。

A.需經常修改L中的結點值

B.需不斷對L進行刪除插入

C.L中含有大量的結點

D.L中結點結構復雜

在考查二叉樹的概念時，可以通過實際例子設置考查題目，如：

由3個結點可以構造出多少種不同的二叉樹？

A.2? ?B.3? ?C.4? ?D.5

而下面這道題目，既考查了二叉樹本身的特點，又考查了對二叉樹進行遍歷的三個基本算法。

對二叉樹的結點從1開始進行連續編號，要求每個結點的編號大于其左右孩子的編號，同一結點的左右孩子中，其左孩子的編號小于右孩子的編號，可采用（? ）遍歷實現編號。

A.先序 B.中序

C.后序 D.從根開始按層次遍歷

在考查算法時，測試題的形式可以靈活一點，可以是以客觀題形式出現的算法填空題，也可以是對算法思路的考查。如果是對算法思路的考查，需要采用主觀題形式，答題結果需要教師逐一查看。因此，教師需要精心安排測試時間，僅利用課堂時間是不夠的。需要在課前先測試，結合學生學習情況，找出共性問題，以便在課堂上重點講解。講解后在課堂上進行第二次測試，在這一階段，由于時間原因，不能考查主觀題，要將算法思路體現在客觀題上。比如給定一個具體的輸入，讓學生對輸出結果進行選擇。

例如，下面這道填空題考查了哈夫曼樹的構造算法。

應用于通信的電文僅由8個字母組成，字母在電文中出現的頻率分別為7、19、2、6、32、3、21、10，根據這些頻率作為權值構造哈夫曼樹，則這棵哈夫曼樹的高度為（? ）。

要想寫出答案，學生需要真正理解何為哈夫曼樹（概念部分），以及如何構造哈夫曼樹（算法部分）。

在進行具體同伴教學法時，教師需要實時觀察各小組討論情況，適當參與小組討論。針對個別不積極參與討論的學生，需要具體了解學生情況、學習水平、學習能力，有針對性地引導，以充分調動學生的學習主動性。

同伴教學法有助于教師克服“知識詛咒”，體現了以學生為中心的教學思想。筆者在本學期初使用同伴教學法，發現這種方法能夠幫助學生理解數據結構這門課的概念和算法思路，能夠很好地調動學生的學習積極性。與之前相比，學生間的學習互動多了起來，并由課堂延伸到課外。今后，筆者會針對數據結構這門課的特點，繼續思考同伴教學法的組織形式和有效實施辦法，以充分發揮同伴教學法對教學效果的促進作用。

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責編：應 圖