研究性學習在《數據結構》課程中的應用與實踐

摘要：數據結構是計算機相關專業核心課程，為了提高課程教學效果，引入研究性學習的教學方式。本文分析了研究性學習教學方式的主要特點，設計適合研究性學習教學方式的教學模式，最后對研究性學習教學方法的關鍵影響因素和教學中的優勢進行了分析，實踐證明教學效果有了較大提升。

關鍵詞：研究性學習 數據結構 教學方法 高等教育

0 引言

在高等教育教學改革的浪潮中，研究性學習的教學方法成為國內和國外教育界關注的熱點。相對結果而言，研究性學習的教學方式更注重教學過程，其強調的不是向學生灌輸知識，而是讓學生帶著問題去探究，去尋找答案的過程中達到教學目的。研究性學習的教學模式是完全摒棄“灌輸式”教學的一種教學模式，更加突出學生教學中的主體地位和教師在教學中的主導地位。

“數據結構”不僅是計算機相關專業的核心課程，也是操作系統、編譯原理、數據庫系統等其他核心課程的先行課，在計算機相關專業的課程中地位非常重要。同時，數據結構又涉及較多的概念和算法，多年的教學經驗發現在該課程使用“灌輸式”的教學方法往往收不到好的教學效果，有必要嘗試新的教學方式。實踐中使用研究性學習的教學方法教授本科生數據結構課程，取得了比傳統教學方法更為顯著的效果。

1 研究性學習

研究性學習是指學生在教師的指導下，通過教師精心選擇的課題，以類似科學研究的方式，讓學生在學習過程中主動進行探究的一種教學方式。研究性學習的教學方式是在素質教學和創新教育的思想觀念下催生出的一種全新的教育模式，該方式實現了學生獲取知識的主動性、應用知識的獨立性、解決問題的實踐性。研究性學習的教學方式使得學生在學習的整個過程中改變了傳統的學習方式，拓展了學習的空間，也促使學生體驗探索式學習的學習活動。在研究性學習中，教師也改變了傳統角色，轉變為組織者、參與者和指導者[1]。

研究性學習的重要理論基礎是構建主義理論。構建主義理論認為：“知識不是被動接受的，而是認知主體積極構建的。”研究性學習充分體現了建構主義理論的學習觀，其主要有探究性、過程性、開放性、實踐性等特點[2]。

1.1 研究性學習的探究性。與傳統的講授法不同，研究性學習最重要的特點就是探究性，學生不簡單是知識的接受者，該教學方式鼓勵學生發現問題、研究問題、解決問題。

1.2 研究性學習的過程性。相比結果而言，研究性學習更重視過程，而結果顯得不是太重要，重要的是學生通過發現問題、研究問題、解決問題的過程，學生鍛煉了的實踐能力，并且也體驗到科學研究的過程。

1.3 研究學習的開放性。研究性學習的學習形式和學習內容都體現了開放性，教科書上和社會上的各種內容都可以成為研究性學習的主題，選題十分寬泛。再者，研究性學習的選題也不強調學科分類，可以是任何學科，也可以是交叉學科。

1.4 研究性學習的實踐性。研究性學習尤為重視實踐，這不同于一般課堂上的理論學習。學生要自己動手分析問題、解決問題，目的也不是獲得某些知識的記憶，而是學生在實踐中獲得的經驗和學習到的能力。

大學生思維也比較活躍，在高等教育中應用“研究性學習”有利于拓展學生開放性思維，有利于增加學生動手實踐能力，有利于提高學生綜合素質。研究性學習拓展了傳統課堂，不以知識的學習為目的，在開放性和實踐性的學習過程中初步體驗科研，在高校教學中應用和推廣研究性學習有重大意義。

國內外一些大學已經開始在教學中應用研究性學習，我校也在積極探索研究性教學和研究性學習方法，在部分高年級專業課程教學實施中已經取得良好的教學效果，下面具體敘述研究性學習的教學方法在數據結構課程上的應用。

2 教學模式設計

2.1 教學目標。本課程具體教學目標是：在教師主導下，學生理解課程中基本知識，掌握分析問題和解決問題的思路和方法，具備獨立思考能力，加強學以致用的實踐能力。學生不僅能夠理解各種數據結構的概念、內容，還能使用數據結構和基本算法解決特定的具體問題，初步體驗科學研究的基本過程。

2.2 教學過程和方法的設計。為實現數據結構教學目標需要設計具體的教學方法，研究性學習的教學方式比較復雜，需要多種基本教學方法的綜合使用。這里主要使用任務驅動法、范例教學法、討論法、講授法。綜合使用這些教學方法，逐步引導學生理解、掌握知識點，更重要的是學會使用數據結構去解決實際問題思路和方法，下面詳細敘述幾種教學方法的應用過程。

首先使用講授法，介紹本節需要掌握的課程具體知識。教師在使用講授法時，不能簡單像敘述教科書式的“空談”，應該使用圖文并茂的多媒體課件展示給學生，配以合適的動畫演示，讓數據結構課程中許多抽象的概念以形象的方式展示給學生，以便于學生理解。數據結構課程中許多抽象的概念可以找到很多生活中的例子，比如，棧的概念可以用洗碗的例子講解給學生，先洗好的碗是放置在最下面的，盛飯時最先使用的是最后洗好的那個碗。教師要以這些最貼近生活的例子講解給學生，往往學生最容易接受。學生只有充分理解課程中的基本知識，才可能使用這些知識來分析和解決接下來的問題。

然后使用范例教學法，教師對精選出基礎的范例進行分析和講解。這個過程非常重要，因為最后學生要完成的任務要參照這個范例的題解過程進行，所以范例講解一定要細致，以便學生能夠舉一反三。例如，在數據結構課程中最小生成樹一節中，可以以俄羅斯向我國輸送天然氣為例，讓學生設計天然氣管道路線圖，逐步指導學生使用最小生成樹方法尋找最短路徑，以節省成本。這樣的事實例子更能吸引學生，學生對整個學習過程的印象也更深刻。這個步驟在整個教學過程設計中起著承上啟下過渡作用，既讓學生鞏固和復習了上一過程中的基本知識，又為接下來為學生解決問題提供了參考。

接下來使用任務驅動法，教師給學生布置一個具體的任務，要求學生進行學習研究。教師根據實際情況，可以讓每個學生獨立完成，也可以將學生分成若干小組，各小組成員以協助的形式完成任務。這個環節是研究性學習的中心環節，學生在這個環節完成分析問題和解決問題的過程。由于本科生的研究性學習主要在課堂上完成，所以任務的難度一定要適度，學生完成任務的進度要在教師的掌握中，以便及時給予指導。

如果布置的任務有一定難度，完成任務環節可以加入討論教學法，教師根據學生進度，在適合時機給學生提供一些信息，啟發學生思路，引導學生充分利用信息去解決問題。討論教學方法也可以充分調動學生的積極性和主動性，為完成任務，學生會積極主動地闡明自己思路和疑問，并參與到討論中去。教師也能及時了解到學生的進展情況，有針對性地進行引導，幫助學生完成任務。

3 研究性學習教學方法的關鍵因素

3.1 教師的主導作用。教師的角色的轉變，是研究性學習教學方式的一個關鍵因素，首先是教師觀念上的轉換。傳統課堂上，教師的角色是知識的“傳播者”，而在研究性學習方式中，教師不僅要傳播知識，還要成為“編劇”，教師要將教材上的知識敘述，轉換為適合研究性學習方式的內容。教師還要成為“導演”，要精心設計并組織好課堂教學，賦予學生主體的角色，給學生發揮的空間，教師要掌控好教學設計在課堂上的進展情況。

其次是教師在教學行為上的變化，在研究性學習教學方式中，教師要有相應的指導方法，這些都是研究性學習教學方式實施的重要因素。第一，教師要把問題呈現給學生，要學生充分理解該問題；第二，指導學生利用已有知識思考問題，試探尋找解決問題的方法；第三，搜尋需要補充的知識，這里教師要讓學生掌握查尋資料的正確方法和渠道，直至解決問題。這個過程中還要鍛煉學生的思維能力，鍛煉學生獨立思考與組織分工能力，培養分析問題和解決問題的能力。

3.2 學生的主體作用。研究性學習一定要強調學生的主體作用，學生能否對課程有興趣和是否積極參與課堂，是保證研究性學習課堂效果的關鍵。因而，在課堂引入問題時，一定要用多種形式化的內容展示給學生， 盡量少的抽象枯燥教學內容，數據結構課程中的很多基本內容都能在生活中找到活生生的例子，把這些內容用動畫、圖像、圖形等多媒體形式演示給學生，大大增加直觀性和信息量，學生最容易接受，進而最大程度地提高學生的興趣和積極主動性。還可以試探加入一些學科前沿的課題內容，以增加教學內容的實用性和先進性，當然這些前沿性的內容也可以推薦能力強的學生作為研究性學習課堂外拓展的內容，這些內容能夠使學生的視野擴寬，促進教學內容和科研內容相結合。

3.3 教學資源整合。課程建設方面，重新制定了適合研究性學習的教學大綱、教學計劃，在院系網上存放了課程的電子教案、教學錄像、多媒體課件等教學資源并共享給學生，為學生開通專題論壇，學生可以在論壇上提問和討論，教師可以在論壇上提出和回答問題，以滿足研究性學習教學方式需要的教學資源。研究性學習教學方式和傳統課堂相比，需要更加豐富的教學資源，以保障教學過程正常進行[3]。

4 研究性學習在教學中的優勢

通過整個教學過程，發現研究性學習教學方式能夠較大提高學生綜合能力，具體體現在以下幾個方面：

4.1 有利于培養學生獨立自主學習能力。在課程學習過程中，不僅要求學生要掌握數據結構的基本知識，還要使用這些知識去解決問題。在教學過程中，能夠鍛煉學生自學能力和動手實踐能力，提高學生學習主動性，而研究性學習的優勢之一就是賦予學生更大的空間，讓學生學會自主學習[4]。

4.2 采用多種教學方法，使得教學過程更加靈活，講授法、范例教學法、任務驅動法的結合使用，大大豐富了課堂教學，改變原來較為單一的教學方式，教學內容也不是那么單調枯燥，更能激發學生的學習興趣。

4.3 初步體驗科學研究過程。在學生掌握一定知識基礎后。讓學生由問題切入，要求使用這些知識來解決實際問題，使得教學不簡單是知識傳授，還要鍛煉學生使用知識去解決問題的實踐能力。科學研究也是使用已有知識，針對未知領域進行研究探索的過程，發現問題、分析問題、解決問題的過程，研究性學習的引入大大擴展了課堂教學[5]。

4.4 更有利于建立新型師生關系。在教學過程中，學生的主體更突出，教師的主導作用更重要，教師與學生建立一種類似于研究生教育中的導師與學生的關系，在學習中交流比傳統教學中有更多的交流，更大限度發揮了教師的作用。

5 結束語

數據結構作為計算機相關專業的一門核心課，對后續課程重要影響，將研究性學習教學方式引入到數據結構課程教學中，能夠鍛煉學生獨立思考的能力，培養學生提出問題、解決問題的實際能力，對高等教育高素質人才培養有重要意義。

參考文獻：

[1]楊元曄，譚件偉.高等教育中研究性學習模式的應用初探[J].重慶工學院學報（自然科學版），2007，21（6）：144-147.

[2]候小靜，石念峰.數據結構課程中研究性學習教學模式的探討[J].2010，6（4）：914-915.

[3]布輝，劉冉.研究性學習教學模式在數據結構課程中的應用[J].2011，7（3）.583-585.

[4]羅俊麗.構建信息化課堂環境下的協作學習模式[J].科技信息，2013，6：280.

[5]李靜.研究性學習在《數據結構》課程中的應用研究[J].軟件導刊，2012，11（12）：222-223.

基金項目：許昌學院校級教研項目“研究性學習在計算機專業中的應用實踐——以《數據結構》為例”（編號：02013020）。

作者簡介：羅俊麗（1986-），女，碩士，助教，研究方向：信息檢索、網絡與信息安全。