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数据结构辅助教学开题报告.doc

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数据结构辅助教学开题报告.doc

1.数据结构CAI当前研究的现状当前,计算机早已在我国教育领域广泛应用,成为教学过程中不可缺少的重要的教学手段,并在影响和改变着传统的教学观念与教学模式。通过运行教学软件来实现教学的过程,称为计算机辅助教学(ComputerAssistedInstruction,简称CAI)。其中,所运行的教学软件称为CAI课件(Computer)。不难看出,CAI课件在整个CAI系统中占有重要地位。近年来,随着多媒体、网络技术的加入,使传统的CAI课件制作技术和观念都发生了变革。MCAI(MultimediaComputerAssistedInstruction)课件、基于CDROM课件向基于web课件转换的二次开发分别应运而生。可以说,CAI课件的功能已大大增强。为了积极推动各学科教学的高效运行,我们有必要认清CAI的发展前景和方向,从而有意识地进行课件创新及其质量的提高,为在21世纪繁荣我国的CAI事业做出贡献。一、传统CAI课件的缺陷1.缺乏适应能力。当学生使用一个CAI课件进行学习时,通常只能按照既定步骤顺序执行,课件各页面之间的流动是固定的。一旦设计好,就无法改变,且对所有学生都一视同仁。不能根据不同学生的实际情况和学习中的不同阶段进行动态调整,因而也就不能真正做到因材施教。虽然有的课件可预先把学生分成几个层次进行学习或通过菜单让学生自己选择学习内容,但其划分明显不细,且不能根据学生的当前水平和学习中的变化去指导学生,生成适合于他们的题目。缺乏适应能力是当前CAI课件的普遍问题。2.缺乏交互能力。当前不少CAI课件人机交互能力差,表现在学生使用CAI课件的学习是被动的。学生仅能输入选择答案或是填空内容,而不能对一些具有个性思维的问题进行解答,特别是在课堂教学中,一般只能通过教师控制课件流程的操作,学生简单输入答案的方式进行。人机交互本应是CAI的优势,但目前却显得过于简单。3.缺乏创造能力。当前,创造教育已被公认为是培养高素质创新人才的有效途径。CAI作为一种辅助教学手段也应为创造教育服务。而目前CAI课件无论从教学过程还是教学形式来看,都显得单调乏味,缺乏创造性。不外乎知识介绍、操作练习、单元测验、资料查询等形式。从内容上看其实质仍是课本搬家、教室搬家。长此以往,将不利于调动学生学习的积极性,更谈不上培养学生的创造能力了。4.缺乏纠错能力。由于CAI课件自身对其所示教学内容并不理解,因此判定学生答案的正确与否只能通过课件编制者预先设定的标准来进行。这就造成了课件本身不能根据学生的回答作出评价,同样,对于出错的原因以及出错后所采取的步骤也无法给出相应的解决方案。二、造成CAI课件上述缺陷的原因从CAI课件的理论基础来看,程序设计思想和行为主义学习理论分另构成其计算机和教育方向上的两大理论支柱。虽然教育理论在不断发展、变化,但迄今为止,以程序教学原理为基础的CAI课件设计思想仍占有统治地位。在此流程中,每一页面都要与屏幕界面对应起来,包括所提问题、预想答案、学生回答后的反馈信息等。脚本全部编写好后,再由算法和具体程序来实现。所以,CAI课件在实际操作中就显得处处缚手缚脚,缺乏适应能力、交互能力、创造能力和纠错能力也就不足为奇了。难怪有专家称CAI课件既不懂所要教的知识,也不了解所要教的对象,是一位可笑的、不称职的教师。三、未来CAI的发展方向综上所述,传统CAI课件具有其自身无法克服的缺陷。随着计算机和各学科技术的飞速发展,教师和学习者两方面都对CAI提出了更高的要求。在此形势下,ICAI应运而生了。ICAI系统(IntelligentComputerAssistedInstructionSystem)即智能计算机辅助教学系统,也称为智能教学系统(ITSIntelligentTutoringSystem)。它是将人工智能(AIArtificialIntelligence)技术引入CAI系统中,赋予机器以人类高级智能的系统。一个ICAI系统应克服传统CAI系统的缺陷,从而具备以下功能1.掌握每个学生的学习基础、水平和能力,以此为依据为不同的学生制定学习计划,有针对性地进行个别指导,并在学习过程中根据学生进度自动调整学习内容,从而具有适应能力。2.允许学生用自然语言与计算机进行人机对话,并能对带有学生个性特点的问题作出解答,从而具备更好的交互能力3.大大拓宽了CAI的模式,例如建立虚拟教室、智能导师系统、教学模拟等。从而使CAI不再是简单的课本搬家、教室搬家,而具有更多的创造能力。4.能诊断学生学习过程中的错误,并分析错误原因和给出解决方案,在此基础上逐渐积累经验,从而具备纠错能力目前,ICAI系统已经成为国际上计算机辅助教学研究的主要方向,是一个综合交叉学科。它涉及了计算机、教育两大学科的许多分支领域,包括程序设计、数据结构、算法分析、软件工程、人工智能等计算机学科以及认知心理学、教学设计等教育学科。这就给ICAI系统的建造带来了很大的困难,所以,一般认为,ICAI系统比一般意义上的专家系统更为复杂。此外,随着网络技术的加入,ICAI系统将由一个个别化的教学系统向智能远程教学系统发展。而虚拟现实(VirtualReality)技术的出现(由多媒体技术与仿真技术相结合而形成的一种交互世界),则使ICAI系统更加完善。可以说,21世纪的CAI将以智能化为其发展方向,并结合Internet、多媒体等技术,使其更好地服务于教学,服务于教育事业。2.设计数据结构CAI要解决的问题和拟采用的研究方法要解决的问题认知学习理论与CAI软件设计认知学习理论,例如信息加工的理论,基本上还是采取客观主义的传统,认为世界是由客观实体、其特征以及客观事物之间的关系所构成。与行为主义学习理论所不同的是它强调学习者内部的认知过程。教学的目标在于帮助学习者习得这些事物及其特性,使外界客观事物知识及其结构内化为其内部的认知结构。根据认知学习理论对学习的解释,认为学习的各个内部过程分别是接受、期待、提取信息到短时记忆、选择性知觉、语义编码、反应、强化、激发信息的保持、形成概念。以产品为中心的教学设计过程与CAI软件设计、开发过程。伯格曼(R.E.Bergman)和穆尔(T.V.Moore)曾提出的以产品为中心的教学设计过程模式中包含六个主要阶段的活动分析、设计、开发、生产、创作和批推合法。其中,开发阶段制定的生产文件包括情节顺序板、音频材料的稿本、图象的分镜头稿本、美工与图形的草案和管理制作的数据库等生产阶段是在生产文件基础上分别制作相应的声音序列和图象序列材料、图表图形和文字教材创作阶段是通过编码、试验和调整三个子活动把已制作好的单个媒体材料整合进完整的产品当中批准合法阶段要把完成的产品与预定的目标相比较、找出问题作最后的修改。对于CAI软件的开发,可以将整个过程分为四个阶段,分析阶段、设计阶段、开发和调试阶段以及评价和修改阶段。如图1所示。很显然,开始软件的创意和设计之前,首先应当分析软件的使用对象和学科特点等问题,这就是教学设计系统方法中所阐述的学习需要分析、学习内容分析和学习者分析。(1)教学单元和目标分析。将课程内容细分成多个单元,对每一个教学单元进行分析,明确要达到的目标。(2)教学内容分析。在明确教学目标的情况下,通过教学内容分析,明确使能性目标,即为达到目标预先应具备的知识和技能,从而明确CAI课件应包括的内容或者应用CAI软件在整合中所要扮演的角色。(3)制定教学策略。根据已确定的教学目标和教学内容,选择适当的CAI模式,即在CAI中使用的教学方法。根据教学目标和教学内容以及媒体的特性,选择适当的媒体,以便收到更好的效果。(4)结构设计。以上几个方面的因素确定之后,即可对软件的整体结构进行设计,即教学流程,此时可画出表现软件结构的流程图。(5)编写脚本。通过以上的分析和设计,设计者对课件要包括的教学内容、教学目标、教学方法、选用的媒体,以及课件的整体结构都已十分清楚,接下来应进行脚本的编写工作。制作阶段的工作是将脚本从纸面上转换成学生使用的实际材料。具体工作包括素材准备素材采集界面设计媒体编辑编写文字材料。最后,进行测试和调整软件、进行评价和修改。在这一阶段,产生计算机程序,最后生成一个或一套CAI课件,这些课件应能实现预先制定的目标。3.本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路重点研究的是几个模块的以及该软件实际应用问题(1)栈的应用--递归算法(汉诺塔)(2)双链表的创建(3)冒泡排序(4)基数排序(5)二分法查找(6)二叉树遍历以上是几个模块,也就是说要先了解数据结构相关的知识,主要是了解算法的研究,这个对于开发研究是一种基础,在开发中经常遇到回溯算法问题。回溯算法也叫试探法,它是一种系统地搜索问题的解的方法。回溯算法的基本思想是从一条路往前走,能进则进,不能进则退回来,换一条路再试。用回溯算法解决问题的一般步骤为一、定义一个解空间,它包含问题的解。二、利用适于搜索的方法组织解空间。三、利用深度优先法搜索解空间。四、利用限界函数避免移动到不可能产生解的子空间。问题的解空间通常是在搜索问题的解的过程中动态产生的,这是回溯算法的一个重要特性。建构主义学习理论在CAI软件设计中的应用1、以学生已有的经验为基础,学生的学习过程是一个个性化的学习过程。2、教学双方的地位已经有所转换,在教学过程中,教师的地位不再是知识传授者、信息垄断者身份,而学生的中心地位得到确认。3、教学过程从面向课程转向了面向学生的教学。4、从重视学生的行为表现转向学生内部知识建构。5、知识的建构不光表现在学生身上,也体现在教学过程中,教师也有一个知识的建构过程。因而在整个教学过程中不光是学生的学习,教师也同样在整个教学过程中有一个学习的过程。6、知识建构有一定规律,教师可以利用这些规律去促进学生学习。教学设计理论的发展与CAI软件设计模式的理念转变综观教学设计理论的发展,从行为主义理论的以知识为中心的教学设计到20世纪90年代以来所风靡的建构主义理论的以学生为中心的教学设计。人们对学习过程的认识逐渐深入,从认为学习是建立一种刺激(S)和反应R之间的联结并予以强化的过程到认为学习的本质并非简单的SR联结而是一个复杂的个体信息加工过程。在20世纪90年代末西方发达国家开始用行为理论作为教学设计的理论框架,其基本思想是人类行为是人与形成社会和物理环境的事物以及社会和物理环境所造就的事物之间的双向交互的过程。人的意识与行为是辩证的统一体。在这个过程中CAI软件设计的模式也经历了一系列转变。早期地程序教学机是典型的行为主义理论的产物,发展到操练和练习模式、模拟演示模式,个别授导模式。在信息技术发展的前提下,CAI软件设计模式开始向智能导学、研究型学习模式、资源型学习模式、基于网络的合作型、互助型等模式发展。这些CAI软件设计模式的理念转变更加体现了以学习者为中心,重在发展学习者的素质和能力的教学设计理论思想。脚本的编制1.明确教学目的和各教学单元的教学目标。2.根据教学目标,使用的教学内容应准确无误。3.根据教学目标和教学内容,选择适当的教学方法CAI模式和传递教学信息的媒体。4.学习理论的应用。无论采用什么样的模式,都必须注意学习理论的应用,以提高软件的教学效果。5.应考虑计算机的输出和显示能力。4.完成本课题所必须的工作条件如工具书、实验设备或实验环境条件、某类市场调研、计算机辅助设计条件等等及解决的办法参考文献1、数据结构第二版,严蔚敏吴伟民编著,北京清华大学出版社,19972、数据结构,许卓群等,北京高等教育出版社,19893、数据结构题集C语言版,严蔚敏吴伟民编著,北京清华大学出版社,19994、数据结构(C语言),蔡明志著,北京科学出版社,19975、数据结构教程蔡自经施伯乐,上海复旦大学出版社,19846、数据结构陈有祺,南开大学出版社实验设备设计环境VC6.0MSDNwindowsxp系统完成设计的方法步骤1.需求分析确定软件系统的功能,性能,接口等要求。2.软件设计制定系统蓝图,权衡利弊。3.软件实现在计算机上实现。4.程序设计用C语言编写简洁易懂的程序代码。5.软件测试黑盒,白盒测试调试软件的不足,或者BUG。6.系统转换执行系统的α测试和β测试,发现可能只有最终用户才能发现的错误。7.软件维护市场调研2005年2006年间一般的该软件逐渐淘汰,优秀的CAI将以智能化为其发展方向,并结合Internet、多媒体等技术,一个长期稳定的软件,需要考虑的就是智能化的发展方向,让软件具有生命力。AutoDeskAnimatorPro、3DSMAX、Maya、Flash动画UleadMediaStudio、SoundForge、CoolEdit、WaveEdit声音处理UleadMediaStudio、AdobePremiere视频处理编程语言VisualBasic、VisualC、Delphi多媒体写作系统Authorware、Director、ToolBook、Flashpowerpoint、国产奥思、洪图素材合成(CAI创作工具)PhotoShop、CorelDraw、Freehand图形Word、wps、记事本、写字板文字制作、编辑工具多媒体素材

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