綜合PBL和LBL的混合式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學

劉端陽 劉志

摘要：根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學中存在的一些問題，對比分析PBL教學和LBL教學各自的優(yōu)點和不足，提出綜合PBL和LBL的混合式教學方法，在說明PBL教學流程的基礎上，規(guī)劃混合式教學的實施方案并設計出相應的教學實例。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學；混合式；PBL教學；LBL教學

引 言

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學一般都采用傳統(tǒng)的LBL（lecture-based learning）模式。LBL教學可以比較系統(tǒng)而完整地傳授課程的理論知識，最易被教師所采用，但實際的教學效果卻存在一些問題。對于課程的難點和重點，學生的掌握程度有限，編程能力沒有得到鍛煉，無法將知識應用到實際編程工作中不僅如此，在課內(nèi)實驗教學中，單向式的LBL教學也不利于培養(yǎng)學生的實踐能力、工程能力和創(chuàng)新能力。

PBL（problem-based learning）教學是以問題為巾心的新教學模式，最早在20世紀由神經(jīng)病學教授Borrows首先在醫(yī)學領(lǐng)域試行…并逐漸發(fā)展成為一種成熟的教學方法。近年來，我國理工科高校也開始重視和實踐PBL教學法。PBL教學法是以學生為主角，圍繞課程的情境問題進行自主學習、討論和實踐，從而理解和掌握課程知識，這種教學方法不僅可以加深學生對于課程知識的認識和理解，提高學生的學習能力和實踐技能，還有利于培養(yǎng)學生的工程能力和創(chuàng)新能力，但PBL教學不僅需要較多學時和教學資源，而且對教師的專業(yè)能力要求較高，同時課程知識的傳授也不完整，缺少系統(tǒng)性。因此，教師需針對當前數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學中存在的問題，綜合LBL和PBL兩種教學模式的特點，在實際教學中采用兩種教學模式相結(jié)合的方法，力圖克服數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學中的不足，提高學生理解和掌握課程知識的能力，培養(yǎng)學生的工程能力和科學創(chuàng)新能力。

1 當前教學的不足

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程培養(yǎng)計劃可以參照北京大學張銘團隊的實施方案培養(yǎng)工程型和科學型的人才，也可與國家教育部CCC2006學科規(guī)范保持一致。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程一般采用C++語言描述并采用抽象數(shù)據(jù)類型的思想，課程包括數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)、邏輯結(jié)構(gòu)和相關(guān)算法，主要知識點有列表、棧、隊列、模板和標準容器、二叉樹、散列表、樹、圖和有向圖以及遞歸、查找和排序等算法。在實際教學過程中，LBL教學存在的主要問題有如下幾方面。

1.1 編程實踐能力弱，不會獨立編程、調(diào)試和測試

傳統(tǒng)LBL教學法在課堂上主要側(cè)重于詳細講教材涉及的程序代碼，換句話說，是逐行為學生講解程序的構(gòu)造、功能和實現(xiàn)。由于程序代碼的復雜性和實際運行的不確定性，這種講解雖然能夠讓學生初步理解相應的知識點，但是對實踐能力的培養(yǎng)起不到應有的作用，特別是講解一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的重點和難點問題時，學生很難從教師的講授巾充分理解關(guān)鍵的程序代碼。在實驗教學方面，LBL式教學也主要是布置和講解相應的實驗任務，要求學生編程實現(xiàn)并提交實驗報告，這種實驗教學的方式忽略了實驗的過程和細節(jié)，教學效果并不理想，很多學生只會紙上談兵，而編程實踐能力得不到有效鍛煉和提高，更談不上培養(yǎng)獨立的工程實踐能力。

1.2 重難點問題理解不透徹，不會舉一反三，也不會解決實際問題

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程覆蓋的知識面廣，知識點多且零散。同時，南于課程的理論性、抽象性和實踐性都比較強，對于一些重點和難點如單向鏈表和遞歸，LBL教學法很難使學生透徹理解，更不用說舉一反三解決實際問題。LBL教學法可以系統(tǒng)講述理論知識，大多數(shù)學生可以初步地理解相關(guān)概念和過程，但在實際編程時應用能力不足，如果出現(xiàn)非編譯錯誤，很多學生不知如何進行調(diào)試和修改。

2 混合式教學的實施

根據(jù)LBL和PBL教學法的特點，在實際教學實施時，我們采取混合式教學方法?；镜慕虒W內(nèi)容仍1日采用傳統(tǒng)的LBL教學法.重點和難點綜合采用LBL和PBL教學法，而隨堂實驗和綜合實驗環(huán)節(jié)將完全采用PBL教學。這種混合教學方法可以根據(jù)知識的難易程度、重要性和實踐性，采用不同的教學模式傳授知識，這樣可以充分發(fā)揮兩種教學模式的優(yōu)勢，提高教學質(zhì)量。

2.1 PBL教學的流程

PBL教學是根據(jù)問題而引發(fā)學生的自主學習過程，其主要流程依次為情境問題、團隊組建、技術(shù)思路、資料搜集、理論學習、方案實現(xiàn)和考核評價7個階段，具體實施流程如圖1所示

（1）情境問題：情境問題是PBL教學的中心，在很大程度上決定著學習的效果。我們針對具體的重難點問題以及課內(nèi)實驗和大型實驗，設計難度適宜并且知識面覆蓋較寬且結(jié)合實際應用的情境問題。

（2）團隊組建：學習剛隊人員1～3人，允許獨立成團，鼓勵團隊成員強弱搭配.

（3）技術(shù)思路：當PBL教學用于重難點問題的學習時，技術(shù)思路將主要由指導教師提供，同時采用LBL教學法詳細講解所涉及的理論知識和關(guān)鍵技術(shù)，并提供相應的資源網(wǎng)址，當PBL教學法用于課內(nèi)實驗和大型實驗時，技術(shù)思路必須由學生構(gòu)建，教師只提供咨詢和輔導。

（4）資料搜集：學生根據(jù)教師的指導，借助網(wǎng)絡、圖書館等平臺，搜集理論學習需要的資料，

（5）理論學習：學生在教師的講解和指導下，對所搜集的資料進行理論學習和討論，完成方案的設計（包括類的設計、算法過程等）并形成相應的技術(shù)文檔。

（6）方案實現(xiàn)：學生通過編程、調(diào)試和測試，完成方案的實現(xiàn)、問題的解決和文檔的提交紅此過程巾，教師提供文檔模板，指導學生撰寫符合工程規(guī)范的技術(shù)文檔。

（7）考核評價：教師根據(jù)學生的成果進行考核和評價并納入考評成績中，同時匯總學生常見的問題和錯誤，以LBL教學法進行詳細講解和反饋。

2.2 混合式教學實施方案

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程知識點的難易程度和重要性不同，而且課堂教學與課內(nèi)實驗以及大型實驗的作用也不同，混合式教學法就是根據(jù)教學內(nèi)容的差異綜合采用PBL和LBL教學法，具體實施方案的要點如下。

（1）基本教學內(nèi)容。由于學時的限制，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的大部分理論知識不太適合也沒有必要采用PBL教學法，傳統(tǒng)的LBL教學法更適合這部分知識的講授，這不僅保證課程知識的完整性和系統(tǒng)性，還節(jié)約學時和資源，學生也比較容易接受和理解。

（2）重難點知識。這是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中比較關(guān)鍵和重要的知識，也是學生難以理解和掌握的，如鏈表、遞歸、AVL平衡樹等，需要綜合采用PBL和LBL教學法。教師可通過設計覆蓋相關(guān)知識的情境問題，引導學生進行自主學習并指導和監(jiān)督整個PBL教學過程。在PBL教學過程中，由于教學內(nèi)容比較抽象，不容易理解，教師可在技術(shù)思路階段采用LBL教學法詳細講解相應的理論知識j這樣，一方面掃除了學生學習和理解的障礙，另一方面可以加深學生對于情境問題的理解和實現(xiàn)，有助于學生充分理解和掌握重點和難點知識。

（3）課內(nèi)實驗和大型實驗。這是理論學習的必要補充，主要目的是加深學生對理論知識的理解及提高學生的實踐編程能力，培養(yǎng)學生的工程實踐能力和科學創(chuàng)新能力。實踐是學生專業(yè)素質(zhì)的最終體現(xiàn)，因此相對于理論知識的學習，課內(nèi)實驗和大型實驗更為重要。雖然PBL教學法耗時且需占用大量資源，但是在課內(nèi)實驗和大型實驗環(huán)節(jié)，學生可以充分利用課外學習時間彌補課內(nèi)學時的不足。在實施PBL教學法時，我們結(jié)合實際應用環(huán)境設計了鍛煉學生技能的情境問題，在整個PBL教學過程中，教師可以為學生提供編程、調(diào)試和測試各環(huán)節(jié)的咨詢和輔導，并監(jiān)督學生的學習和開發(fā)進度，杜絕抄襲行為。

2.3 教學案例

針對PBL教學法中關(guān)鍵情境問題，教師團隊根據(jù)多年的教學經(jīng)驗設計了相應的教學實例，具體見表1和表2。

3 結(jié)語

混合式教學法起初在少數(shù)班級實施，從期末考試和平時實驗考核的結(jié)果看，大部分學生加深了對重難點的理解和掌握，編程實踐能力有了較大幅度的提高，可以靈活地解決一些實際問題。大型實驗考核的成績也較好，很多學生都能獨立完成設計、編程、測試和文檔提交，面試回答問題基本正確。由此可見，PBL教學法融人傳統(tǒng)的LBL教學法能有效地提升教學質(zhì)量，提高學生的綜合素質(zhì)。

然而，我們在實施的過程中也還存在一些問題。最大的問題是用于PBL的教學時數(shù)不足，為了節(jié)約課時，PBL教學法只用于少數(shù)精選的重點和難點問題。另外，混合式教學法需要教師有較強的綜合素質(zhì)和課堂控制能力；部分自主學習能力差的學生不容易適應PBL教學法，需要教師詳細指導，這也對教師提出了更高的要求，同時增加了教學工作量。為此，我們將進一步細化混合式教學法的實施方案，實現(xiàn)兩種教學模式的最有效融合并拓展教師隊伍，讓更多的教師和學生參與進來，從中受益。