數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程實驗分層教學(xué)的探索和實踐

劉忠民,李廣瑞

（南昌航空大學(xué) 軟件學(xué)院，江西 南昌 330063）

0 引 言

國外在20世紀(jì)60年代廣泛實施分層教學(xué),理想化的做法是能根據(jù)每個學(xué)生的個體差異進(jìn)行有差別的教學(xué),使每個學(xué)生都能揚長避短,獲得最佳發(fā)展。目前國內(nèi)比較多見的分層教學(xué)是按班級的不同實行差別化教學(xué),如英語課程的快慢班、高等數(shù)據(jù)課程的AB班等。在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中也有采用分層教學(xué)的先例,主要做法是在學(xué)校層面根據(jù)不同專業(yè)對本課程的要求進(jìn)行歸類,以大班的形式組織分層教學(xué)[1]。存在的問題是分層的粒度比較粗,無法解決在一個大班內(nèi)由學(xué)生基礎(chǔ)的差異性而導(dǎo)致的教學(xué)困境。

程序設(shè)計基礎(chǔ)是對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)影響最大的先修課程,這門課學(xué)完后,學(xué)生的編程能力差異很大,有小部分學(xué)生已經(jīng)掌握了一定的編程技巧,但有更多的學(xué)生甚至不怎么會編程,在基礎(chǔ)不牢的情況下來學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識,導(dǎo)致顧此失彼。為了改善數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)質(zhì)量,課題組以實驗教學(xué)為突破口,進(jìn)行了積極有益的探索,實踐了班級內(nèi)的分層實驗教學(xué)。以尊重學(xué)生個體差異性為前提,力求使學(xué)生發(fā)揮各自的潛能,取得更好的學(xué)習(xí)效果,達(dá)到提升整體教學(xué)水平的目的。

1 實驗教學(xué)改革的舉措與實施

1.1 學(xué)習(xí)對象柔性分層

在課程的開始階段,將學(xué)生分為學(xué)有余力型、學(xué)能自力型和學(xué)有困難型3個層次[2-3],對各層次的學(xué)生特點及情況進(jìn)行分析。

(1) 學(xué)有余力型。這類學(xué)生基礎(chǔ)好,接受能力強(qiáng),能觸類旁通,能比較輕松掌握課堂上的知識并在實驗中比較好地運用,并有能力幫助其他同學(xué)。這類學(xué)生數(shù)量較少,約占總體的15%。

(2) 學(xué)能自力型。這類學(xué)生基礎(chǔ)一般,接受能力一般,遇到問題時經(jīng)過適當(dāng)?shù)狞c撥就可以完成實驗任務(wù)。這類學(xué)生在班級里數(shù)量居多,大致占60%。他們是課堂組織過程中需要特別重視的群體,為老師課堂任務(wù)的設(shè)計、任務(wù)的難度和完成的時間等提供重要的依據(jù)。

(3) 學(xué)有困難型。這是一類特別需要幫助的學(xué)生,他們的基礎(chǔ)知識和實驗技能都比較貧乏,因為基礎(chǔ)薄弱,所以不自信,導(dǎo)致學(xué)習(xí)進(jìn)展緩慢。這類學(xué)生數(shù)量不少,在班級中約占25%。

在實驗教學(xué)中使用柔性分層[2,4]。一方面,由于教師與學(xué)生接觸有限,難以充分了解學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、行為習(xí)慣、心理特征等具體差異,隨著本門課程教學(xué)工作的推進(jìn),學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況會發(fā)生變化,體現(xiàn)出來的實驗?zāi)芰σ矔粩嘧兓Ａ硪环矫?分層對學(xué)生是一件比較敏感的事,因此最好進(jìn)行隱性分層。分層不是固定不變的,教師要根據(jù)學(xué)生的變化做出合理的調(diào)整,鼓勵學(xué)生由較低層次向較高層次遞進(jìn)。

1.2 設(shè)立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程預(yù)備實驗

通過對以往的教學(xué)進(jìn)行總結(jié)發(fā)現(xiàn),很多學(xué)生存在共性的編程障礙,這些編程障礙會嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)和實驗效果,為此我們設(shè)立了課程預(yù)備實驗,要求學(xué)有困難型的學(xué)生必須參加,其他層次學(xué)生根據(jù)自身的情況選擇參加。

我們精心編寫了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)預(yù)備實驗指導(dǎo)書,包括函數(shù)、指針和結(jié)構(gòu)體3個實驗項目,指導(dǎo)書包含較多的導(dǎo)學(xué)內(nèi)容,對基礎(chǔ)知識的介紹更加深入淺出,并結(jié)合程序?qū)嵗M(jìn)行講解;每個實驗項目包含由易到難的多個實驗任務(wù)。學(xué)生更容易著手實驗,有利于達(dá)到更好的實驗效果。

預(yù)備實驗的設(shè)立,力求彌補(bǔ)學(xué)生編程能力的短板,使得學(xué)生能將更多的注意力集中到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)本身知識的掌握運用上,減少顧此失彼的現(xiàn)象,有利于提升課程整體教學(xué)質(zhì)量。

1.3 進(jìn)行實驗項目中的實驗任務(wù)分級

以往不管基礎(chǔ)如何,水平高低,每個實驗項目學(xué)生必須完成難度基本相同的實驗任務(wù),每個實驗任務(wù)對學(xué)生都是挑戰(zhàn),學(xué)生普遍感覺比較難,但又沒有選擇的余地。相當(dāng)一部分學(xué)生甚至不知道如何著手實驗,教師的指導(dǎo)也就無從談起。為了改變這種狀況,我們編寫了實驗任務(wù)分級的實驗指導(dǎo)書,支撐實驗分層教學(xué)的開展。

(1)每個實驗項目設(shè)立多個難度不同的實驗任務(wù)。根據(jù)不同層次學(xué)生的特點,為每一個實驗項目擬定出“基礎(chǔ)級、進(jìn)階級和挑戰(zhàn)級”3個級別的實驗任務(wù),這些實驗任務(wù)難度逐漸遞增,供學(xué)生靈活選擇。

(2)教師指導(dǎo)學(xué)生選擇實驗任務(wù)。一般來說,學(xué)習(xí)困難型學(xué)生適合選做基礎(chǔ)級實驗任務(wù),學(xué)能自力型學(xué)生選做進(jìn)階級實驗任務(wù),學(xué)有余力型學(xué)生選作挑戰(zhàn)級實驗任務(wù),但學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)是動態(tài)變化的,教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自身具體情況進(jìn)行選擇。

(3)分級實驗指導(dǎo)書中有更多的導(dǎo)學(xué)內(nèi)容。在每個實驗項目的“基礎(chǔ)知識”部分,對實驗用到的基礎(chǔ)知識進(jìn)行了細(xì)致的解說,更利于學(xué)生碰到困難時參考;另外根據(jù)實驗任務(wù)的級別擬定出詳略不同的實驗指導(dǎo),特別是“基礎(chǔ)級”的實驗任務(wù),一般都設(shè)計了詳盡的實驗過程,便于較低層次學(xué)生學(xué)習(xí)參考。

(4)不降低總體實驗教學(xué)要求。每個實驗項目要達(dá)成的目的和要求對所有層次的學(xué)生是一致的。比如“棧的應(yīng)用”實驗,實驗?zāi)康氖恰袄斫鈼５幕咎攸c,掌握棧的順序存儲結(jié)構(gòu)的C語言定義,理解棧的各種基本操作,掌握基本操作的C語言實現(xiàn)”。實驗要求是“掌握棧的順序存儲結(jié)構(gòu),能夠理解運用棧這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)解決具體問題的方法,在此基礎(chǔ)上能使用棧來解決具體問題” 。

基礎(chǔ)級實驗任務(wù)為完成棧的定義、進(jìn)棧出?；静僮鞯膶崿F(xiàn)及驗證基本操作;進(jìn)階級實驗任務(wù)為編程檢查表達(dá)式括號(包括小括號、中括號和大括號)的匹配情況;挑戰(zhàn)級實驗任務(wù)為將中綴表達(dá)式轉(zhuǎn)換成逆波蘭式,然后對此逆波蘭表達(dá)式求值。難度逐漸遞進(jìn),但始終圍繞“?！边@個知識點。

從掌握基礎(chǔ)知識的角度來說,完成基礎(chǔ)級的實驗任務(wù)就基本能夠達(dá)到目的;但從能力訓(xùn)練角度來說,完成基礎(chǔ)級的實驗任務(wù)相比于完成挑戰(zhàn)級的實驗任務(wù),后者需要的能力要高出很多,在實施過程中結(jié)合實驗成績評定機(jī)制,最終達(dá)到更利于導(dǎo)學(xué),但不降低總體實驗教學(xué)要求的目的。

1.4 制訂具有激勵作用的實驗評分標(biāo)準(zhǔn)

學(xué)生對分?jǐn)?shù)非常敏感,恰當(dāng)?shù)膶嶒灣煽冊u分標(biāo)準(zhǔn)有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力,反之有可能會挫傷其學(xué)習(xí)積極性。課題組最初使用了常規(guī)的評分方式:一次實驗評分一次,完成一個基礎(chǔ)級實驗任務(wù)得60分,完成一個進(jìn)階級實驗任務(wù)得85分,完成一個基礎(chǔ)級再完成一個進(jìn)階級或直接完成一個挑戰(zhàn)級實驗任務(wù)得100分。該評分方式比較普通,實施效果不太理想。經(jīng)過改革探索,課題組決定采用總體評分方式。制訂具有激勵作用的實驗評分標(biāo)準(zhǔn),具體如下:

(1)完成2次挑戰(zhàn)級實驗任務(wù)60分,后續(xù)每多完成一次挑戰(zhàn)級任務(wù)加10分,完成6次以上得滿分。

(2)完成2次進(jìn)階級實驗任務(wù)相當(dāng)于1次挑戰(zhàn)級評分。

(3)完成2次基礎(chǔ)級實驗任務(wù)相當(dāng)于1次進(jìn)階級評分。

該評分標(biāo)準(zhǔn)以退為進(jìn),為學(xué)生設(shè)立較低的目標(biāo),完成6個挑戰(zhàn)級實驗就能拿滿分(事實上對我校層次的學(xué)生來說也很不容易),使學(xué)生更容易也更有想法去拿高分;其次挑戰(zhàn)級、進(jìn)階級和基礎(chǔ)級1:2:4的關(guān)系,能帶給學(xué)生強(qiáng)烈的心理沖擊,激發(fā)學(xué)生挑戰(zhàn)更高級別實驗任務(wù)的動力。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程共有10次實驗,按照該標(biāo)準(zhǔn),完成10個基礎(chǔ)級實驗任務(wù)也只能折合成2.5個挑戰(zhàn)級,也就是及格多一點,要想取得好成績這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,從而確保了在總體上不降低實驗教學(xué)的要求。

1.5 實現(xiàn)分層實驗教學(xué)管理

在實施分層實驗教學(xué)的過程中,實驗教學(xué)管理作相應(yīng)改革。

(1)引導(dǎo)學(xué)生自主選擇實驗任務(wù)。分層導(dǎo)學(xué)要求教師注重分層概念的理解和把握,并不是由教師根據(jù)學(xué)習(xí)成績簡單地把學(xué)生分成若干層次,而是讓學(xué)生根據(jù)自己的已有水平和知識技能,結(jié)合專業(yè)基礎(chǔ)和實踐能力,選擇適合自己層次的實驗任務(wù)為目標(biāo)。在這個過程中,學(xué)生的能動性得到了很好體現(xiàn),更容易從差異中找到平衡點,更利于學(xué)生的進(jìn)步和發(fā)展。

(2)注重對學(xué)生的引導(dǎo)。在實驗教學(xué)過程,教師應(yīng)鼓勵學(xué)生選擇適合自己層次的實驗任務(wù),同時也強(qiáng)調(diào)更高層級的實驗任務(wù)并不是那么高不可攀,在完成比較低層級的實驗任務(wù)后,繼續(xù)做出適時的努力,是有可能完成更高級別的實驗任務(wù)的。

(3)加強(qiáng)實驗結(jié)果的考核。對實驗情況進(jìn)行嚴(yán)格考核是一項非常重要的工作,要對實驗結(jié)果進(jìn)行嚴(yán)格檢查,不能圖省事直接予以認(rèn)可。通過對基礎(chǔ)知識、程序本身及算法等進(jìn)行提問可以比較準(zhǔn)確地做出判斷,一旦核實基本無誤后及時記錄,這對學(xué)生是個很好的認(rèn)可。

(4)認(rèn)可學(xué)生前期實驗項目的結(jié)果。在實驗過程中,有學(xué)生會請求檢查前一兩次實驗項目的結(jié)果,教師應(yīng)予以首肯,按照正常檢查的方式進(jìn)行核實。學(xué)生有這樣的請求是上進(jìn)的表現(xiàn),應(yīng)該多多鼓勵;另外對很多學(xué)生來說進(jìn)階級和挑戰(zhàn)級的實驗任務(wù)還是有相當(dāng)?shù)碾y度,課內(nèi)很有可能做不出來,事后愿意繼續(xù)努力完成實驗任務(wù)更值得鼓勵。

(5)加強(qiáng)分類指導(dǎo)。實施了分層教學(xué)后,自選實驗任務(wù),學(xué)生更容易著手實驗,提問題的學(xué)生明顯增多。在實驗中教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生層次的不同進(jìn)行差異化的指導(dǎo),對學(xué)有困難的學(xué)生經(jīng)常需要手把手去教,不能只做簡單指導(dǎo);對學(xué)能自力的學(xué)生則要根據(jù)學(xué)生特點的不同予以較多的引導(dǎo);對學(xué)有余力的學(xué)生則只需點到為止。

(6)給予足夠的耐心。特別需要注意的是,不能因為有些知識已經(jīng)講過幾遍了,就不屑于回答學(xué)生提出的“傻”問題,否則,久而久之,學(xué)生就會與教師越來越疏遠(yuǎn)?？赡艿那闆r是學(xué)生當(dāng)時根本沒有領(lǐng)會,也或者是忘記了,但不管什么原因,現(xiàn)在學(xué)生問了,說明他還是不會,并且還是想學(xué),這種積極性應(yīng)該予以呵護(hù)!

2 實施效果分析

在實施分層教學(xué)改革后,課題組及時對實施情況進(jìn)行評估。以合班上課的2013級3個班和2014級兩個班為例,其中2013級使用的是普通教學(xué)方法,3個班共105人;2014級使用了分層教學(xué)方法,2個班共75人。表1是實施分層教學(xué)前后實驗情況統(tǒng)計數(shù)據(jù)對照表,由于普通實驗教學(xué)的每個實驗任務(wù)都屬于挑戰(zhàn)級,分層教學(xué)的數(shù)據(jù)是折算成挑戰(zhàn)級后的次數(shù),折算時按前述的比例關(guān)系四舍五入。

表1 實施分層教學(xué)前后實驗情況統(tǒng)計數(shù)據(jù)對照表

統(tǒng)計數(shù)據(jù)中值得注意的是,實施分層實驗教學(xué)后超過1/3的學(xué)生完成了每次挑戰(zhàn)級的實驗任務(wù),累計完成挑戰(zhàn)級實驗6次(按分層教學(xué)的評分,實驗操作部分成績?yōu)?00分)以上的學(xué)生普通實驗教學(xué)占比11.43%,實施分層教學(xué)占比66.67%。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,實施分層教學(xué)后學(xué)生普遍能完成更多的實驗任務(wù),明顯取得了更好的實驗效果。

3 結(jié) 語

實踐證明,通過在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)中引入分層教學(xué)方法,學(xué)生可自主選擇更符合自己層次的實驗任務(wù),借助于更多的導(dǎo)學(xué)手段,學(xué)生更容易上手并完成實驗任務(wù),在整個學(xué)習(xí)過程中能夠逐漸積累自信,達(dá)到更好的實驗效果,因此,實驗分層教學(xué)是一種有效的教學(xué)方法。

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