基于探究式学习理论的“数据结构”实践教学模式改革

李群（滨州学院信息工程系，山东滨州，256603）

[摘要] “数据结构”是一门理论性与实践性并重的课程，为了更好的发挥实践教学对算法学习的促进作用，在探究式学习理论的基础下，研究并实践了以学生为本，以团队协作为载体，融合任务驱动式、启发式等教学方法的教学模式改革。通过对教学过程的设计，深入实施探究式学习法，让学生学会自主探究问题、思考问题。改善了传统的教学方法，并将评价机制融入探究过程之中，提高了教学质量，更好的培养了学生的自学和创新能力，突出了应用型人才培养的目标。

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关键词] “数据结构”实践教学；探究式学习；应用型才人培养；以学生为本；评价机制；团队协作

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 1674-893X(2014)05?0046?03

[收稿日期] 2014-08-12；[修回日期] 2014-09-27

[基金项目] 滨州学院教学研究项目“以探究式教学为中心的《数据结构》教学模式的研究”（BYJYYB200916）

[作者简介] 李群（1978-），女，山东惠民人，滨州学院信息工程系讲师，主要研究方向：群智能，计算机软件技术教育.

“数据结构”是计算机专业中一门综合性专业基础课程，其具有内容抽象、实践性强的特点，本课程强调理论和实践的结合，侧重对学生动手能力的培养，因此该课程的实践环节有着非常重要的作用。实践教学目标旨在让学生通过对所学算法的实现和应用，加深对算法的理解，进而提高学生设计算法的创造性实践能力，并能够综合运用知识解决实际问题，培养学生的专业素养。

而传统的教学模式多以教师为主，学生参与较少，存在许多弊病。现有的教学形式主要是教师布置任务由学生完成，最后由教师批阅。任务的设置往往由教师指定，题目比较固定，扩展空间较小，学生的学习积极性不足，而且很多学生通过网络等资源去照搬照抄，导致无法得到真实的锻炼。考核方式也不够客观，一般学生提交程序代码，由教师自主批阅，完成成绩评定[1]。对于抄袭问题不易辨认，而且成绩的判定难免带有教师的感情色彩，也难以激发学生的积极性。

为了更好的发挥实践环节的重要作用，为培养应用型人才打下良好基础，笔者在数据结构实践教学中引入了探究式学习方法，体现以学生为本的思想，进行了教学方式和评价机制等多方面改革，完成了相应的教学设计与研究。

一、改革的理论基础及其设计

（一）探究式学习方法及其可行性

探究式学习[2]立足于建构主义理论，是指仿照科学研究的过程来学习知识，从而在掌握知识的同时体验、理解和应用科学研究的方法，加大逻辑思维宽度，提高解决问题能力的一种学习方式。这种学习方式的参与主体是学生，旨在由学生在原有知识基础上自主探索新知识，提出问题，深入思考，进而一步步构建出新知识。探究性学习以学生的主体实践活动为主线展开学习过程，让学生亲自动手动脑实践，获得实践经验，体验科学研究的真实感[3]，因此非常适合于综合性实践性较强的课程。教师在这一学习过程中承担的是指导作用，目的在于有效的创设实施探究的问题情境，引导启发学生进行有方向性针对性地探求知识，并提供相应的经验和帮助。

数据结构这门课程主要研究非数值性问题的求解[4]，涉及大量算法，要求学生能够掌握基本算法并进行合理应用，教学目的是锻炼学生分析问题、设计算法的能力。若在教学中通过教师的引导和启发，培养学生自己探究讨论并发现解决问题，就会很好地培养学生的自学能力、分析能力、实践能力和创新能力。

（二）综合运用多种教学方法和手段

教师在指导学生算法实践训练中，主要运用探究式教学方式，通过设计并提出合理的问题，引领学生走向探究的道路，一步一步启发学生寻求问题的解决。结合实践教学的特点，笔者使用了任务驱动教学模式，将问题以实践任务的方式提供给学生，结合启发式教学方法，注重引导学生进行独立思考，扩展设计思路，从而提高解决问题的能力。所运用的教学模式以发掘学生能力为主，把教师定位在促进引导的功能上，把教学内容与教学目标隐含在任务中[5]。在课程实施中，采用了团队协作模式，帮助学生体验团队开发模式、培养学生与人沟通交流的能力，同时减少无谓的抄袭，培养诚实品质。

基于以上教学模式的特点，传统的考核方式已不足以评价学生整个探究过程，为此对评价机制进行了较大改革。将评价考核融入到探究学习的过程之中，让学生乐于参与其中，并能有更大的收获。经过多次尝试和改革，确定该实践课程的评价包括三部分：团队互评、团队内部评价和教师评价。

（1）团队互评：各团队经过对问题一段时间的学习和研究，互相交流讨论解决问题的观点、探究的过程、个人见解等，重在交流思路和方法。在这一过程中，学生会以类似于串讲的方式进行交流，可以在短时间内学习到大量知识，了解多种观点；并能够引入新的问题，可供继续探究。最终各团队以此为基础相互进行客观公正的评判，给其他团队做出量化的判定并给出建议。

（2）团队内部评价：由各团队内部组织进行，根据分工情况、个人贡献进行考核，有利于发扬学生的个性特点，激发学生的积极性，更加体现出团队协作和公平合理性。

（3）教师评价：针对各团队的任务开展情况和获得的结论，教师需要对各个团队的观点、思路、方法进行评价。着重深入分析和推荐好的探究思路，及时纠正错误的观点，对常见问题予以总结，帮助学生更好的积累知识，为继续探究做好铺垫。

二、改革的实施

为了使数据结构的实践课程教学更具可操作性和人性化，在以探究为主线的前提下，将实施过程构建为以下四个阶段。

第一，创设问题情境，激发学生的认知兴趣。教师在充分了解学生的原有知识基础的前提下，联系新授教学内容，认真研究最近发展区，提出相应的问题，为学生的下一步探究学习做好准备。笔者在教学中，结合了任务驱动的教学方法。比如，在学习线性表时，学生在程序设计中已经简单使用过数组、单链表，但对这两种实现方法的本质特征、适用场合还没有概念，尚未建立起对不同数据结构优劣的评价理念。此时，教师提出了约瑟夫环问题。该问题比较吸引学生的兴趣，在能解决问题的基础上，进而提出能否使用合理的存储结构进行解答，从而引出线性结构的两种存储实现，启发学生去探求新知识。

通过布置任务，教师提出可供学生探究的问题，提供相应的扩展点，并提倡学生独立思考扩展内容，以便激发学生参与的积极性，培养学生创新能力。

第二，组建团队，教师启发学生探索新知识。在本阶段中，学生首先要组建团队，如果人数在3-5人左右，也可以称为研究小组，组内要有明确分工。每组设组长一人，要求有较强的独立思考能力和良好的沟通和组织能力，能够带领小组成员完成有效的探究任务。

在该阶段中，由学生为主体开展对新知识的探究，教师适当进行指导。学生可以通过教师所提供的材料，通过书籍、网络等途径查找资料，提出解决方案。学生会熟悉团队协作工作方式，取长补短。在此期间，教师应注意多启发，而不是讲授。引导学生继续进行探索和创新，鼓励学生做出自己的设计方案。在探究过程中，各小组会定期交流，提出各种问题，讨论并设计解决方案，互相学习。

第三，学生上机编程检验，不断提出问题，深入探究。学生根据设计方案，编写程序检验算法及实现对问题的求解。在此期间，主要锻炼学生的上机调试能力，学生会发现设计方案、算法等多方面的问题。对于出现的问题，教师要提示学生进行分类讨论，哪些是语言问题，哪些是算法问题，哪些是实现问题等，然后启发学生继续开展对问题的探究。比如在约瑟夫环问题的实现中，学生会发现循环链表的使用更优于普通链表，这样就对循环链表的特点和应用有了较好的认识。

第四，学生交流讨论，考核评价及总结。当各个小组的设计实现工作完成后，教师要组织交流讨论和总结环节。

首先，进行组内的总结讨论。以小组为单位，一般由各组长主持，主要梳理对问题的探究过程，总结结论和经验教训。

其次，进行各组间的交流学习，在实践中笔者通过答辩的形式完成这一环节。请各个小组依次答辩，介绍设计思路、方案及实现方法、程序的特色、典型问题等。并可由其他组和教师提出问题，供答辩小组思考回答。

各组对本次问题解决过程做出书面总结，由教师归纳总结各组的设计方案，并推选优秀作品进行充分展示。最后，根据三部分评价计算每位同学的成绩。在本阶段中，教师重在总结问题的解决思路，并与学生共同探讨此类问题的解决方法，并将结论迁移到其他类似问题中，也可继续提出相关问题，以启发学生完成下一步甚至更深层次的思考和探究。

三、改革的成效

笔者尝试使用以上教学模式，在连续四届计算机专业数据结构实践课中进行了教学改革与研究，取得了良好的教学效果，主要体现在以下几个方面。

（1）提高了学生自主学习的能力，培养了独立思考的能力。在探究过程中，学生能独立的去查阅相关资料，资料范围广泛，涉及到后续尚未开设课程甚至前沿知识，自主学习的能力得到了极大提高。学生们反映这种形式有助于培养清晰的程序设计思路，同时锻炼培养了独立思考能力和良好的工作作风。

（2）培养了学生的团队协作精神，增强了交流能力。学生体验了团队模式，各成员在团队中都发挥自己的所长，有分工也有合作。团队也教会了他们更客观的认识自我，学会尊重他人，学会既坦诚又艺术的与人交流。各组之间有竞争也有互相帮助，形成了良好的学习氛围。

（3）更好的践行了因材施教，促进了学生的个性发展。学生在探究问题的过程中，有不同的思路、方法，在授课中，笔者注重鼓励学生积极探讨，尊重学生的专业方向兴趣，针对不同学生给予指导，让学生能够找到适合自己的发展方向，实现了教学目标与学生个性的统一。

（4）提高了教师的探究能力，有益于构建新型师生关系。作为探究性学习的指导者，教师的任务是设置问题情境，调动学生积极性，掌握探究的方向和深度，评价探究的结论。在探究过程中，必然促使教师提高和完善自身对课程内容和专业知识的学习和掌控能力。同时，在带领学生共同探究的过程中，也增加了和学生之间的交流，有助于新型师生关系的建立，在细微之处引导辅助学生自主构建知识体系、形成良好的专业素养。

四、结语

结合本专业和数据结构课程的特点，开展探究性为目的的数据结构实践教学改革，符合培养应用型人才的教学目标，强调学生的主动学习和亲身实践，体现了以学生为本的教育理念。这种教学模式有利于培养学生批判性的思考、获取信息、解决问题的能力。笔者针对该课程的实践教学进行了以上尝试和探索，今后还有待于设置更加贴近学习、生活实际的问题情境，并逐渐提高任务层次，使学生更积极的参与探究，各种能力得到循序渐进的提升。

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参考文献：

[1] 吴晅，高靖芳，何丽娟，等.建构主义学习理论下工科专业课程设计改革[J].中国冶金教育，2012(6)：61-64.

[2] 陆璟.研究性学习及基本特征[J].教育发展研究，2000(10)：26-28.

[3] 孙志璞，苏继红，陈淑清.关于探究性学习的几点思考[J].教育探索，2006(4)：18-19.

[4] 严蔚敏，吴伟民.数据结构(C 语言版)[M].北京：清华大学出版社，2007.

[5] Haiying Cheng. Application the Task-driving TeachingModel in the Course Design of Data Structure [A]. ThirdInternational Conference on Education Technology andTraining (ETT)，2010：256-259.

[编辑：汪晓]