基于網(wǎng)絡(luò)新環(huán)境的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程改革

王祖儷　王娟　姜艷

摘要：以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程為例，分析該課程在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)、新環(huán)境下各環(huán)節(jié)的教學(xué)改革，說明執(zhí)行的效果。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)；PBL；微課；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

0.引言

近年來，各種網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)被社會廣泛關(guān)注，并受到大學(xué)教師和學(xué)生的青睞，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟和快速發(fā)展，使網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)成為可能。隨著大學(xué)生電腦擁有量的增多和手機(jī)等移動終端的普及，許多大學(xué)生已經(jīng)習(xí)慣利用網(wǎng)絡(luò)獲取自己需要的知識和信息，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展正在對大學(xué)的教學(xué)過程產(chǎn)生潛移默化的滲透和影響，進(jìn)而必將最終影響課堂教學(xué)的方式和手段。

網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的應(yīng)用能夠讓學(xué)生感受到更適合自身特性發(fā)展的愉悅的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，給課程教學(xué)提供一個全新的信息傳播媒介，翻轉(zhuǎn)課堂、慕課、微課等多種教學(xué)形式應(yīng)運(yùn)而生，讓師生互動的方式更加多元化，互動的效率大幅提高，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和對課程的參與欲望。同時，由于網(wǎng)絡(luò)的特性，使得師生之間在網(wǎng)絡(luò)空間的交流更加平等，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)相長和多維度的師生互動。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程是計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)的一門非常重要的基礎(chǔ)理論課程，一般安排在大二上學(xué)期或下學(xué)期開展教學(xué)。在這個階段，學(xué)生已經(jīng)進(jìn)行了必要先導(dǎo)性課程的學(xué)習(xí)（通常是一門基礎(chǔ)程序設(shè)計(jì)語言（c語言）和計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)常識），掌握了基本的程序設(shè)計(jì)概念和方法，具備上機(jī)編程和調(diào)試的基本技能。如同其他計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程以往的定位是基礎(chǔ)理論課程，純粹的課堂理論和算法的講解比較枯燥，對于低年級的學(xué)生來說，在對計(jì)算機(jī)科學(xué)理論欠缺的情況下，他們對理論化的教學(xué)方法接受起來較為吃力，無法把前一學(xué)期/學(xué)年所學(xué)的內(nèi)容與本門課程內(nèi)容聯(lián)系在一起，不知道學(xué)了該門課程有什么用，這使學(xué)生往往對該門課程的學(xué)習(xí)處于茫然狀態(tài)，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不佳，加之沒有良好的學(xué)習(xí)語言的方式方法，初學(xué)者往往能讀懂語法，但卻無法自行編寫較復(fù)雜的程序，加之低年級學(xué)生實(shí)踐機(jī)會少，上機(jī)調(diào)試程序更加困難，從而導(dǎo)致學(xué)生在后續(xù)課程中遇到問題時，不知道如何將以往所學(xué)知識應(yīng)用于其中，實(shí)際動手能力較差。

1.基于網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)下的改革

1.1教學(xué)內(nèi)容的改革

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是專業(yè)方向基礎(chǔ)理論課，教學(xué)大綱和知識相對固定，但每個知識點(diǎn)的應(yīng)用是可以不斷變化的。例如，查找的知識可以與搜索引擎的搜索排序算法結(jié)合；鏈表可以與約瑟夫環(huán)問題結(jié)合起來，圖的各種問題在現(xiàn)有很多游戲算法中的應(yīng)用等。基于這點(diǎn)，在新環(huán)境下我們在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)各章理論介紹的最后章節(jié)，適當(dāng)將現(xiàn)有實(shí)際的應(yīng)用，特別是新技術(shù)的應(yīng)用介紹加入其中豐富教學(xué)內(nèi)容。此舉將枯燥的理論知識與實(shí)際的應(yīng)用結(jié)合在一起以增加學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，也可以讓學(xué)生更好地理解所學(xué)知識的應(yīng)用范圍。

1.2教學(xué)資源的多種渠道分享和發(fā)布

在新網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，所教授的知識不再是僅僅通過書本來進(jìn)行傳遞，網(wǎng)絡(luò)存儲、云盤和在線教育平臺等都成為教學(xué)資源發(fā)布的各種渠道。在此情況下，我們鼓勵老師將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的各種教學(xué)資源，利用多種渠道進(jìn)行發(fā)布和共享。當(dāng)學(xué)生在課程中遇到問題，可以借助教學(xué)平臺、網(wǎng)絡(luò)論壇、搜索引擎等多方面進(jìn)行搜索得到解答。同時，教師也可以借助龐大的網(wǎng)絡(luò)資源找到合適的教學(xué)素材，如實(shí)例、PPT、圖片、程序代碼、習(xí)題等，進(jìn)行再次加工后，成為對自己有用的資料。

1.3教學(xué)形式的多元化改革

在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論教學(xué)的改革中，首先的舉措是形成教學(xué)團(tuán)隊(duì)。團(tuán)隊(duì)中包括講授計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論課程多門相關(guān)課程的老師（如C語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)），由教學(xué)團(tuán)隊(duì)共同確定基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容中涉及的知識點(diǎn)，并對知識點(diǎn)進(jìn)行難易程度的劃分。在教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)評價等階段進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，對教學(xué)大綱進(jìn)行修改，調(diào)整理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的比例，理論教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)充分體現(xiàn)教師講授和學(xué)生主動學(xué)習(xí)相結(jié)合的教學(xué)理念，培養(yǎng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)體現(xiàn)以學(xué)生為主的任務(wù)驅(qū)動教學(xué)理念，發(fā)揮學(xué)生的知識運(yùn)用能力和實(shí)際動手能力等。

在理論教學(xué)環(huán)節(jié)，打破傳統(tǒng)的被動教學(xué)方式，建立以講授為基礎(chǔ)的教學(xué)（1ecture based leaming LBL）和以問題為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)（problem based learning，PBL）相結(jié)合的教學(xué)模式。

在基于LBL的教學(xué)方式中，每個章節(jié)的核心知識點(diǎn)由教師以課堂講授的方式來完成，這些知識點(diǎn)往往較為復(fù)雜，在講授過程中教師可以運(yùn)用多種教學(xué)手段（如動畫演示、實(shí)例講解等方式），來幫助學(xué)生理解相對復(fù)雜的知識點(diǎn)，同時將以往在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)開設(shè)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容放在課堂上作為核心知識點(diǎn)的實(shí)例演示完成，以加強(qiáng)學(xué)生對于理論知識的形象理解。

微課、慕課等多種教學(xué)形式的引入，不僅豐富了課堂形式，也為學(xué)生提供了更多的教學(xué)素材，方便學(xué)生課后對于知識點(diǎn)的更進(jìn)一步掌握。例如，由于課堂課時的限制，不能詳細(xì)地說明鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的一種典型應(yīng)用——約瑟夫環(huán)，而完成的“約瑟夫問題”的微課，用20分鐘左右的時間，通過動畫、算法、實(shí)例展現(xiàn)等步驟，通過由理論到實(shí)踐、化難為易的思路設(shè)計(jì)，深入淺出地介紹了約瑟夫環(huán)的應(yīng)用。學(xué)生可以利用對微課的學(xué)習(xí)，更好地掌握約瑟夫環(huán)的算法，從而較好地理解鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的概念和應(yīng)用。

1.4課后練習(xí)和考試的改革

在課堂教學(xué)改革的同時，也需要對實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行改革，在實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)過程中，教學(xué)團(tuán)隊(duì)整合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，按照循序漸進(jìn)、由淺人深的原則，取消驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)分為完整設(shè)計(jì)和部分設(shè)計(jì)兩種，完整設(shè)計(jì)需要學(xué)生利用所學(xué)內(nèi)容找到解決問題的方法并實(shí)現(xiàn)；部分設(shè)計(jì)往往以編程填空的形式出現(xiàn)，基本思路已經(jīng)在題目中展現(xiàn)，主要考查學(xué)生對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)的能力。綜合性實(shí)驗(yàn)是指實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及本課程的綜合知識，或與本課程相關(guān)的課程知識的實(shí)驗(yàn)，此類實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)目的在于通過實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、方法、手段的綜合性，掌握綜合的知識，培養(yǎng)綜合考慮問題的思維方式，運(yùn)用綜合的方法和手段來分析問題解決問題，達(dá)到能力、素質(zhì)的綜合培養(yǎng)。

網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的不斷出現(xiàn)促使課后練習(xí)和考試形式的改革。在教學(xué)評價改革中，考試成績?nèi)匀蛔鳛閷W(xué)生評估的一個重要部分，與改革前不同的是，改革后學(xué)生的考試成績不再是以期末紙質(zhì)考試成績作為唯一考查憑據(jù)，而是以組內(nèi)評議、自我評議、教師評議相結(jié)合的方法，從多個角度對學(xué)生的學(xué)習(xí)、態(tài)度、實(shí)踐能力進(jìn)行評估。學(xué)生評估中還可以進(jìn)行中間過程監(jiān)控，從態(tài)度、能力、階段性考核等多方面對學(xué)生進(jìn)行考核，將以往以一次考試作為學(xué)生學(xué)習(xí)效果體現(xiàn)的形式，改變?yōu)槎啻沃虚g過程化考核，每一次評價不僅是對上一個階段的總結(jié)，也是對下一個階段的指導(dǎo)，從而更好地推動學(xué)生的主觀能動性，提高學(xué)習(xí)熱情。課后項(xiàng)目練習(xí)中包括課堂作業(yè)、課后作業(yè)等方式，都可以納入對于學(xué)生課程的考核。教師可以在在線教學(xué)平臺布置作業(yè)，學(xué)生將所完成的作業(yè)提交至平臺供老師進(jìn)行評閱；同時，老師在平臺中進(jìn)行在線答疑，改變了以往定時、定點(diǎn)的答疑方式。

此外，在新環(huán)境下，學(xué)生可以在移動終端上的過程化平臺APP中進(jìn)行課程的練習(xí)和考試的預(yù)約，并在預(yù)約時間內(nèi)到機(jī)房進(jìn)行各階段的過程化上機(jī)考核；教師也可以通過過程化考核平臺，查看學(xué)生平時的練習(xí)次數(shù)和練習(xí)情況。

2.執(zhí)行效果

自2012年起，筆者所在學(xué)院3個專業(yè)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中實(shí)行上所述教學(xué)改革，課程的分值分配實(shí)行平時成績占70%（包括數(shù)次過程化考核成績、出勤率、作業(yè)完成情況、課堂講授情況）、期末卷面成績占30%的計(jì)算方法，通過教學(xué)評價，學(xué)生調(diào)查等方式了解，教學(xué)改革后的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程，可以保持學(xué)生的積極性和興趣，同時從后續(xù)課程（c++、Java）等的完成情況來看，學(xué)生的實(shí)踐能力得到了明顯提高，該方式方法提高了學(xué)生的實(shí)際動手能力。表1是在實(shí)現(xiàn)教學(xué)改革后，學(xué)生期末考試成績的對比（2009-2011級），從中可以看出，通過教學(xué)改革，學(xué)生對于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識的掌握有了明顯提高。大多數(shù)學(xué)生通過多次實(shí)踐考核，實(shí)際動手能力都有明顯提高。

3.結(jié)語

運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的教學(xué)方式是對傳統(tǒng)教學(xué)方式的改造和創(chuàng)新，是適應(yīng)新的媒介技術(shù)發(fā)展的一次變革，是在遵循基本教育規(guī)律，嚴(yán)格按照教學(xué)目標(biāo)設(shè)置和教學(xué)大綱要求基礎(chǔ)上的開拓創(chuàng)新。該教學(xué)模式不僅適合于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程，還適合于其他計(jì)算機(jī)類基礎(chǔ)課程，其教學(xué)思路可以在更多的理工類課程中實(shí)施。當(dāng)然，在實(shí)際運(yùn)行和探索過程中也遇到了一些問題，這些問題也是下一步研究的重點(diǎn)：

（1）教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)合理性：目前教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)是以各課程的教師團(tuán)隊(duì)完成的，如何確保教學(xué)內(nèi)容的完整性、科學(xué)性和可執(zhí)行性，是接下來面臨的首要問題。

（2）評價體系的建設(shè)和完善：在評價體系中如何更科學(xué)、系統(tǒng)地評價學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)效果，以及如何評估教師在課程中的付出收獲比以及教學(xué)效果，是接下來研究的重點(diǎn)。

（3）教學(xué)管理問題：教育教學(xué)改革的推行帶來了授課方式、實(shí)踐教學(xué)的方式方法的改變，也為課程組織、課時安排、機(jī)房安排等傳統(tǒng)教學(xué)管理帶來了諸多挑戰(zhàn)。