现代教学模式下数据结构教学的组织与设计

1、现代教学模式下数据结构教学的组织与设计1 引言“数据结构”是计算机及相关专业中一门重要的专业基础 课程，主要讨论抽象数据关系和算法在计算机中的表示及实现。 其研究思想和研究方法在计算机科学中许多有深度的研究领域 得到广泛的应用，为学生今后从事理论研究、应用开发、技术管 理工作提供了坚实的理论基础。 但该课程具有相当的抽象性和动 态性， 容易造成教学低效和学时膨胀。 如何使学生更好地掌握最 常用的数据结构， 培养学生解决实际问题的程序设计能力以适应 学科迅速发展和知识更新的需要，是学习这门课程的目的和宗 旨。随着网络技术的发展与成熟， 多媒体教学有着传统教学手段 无法比拟的优势和特点， 它是现代

2、教学改革和未来教学手段发展 的方向，利用网络 MCA（I Multimedia Computer Assisted Instruction ，多媒体计算机辅助教学）课程教学已成为教学改 革的一个重要环节。网络MCAI不仅具有普通MCAI的特点，如交 互性、个别性以及形式和内容多样化等， 还具有一些特有的优越 性：操作方便、 交互能力强、 远程教学、 共享程度高、 影响面大、 内容更新方便及时等等。 目前， 很多高等院校都积极采用 CAI 教 学系统和现代化教学手段来辅助教学， 但往往不能达到满意的效 果。如何将网络教学系统与课堂教学结合起来， 以便更有效地提 高教学效率、减少教学时数、真正实现

3、素质教育，是一个值得探 讨的问题。2 教学原则首先必须树立现代化的教育观。 把“以教师为主体”、 “课 程为中心”的传统教育观转变为“以学生为主体”、 “以学生为 中心”的新的教育观。 从“以传授知识为主”转变为以培养学生 具有独立获取知识、 发现创新知识的能力为主， 把学生创新能力 的培养放在重要的地位。 利用指导法教学、 “启发”式教学来体 现“以教为主导， 以学为主体”的教学原则， 教师不再是知识的 传递者， 而是学习的组织和引导者。 在教学方法和教学体系上采 用与传统教学截然不同的现代教学模式， 将多种现代教学模式应 用于课堂和网络教学中。3 现代教学模式教学模式是教学基础理论的具体化

4、， 也是教学具体经验的概 括化。目前，国内外有影响的现代教学模式主要有：(1) 掌握学习模式。 强调个别化教学， 利用及时反馈和强化 作为控制教学的有效手段， 而编写得当的习题是获得反馈的重要 途径。(2) 发现学习模式。 首先提出问题， 带着问题意识观察具体 事实，然后再上升到一般的概念。(3) 范例教学模式。 教师用特例具体直观地阐明“个体”的 具体特征；根据范例“个体”的知识推论特点，分析掌握整个 “类别”事物的特征， 使对“个体”的认识上升为对“类别”的 认识，从而掌握其规律和范畴。(4) 最优化教学模式。 一个好的最优化教学方案的形成的基 本过程是： 分析教学目的与教学任务； 分析学

5、生学习情况 与教师自我分析； 学时分析； 选择已知条件下最佳教学任 务的综合性手段与方案； 对教学质量进行评价。传统的教学方法和手段，制约了以上教学模式的推广应用。CAI,尤其是网络MCAI系统的建立和以可视化为特征的多媒体技 术的应用，有利于综合这些模式的长处， 创建各种现代教学模式。4 教学设计4.1 教学目标分析根据最优化教学模式， 设计一个好的最优化教学方案， 首先 要对教学对象的情况进行分析，了解学生的基础知识掌握程度、 计算机的使用能力等实际情况， 在课堂教学、 网络多媒体辅助教 学系统的设计和使用过程中要做到心中有数、 有的放矢。 否则讲 课时只是一味灌输教材内容， 不管学生理解

6、和掌握了多少。 即使 教师讲得头头是道， 网络多媒体辅助教学系统做得再好， 也不会 获得理想的效果。 由于“数据结构”所涉及的算法大多采用数组 和指针来描述，而后者对学生来说则相对较难， 需要对C语言中 指针的概念补充讲解。 在对学生的课堂与网络教学上应该有所侧 重；在实验教学上，必须清楚了解学生的实际情况，根据学生的 逻辑推理能力、 直观想象能力和对数据结构的相关基础知识的实 际掌握情况等来组织教学， 充分应用掌握学习模式， 达到“个别 化”教学的目的。4.2 课堂教学方案设计4.2.1 讲授内容安排 根据“数据结构”教学大纲及指定教材的要求， 对教学内容 去粗取精，提炼出该课程、每章、每节

7、的框架体系，从数据结构 的逻辑结构、存储结构和数据的运算三个方面去组织教学内容。 要重点突出、简洁明了，而不求面面俱到。在了解学生实际情况 的基础上进行分析研究， 预见学生会对哪些内容感到困惑， 在学 习中会出现什么问题，这样才能做到有的放矢。4.2.2 教学策略应用1) 个别化教学。在课堂讲授中教师起到的是提纲携领、组 织和引导的作用。明确每次课的目的、解决什么问题、通过什么 途径达到这个目的。 对易懂的内容可以点到为止， 重点难点精讲 细讲，细节内容可由教材和配套的多媒体软件体现。 所谓重点是 指数据结构中的重要概念、重要算法思想等。对这部分内容，一 定要结合多种教学方式和手段去讲深讲透，

8、 引导学生理解概念的 含义，掌握算法的实质，并在此基础上寻找解决问题的方法。所 谓难点，是指学生不易理解和容易出错的地方。 在难点确定之后， 要分析究竟难在何处。 是因为概念抽象不易掌握， 还是因为算法 思想复杂不易理解， 或是容易混淆不易区别？然后研究解决问题 的方法。对于抽象的东西应该形象化、直观化地进行讲解，对于 复杂的内容应注意其条理性， 对于易于混淆的内容宜尽量采用对 比法加于区别，做到化难为易。2) 问题驱动。问题驱动是指学生在教师创设的情境下应用 已有知识提出新问题、 解决新问题的过程， 也是学生高度自主学 习的过程。教师在讲课时要体现教学思想，引入 What+How+Why 的

9、教学理念，采用发现学习模式，应用启发式教学。 What 是让 学生明确学些什么，拓展学生的知识面。通过经常提出问题，让 学生思考并回答，以跟上教师的思路，活跃课堂气氛，创造轻松 活泼的学习情境，留给学生想象的空间，提高学生的思维能力、 自学能力和创新能力。提出的问题要自然、尖锐、具有逻辑性。How就是如何做的意思。对问题的分析要简明、透彻，防止烦琐 杂乱；解决问题要切实准确；要引导学生积极思考。要做到这一 点，必须考虑：讲解一个问题时，怎样引导学生动脑筋，可以先 不给出结论，让学生自己考虑问题。 Why是让学生能够知道为什 么这样做。注意教给学生提出问题、 分析问题和解决问题的方法， 最终达到

10、学生自行探究问题的目的。3) 范例教学。课堂讲授应符合学生的认知规律，从感性到 理性，从理性到实践，从直观到抽象，再从抽象到具体实践。范 例教学在数据结构的算法思想讲解中能发挥其无可比拟的优势， 对数据结构中的主要算法和一些抽象的概念， 可以尽量先从直观 意义或具体实例解释着手， 让学生更容易理解。 因此在教学过程 中宜多画图、多举例、多解释。这种从特殊到一般，从具体到抽 象的方法，适用于数据结构中的很多内容。例如：讲解队列的概 念时，可通过日常生活中的购物排队的过程来反映队列中插入、 删除的原则， 再结合计算机中的操作队列、 打印队列的应用来说 明。对二叉树的遍历的算法过程可通过一个特定的二

11、叉树的例子 说明其遍历思想，再推广到一般的二叉树等等。4.3网络MCAI方案设计网络MCAI是以Web页形式组织素材，以 Web页开发方法建 立课件体系结构。 它是综合利用网页制作工具、 多媒体创作软件 和网络数据库技术，把文字、图形、图像、声音、动画、影像等 多种媒体综合起来，创造生动、活泼、有趣的教学情景，使学生 变被动学习为主动学习， 创造性地进行学习， 以随机性、 灵活性、 全方位、 立体化的方式把知识形象生动地呈现给学生， 知识密度 大、表现力强，能很好激发学生的兴趣，从而可以提高教学的效 率和质量。4.3.1 教学内容的组织 以教学大纲为依据，根据教材，从学生的实际情况出发，以 教

12、育学、 心理学的有关理论为基础， 结合教师多年教学经验分析 本课程的特性， 从数据结构的逻辑结构、 存储结构和数据的运算 三个方面去组织线性表、栈、队列、串、数组、广义表、树、图 和文件等常用的数据结构， 对教学内容进行精排和优化， 运用多 种教学艺术展现学习内容以激发学生的学习兴趣， 帮助学生对学 习内容的理解。 教师要为学生创造良好的学习条件和环境， 激发 学生的学习动机， 提供合理的学习策略， 从而促进学生的自主学 习。习题是获得反馈的重要途径， 如何选择深度和广度适当的练 习题和自测题，以便学生及时、有效地调整学习策略，是实现个 别化教学的一个重要环节。 习题的选择必须广度和难度兼顾，

13、 要 覆盖所学的内容， 对课本上的习题选其精华， 尽量选有启发色彩 的习题。 对练习中暴露出来的普遍问题， 进行网上辅导或进行课 堂集中讲评，帮助学生澄清模糊和错误的认识。4.3.2 教学内容的展现形式由于数据结构涉及从简单的线性表到复杂的树、 图等多种数 据结构， 具有一定的难度和复杂性， 给该课程的学习带来了许多 困难。对算法思想的理解成为这门课程的一个重点， 所以如何将 抽象的算法执行过程以浅显易懂的形式展现在学生面前， 是决定 这门课MCAI辅助教学成败的一个关键。通常，网络MCAI主要包括课程内容、算法演示、在线测试、 在线讨论以及资源中心 5 部分功能。 课程内容提供了包括章节内

14、容、章节习题、补充练习和实验指导，这是学习的重要内容和课 程基础，用于配合课堂教学，起到相辅相承的作用；算法演示提 供了数据结构课程中重要算法的动态交互演示， 便于学生对算法 的理解和掌握，符合联想性思维特点，动画的直观、生动、形象 等特点有助于学生深刻理解相应的算法， 利于培养学生的发散性 思维和建构性知识结构， 激发学生的学习兴趣； 在线测试提供了 试题的在线考试，试题类型包括判断题、选择题和问答题，通过 学生自由选择题型和测试内容来自动组卷， 完成自我测试。 学生 在学完相应章节后，可自行选择测试内容和题型进行在线测试， 通过在线阅卷， 学生可实时获得测试成绩， 查看对错情况以及正 确答

15、案，有利于学生及时纠正错误认识，调整学习策略。所以构 造合适的试题库， 是教学质量评价的一个重要手段。 通过在线讨 论进行网上答疑、 辅导，可以突破时空的限制， 实现教师与学生、 学生与学生之间交流新的思想和解决学习中遇到的难题。 资源中 心提供了许多相应参考资料的下载， 包括学习素材、 历年考试试 题和模拟试题、软件的下载，以及各种网络资源。总之，网络MCAI可以提供交互式环境供学生学习，并自动 根据操作过程进行实时评价，它可实现学生与机器、与学生、与 教师之间的多项交流， 让学生通过网络学习， 自己掌握学习进度， 提高学习的积极性和主动性， 达到提高学生素质的目的。 但在使 用过程中不能过

16、分强调 MCAI的作用，而忽视了教师的讲授作用。 如果我们的课堂变成纯粹的计算机媒体演示室， 学生必定是走马 观花，不知所云。所以必须把网络 MCAI和教师课堂讲授有机地 结合起来，形成最佳教学任务的综合性手段与教学方案。4.4 实验教学设计4.4.1 实验目的数据结构是实践性很强的一门课， 培养学生的实践能力是教 学的首要目的。 数据结构理论知识的传授是为应用服务的， 因此 在授课的同时， 如何引导学生利用上机实验来加强实践也是教学 中的一个重要课题。 根据最优化教学模式， 首先数据结构实验教 学的目的是： 紧密配合理论教学，通过实验帮助和加深对数 据的逻辑结构、 存储结构、 算法思想和具体

17、实现等各个环节的整 体理解； 通过实验将各门课程学到的知识融会贯通，思考与 发现利用数据结构解决实际应用问题的有效方法， 从而使学生分 析和解决问题的能力得到锻炼和提高； 通过实验强化学生 “结构一算法一编程”三者密切相关的意识。 平时的练习较偏重 于如何编写功能单一的“小”算法， 而实验是软件设计的综合训 练，包括问题分析、总体结构设计、用户界面设计、程序设计的 基本技能和技巧， 多人合作， 以致一整套软件工作规范的训练和 科学作风的培养。 围绕以上目标， 数据结构的实验教学也应该遵 循认知规律，逐步地从无到有，从观看演示到自己动手编程，从 单一算法实现到综合设计分析，直到具体应用实例研究。

18、4.4.2 实验选题 依据实验教学的目的和实验教学目标，考虑学生的个体差 异，将实验设置成不同的类型： 必做和选做实验。这两类实 验都是结合相关课程的教学需要由授课教师设计的， 前者目的在 于帮助学生掌握基础知识和实验研究方法， 后者在于培养和鼓励 学生的学习兴趣、 扩大知识面以及培养学生的应用能力和创新意 识。 允许学生结合本人的兴趣，从实际应用中选择有具体应 用背景的实验题目， 充分发挥学生的主动性。 或由教师结合实际 给学生布置一些较大的设计课题，使学生分组共同完成。当然， 在难易程度方面要求做到量力而行， 这样一方面锻炼了学生的自 己动手能力， 也加强了他们的团队协作精神； 另一方面确实能将 理论与实践相结合， 从而大大激发了学生的学习热情， 为今后的 学习和工作打下良好的基础。4.4.3 实验结果提交实验开始之