自我導向式情景教學方法在數據結構課程中的應用

郭海鋒

(浙江工業大學 信息工程學院，杭州 310023)

自我導向式情景教學方法在數據結構課程中的應用

郭海鋒

(浙江工業大學 信息工程學院，杭州 310023)

以當前大學生的心理需求為視角，審視傳統的教學理念和教學模式，并針對理工科一類抽象、晦澀的課程，提出以學生為主導的自我導向式學習理念，并設計情景教學方法實踐此種理念，使學生在教學活動中擁有更多的參與權和控制權，由被動地接受知識轉變為主動地學習知識，體驗了一種全新的教學模式，為推動教學改革提供了一種可借鑒的方法。

數據結構;情景教學;自我導向學習

情景教學方法在初等教育中應用得較為廣泛，對啟迪學生思維，深入理解課程內容起著重要的作用。但是，在高等教育中，此種有效的教學方法卻鮮見于大學課堂。尤其是理工類課程，盡管教師和學生經常被一些深奧的概念或公式或原理所困惑，但很少有教師通過情景化的方式詮釋上述晦澀的知識。《數據結構》即是一門公認的計算機類較難理解的課程，本文以此課程為對象，采用自我導向式的學習理念，并運用情景教學方法，對該課程的教學模式進行全新的嘗試。

1 數據結構課程在教學中存在的問題

數據結構是一門研究非數值計算程序設計問題中有關計算機的操作對象以及它們之間的關系和操作等的課程［1］。數據結構課程的核心思想可概括為以下幾個方面:①討論數據之間的關系，重點討論一對一、一對多、多對多三種基本關系;②圍繞三種基本關系，討論表示數據之間關系的邏輯結構和存儲結構;③在①和②基礎之上，討論一些經典的算法，使學生逐漸建立起對“計算”的理解。

在教學過程中發現，學生對①的理解較容易，對②中存儲結構的理解相對較難，對③中算法的理解則僅限于表面的思想，對算法在計算機中的實現機理及計算過程則難以理解。以圖的存儲結構為例，教材中一般會給出鄰接矩陣和鄰接表兩種常用的存儲方式，但是介紹這兩種存儲方式時通常采用精煉的類C語言進行形式描述，這種描述方式非常抽象，學生很難理解，僅能想象鄰接矩陣和鄰接表在計算機中可能的存儲形式。由于對一些基本的概念、定義學生無法理解，導致學生在上機操作中更是無從入手，頭腦中沒有一個整體的邏輯思路，無法將一個算法從偽代碼描述轉化為可執行的程序。

綜合分析，產生上述問題的原因在于以下幾個方面:①學生對程序設計本身沒有一個透徹的理解，缺乏基本的程序設計思想，在接受數據結構相關知識時不能夠用程序設計的思維去理解數據在計算機中的組織形式;②學生對指針的理解和掌握相對較難，而數據結構相關知識的描述均是通過指針實現的，學生在學習過程中只能想象指針在計算機中是如何運作的，無法建立起直觀的印象;③教師對數據結構相關內容的用途講述得不夠清楚，學生學習過程中非常困惑的就是所學內容究竟能做什么。大學課堂上講授的計算機軟件設計方面的課程大部分內容都是圍繞著工程應用，即如何使用所學的課程，這樣一種慣性思維使學生在接受數據結構課程時便無所適從，從而導致學生學習的目的性和動力性不足;④教師在講授過程中缺少必要的情景展示環節，數據結構的內容邏輯性非常強，但是這種邏輯性不是通過數學公式的形式表現的，而是通過嚴謹的算法步驟實現的，這些算法的表現形式及實現對學生而言是不可見的，即學生缺乏一種直觀的工具或平臺加深對數據結構相關概念和算法的理解。

2 自我導向式的情景教學方法

2.1 自我導向學習

大學課堂的授課模式傳承至今，教師與學生在教學活動中的角色幾乎沒有多大的改變，教師控制著整個教學環節，學生被動地接受，即便是借助了最新的多媒體技術，也依然沿襲著“填鴨式”的授課模式。這種授課模式和學習方式，已不適應當前以90后為主體的大學生的心理需求，抑制了學生學習的積極性。

為適應當前大學生的這一需求，本文將自我導向學習理念引入到教學計劃和活動中，強調讓學生擁有更多的參與權與控制權，改變傳統教學模式中教師獨占控制權的情形。自我導向學習(self-directed learning)自1966年由Tough提出后，這個詞語即被廣泛使用。所謂“自我導向學習”是一種自我學習知識的方法，是指學習者不論有沒有他人協助，都能以個人為中心，主動根據自己的學習需求，建立一個學習目標，應用現有的學習資源或尋找各種學習資源，選擇安排適合自己的學習計劃、學習方法，進行學習，從而達到自己的學習目的，評價自己的學習效果。Tennant于1992年提出了階段性自我導向學習模式(The staged self-directed learning model)，簡稱SSDL模式［2］。階段性自我導向學習模式假設學習者階段性的增進自我發展，而教師可以促進或阻礙這種發展。良好的教學能配合學習者所處的自我導向學習傾向階段，有助于提高學習者的自我導向學習傾向。Tennant將自我導向學習傾向定義為:在教學情境中，學習者有更多的選擇權。然而，自我導向學習傾向并非全部與情境有關，也與個人的性格特質相關。這種自我導向學習傾向的個人特質一旦發展出來，它便會出現在各種不同的學習情境中。

2.2 情景化的教學軟件

在倡導全新的學習理念以適應當前大學生的心理需求的同時，也需要營造能支撐這種新的學習理念的客觀環境，因此，情景化的教學軟件及多媒體設備是教學環節的重要因素。就數據結構課程而言，可用于情景化教學的軟件相對較少，主要有以下幾種:

(1)嚴蔚敏等開發的數據結構算法演示軟件，該軟件是清華大學嚴蔚敏教授編著的《數據結構》教材的配套演示軟件［1］，對80多個算法進行了可視化的動態模擬演示，加深學生對一些復雜抽象算法的理解。

(2)高翔開發的數據結構教學輔助系統，該系統采用Applet技術實現算法的圖形化演示功能，并同步給出算法的源代碼，使學生在觀察動畫的過程中能夠實時查看源代碼的執行情況［3］。

(3)Gustafson等開發的BinaryTreesome軟件，由于數據結構中樹、圖結構對初學者而言是最抽象、最難以理解的，因此該軟件主要針對典型的二叉樹結構，以Applet為開發工具，設計了一個以學生操作為主的二叉樹可視化軟件。在該軟件使用過程中，學生既可以親自設計不同的二叉樹，同時還可以在設計過程中查看相關算法的程序代碼，提高了學生學習的興趣，也加深了對算法的深入理解。

(4)Dershem等設計的JVALL軟件，該軟件主要是對鏈表的存儲結構和動態生成過程進行可視化的演示［4］，在功能設計時也充分考慮了學生的參與性，學生可以向鏈表中動態地插入結點和刪除結點，使學生對鏈式存儲結構所涉及的指針、結點、鏈接表等概念有了非常直觀的認識。

2.3 情景教學方法

學習和接受知識的最直接有效的途徑便是通過感觀，情景教學法即是根據授課的內容構建一定的情景，使學生身臨其境，感受直觀真實的印象，激發學生愉快積極的情緒，從而使學生愉快地學習，提高教學效率，其核心在于激發學生的興趣和情感［5］。此種教學方法可與自我導向學習理念進行有效地結合，即自我導向學習強調學生的主動參與和自主控制，情景教學方法則為學生的參與和控制提供一個平臺，兩者的結合則能夠激發學生的學習興趣，使學生由被動地接受知識轉變為主動地學習知識、探索知識，教師在整個環節中起到指導性的作用。

自我導向式情景教學的實施原則可概括為以下幾點:

(1)充分了解當前大學生的共性心理需求，向學生倡導的學習理念也應與時俱進。比如當前90后大學生的群體性特征為追求個性化和自我控制欲，因此要求教師在授課過程中能將他們的共性特征充分利用起來，向他們傳遞學習理念時也應符合他們的心理特征，而不能一味地“說教式”的傳達。

(2)對教學大綱應進行細致化的設計，即要根據實驗條件和知識的特點將授課內容劃分為教師主導的內容和學生主導的內容。前者以教師講授為主，后者則以學生操作為主。值得一提的是，本文所述教師講授的內容并非教材中的概念和原理，而是指教師應圍繞某個概念或原理設計相關的應用案例，在講授過程中以應用為切入點，引導學生去思考解決這一應用問題所需要的知識，逐漸引出概念和原理。

(3)充分利用情景化教學軟件或自行設計開發情景化教學軟件，讓學生通過操作和感觀去理解教材中抽象的概念和晦澀的原理。在這一過程中，教師應充分了解和掌握已有的情景化教學軟件，針對不同的內容采用最合適的軟件，然后將操作權完全交給學生，讓學生親自去練習相關的知識點。

自我導向式情景教學方法的益處在于:①讓學生參與到教學活動中，給予他們更多的參與權和控制權，使他們由被動地接受知識轉變為主動地學習知識;②通過精心設計一些學生感興趣的情景，可以激發學生興趣和加強學生興趣的培養，因為興趣是思維發展的巨大動力，是最積極的內在學習動機;③通過情景教學方式，可以使教材中的抽象理論有形化和具體化，有助于學生理解和記憶。既可以提高學生的記憶效率，又能夠啟發學生的邏輯思維，拓寬學生的學習思路;④情景教學方法，有助于學生創造性地把書本知識轉變為自己的智慧和能力，從而為培養出創造型、高素質的現代化人才奠定基礎。

3 教學案例

本文以數據結構中向鏈表中插入一個結點為例，介紹自我導向式情景教學方法的實施要點。按照傳統的教學方式，教師通常采用黑板或PPT展示一下結點的存儲結構，即數據域和指針域，然后講授插入結點時插入點前后結點指針的變化情況，接下來便給出上述操作的算法偽代碼，對代碼加以解釋便結束該部分內容的講授。

按照本文提出的教學模式，整個教學環節則應按如下方式進行:

(1)先讓學生通過情景化軟件用數組的方式存儲一個線性序列的數據，然后頻繁地增加、刪除線性序列中的數據，并要求他們觀察數據在數組中如何頻繁的移動，引導學生發現此種情況下數組存儲結構的缺陷。

(2)引導學生在情景化教學軟件中通過鏈表存儲上述數據，鏈表的創建過程學生可以動態地實現，同時學生還能夠觀察創建過程中各變量的變化過程及代碼的執行位置。

(3)待學生了解和掌握了鏈表的動態創建過程后，便要求他們去實現向鏈表中插入一個新的結點，并觀察在鏈表中插入結點時的動態過程與(1)在數組中插入結點的動態過程有何異同，哪個效率更高?

(4)學生通過實際的情景化操作，一方面對教材中抽象的概念有了非常直觀的認識，另一方面也能夠容易地比較出各種算法的優缺點。

(5)最后，教師針對學生實際操作過程中的疑問及教材中的相關概念和基本理論進行必要的講授，如此教學模式達到了事半功倍的效果。

4 結語

①自我導向學習理念適合當前以90后為主體的大學生的心理需求，能夠使這一群體的共性特征得到充分的發揮。②情景教學方法能夠使學生對抽象的概念、算法和基本原理等快速地理解，極大地提高了學生學習的積極性。③教學案例表明，以學生為主導的自我導向式教學模式，能夠使學生由被動地接受者轉變為主動地學習者，在心理感受上產生一個根本性的改變，為推動當前教學改革提供一個新的思路。

［1］ 嚴蔚敏，吳偉民.數據結構［M］.北京:清華大學出版社，2001.

［2］ Tennant，Mark.The Staged Self-Directed Learning Model［J］.Adult Education Quarterly，1992，42(3):164 －166.

［3］ 高翔.用Java多線程實現數據結構算法動態演示［J］.北京聯合大學學報，2002(6):63－66.

［4］ Dershem，H.L.，McFall，R.L.，Uti，N.Animation of Java Linked Lists［J］.ACM Sigcse，2002(3):53 －57.

［5］ 李再友.情景教學在高職軟件開發教學中的探索與應用［J］.科學咨詢:科技管理，2010，22(8):110－111.

Application of self-directed scene teaching method in data structure courses

GUO Hai-feng

(College of Information Engineering，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310023，China)

This paper examines the traditional teaching concept and modes from the angle of current college students＇psychological need.Aiming at the abstract and obscure courses of science and engineering major，it presents a student－centered concept of self－directed learning method and designs the scene teaching methods to practice it，which makes students have more rights of participation and control in teaching activities.And the role of students transfers from passively accepting knowledge to actively learning knowledge.The brand-new teaching mode provides references for promoting the reformation of teaching methods.

data structure;scene teaching;self-directed learning

G642

A

1009－3907(2011)04－0084－03

2010-12-27

國家自然科學基金項目(50908213)

郭海鋒(1977-)，男，吉林松原人，講師，博士，主要從事智能信息處理、智能交通方面研究。

責任編輯:劉 琳