基于PBL的數據結構教學模式研究與探討

毛勝利，馮運仿，程細才，劉志遠

（湖北理工學院計算機學院，黃石　435003）

基于PBL的數據結構教學模式研究與探討

毛勝利，馮運仿，程細才，劉志遠

（湖北理工學院計算機學院，黃石435003）

0　引言

在計算機專業課程體系中，數據結構課程不僅是一般程序設計的基礎，而且是設計和實現編譯程序、操作系統、數據庫系統及其他系統程序和大型應用程序的重要基礎，是一門承上啟下的核心課程。數據結構課程研究非數值計算的程序設計問題中計算機操作對象以及它們之間的關系和操作，課程內容多，比較抽象，算法也很繁雜。但學習本課程能夠很好地培養學生的數據抽象能力、算法設計能力和創造思維能力。因此本課程的教學效果的好壞，對學生的專業興趣、后續課程學習、就業能力都有重大影響。在傳統的“填鴨式”教學方法中，學生往往處于被動地位，阻礙了學生的主觀能動性，教學效果也不好。學校和教師也在不斷改進教學手段和教學方法，不斷運用現代教育技術發展的成果，如盡量多使用多媒體和動畫來輔助數據結構的教學，以期加強學生對數據結構課程知識的認識和掌握。但由于教學內容的組織與現實生活聯系不大，學生對知識點仍然無法理解，難以激發其學習興趣，學習效果難有改善，教師費神也費力。

近年來，基于問題的學習模式 （Problem-Based Learning，簡稱PBL）在大學教學中得到廣泛重視，并呈現出不同的形式和多元化的發展特色。PBL教學方法強調以學生的主動學習為主，從傳統教學中以教師的講授為中心轉變為以學生的學習為中心，注重能力培養多于知識傳授。PBL教學法的精髓在于發揮問題對學習過程的指導作用，調動學生的主動性和積極性。筆者在數據結構課程教學實踐中，運用PBL模式與傳統教學法相結合的方式進行教學，促使學生學習興趣有明顯提高，教學效果有明顯改善。

1　PBL模式的基本原理

基于問題的學習（PBL）方法是在20世紀60年代由西方學者首先提出，在醫學領域得到廣泛的推廣和應用。隨著教育改革的發展，該教育方法在其他學科也得到了廣泛的應用。PBL是以問題為基礎，以學生為主體，以小組討論為形式，在教師的參與下，圍繞某一具體的問題進行研究的學習過程。在基于問題學習中，要求教師成為促進者，并不是直接把知識結果告訴給學生，而是為他們創設問題情境，激勵學生主動去思考，讓他們通過分析思考問題，教師在旁邊給予適當的指導，給學生以心理上和知識上的支持，創設良好的學習氛圍，使學生的思維更加活躍。與傳統教學中強調以教師講授為主不同，PBL強調以學生主動學習為主，提倡以問題為基礎的討論式教學和啟發式教學，提高學生主動學習能力、分析和解決問題能力以及獨立思考能力和邏輯思維能力，同時培養學生的實踐能力和團隊合作精神［1］。PBL教學方法在醫學領域教育取得了成功之后，許多教育學者對其進行了深入的探討和研究。在不斷完善的教學體系中，已從當初的醫學教育領域走向其他學科教育領域。目前，我國在醫學、工程、網絡和中學教育等領域運用PBL教學方法已經取得了較好的效果。

2　高校數據結構課程教學存在的問題

數據結構課程是計算機專業的核心基礎課程，也是一門實踐性很強的課程。該課程教學效果的好壞會影響學生對后續課程的學習。目前，高校數據結構課程的教學主要以教師講授為主，學生只是被動地接受知識，因此教學效果往往不夠理想。

2.1教師存在的問題

通常情況下，數據結構課程的教學是以一門高級語言為基礎來展開教學的。但是在教學過程中，高級語言程序設計的教師和數據結構的教師往往不是同一人。講授數據結構課程的教師對學生程序設計語言的掌握程度并不了解，此時如果教學進度安排不合理，就會導致部分學生跟不上教學進度，從而對學習失去信心。另外，很多教師在教學時只是按照教材的先后順序來完成數據結構課程的教學，在教學過程中并沒有體現出數據結構教學的重點和難點，這就導致學生根本不清楚如何學習這門課程，學習這門課程到底有什么用。在實驗課和課程設計中學生也就不會運用所學的數據結構知識來解決遇到的問題，學習始終處于被動的狀態。在課堂教學時，教師們過分依賴多媒體課件的教學。由于講課速度快，信息量大，學生對教師所講授的內容并不理解，因此也就不愿意在這門課上花費太多的時間。在實踐教學時，教師給出的問題僅僅是對理論知識的簡單驗證，并且給出了大部分問題的源碼。學生僅僅停留在改正源碼的幾個錯誤上，遇到實際的問題還是不會分析，并且感覺無從下手。

2.2學生存在的問題

目前，我國大多數高校數據結構的前置課程為C語言程序設計，通常是安排在大學一年級學習。對于大多數學生來講，C語言作為入門的語言，是比較抽象難懂的。同時由于又沒有經過系統的編程訓練，學生普遍存在編程語言基礎薄弱，能看懂簡單的算法，但對簡單問題的編程卻無法下手。另外，大多數學生主觀學習的動力不夠，缺乏創新性思維的能力。每個學生把學習看成是自己的事情，與其他同學無關，沒有團隊合作精神。學生上課時只是被動地應付，導致大量問題的堆積，實驗程序和報告大量的拷貝，長此以往，就導致了自己學習信心的缺失，進而喪失了學習的興趣。

3　基于PBL模式的數據結構課程教學

PBL教學模式是以問題為基礎，在教師的協助和指導下，由學生組成團隊共同來完成教師提出的問題，這就對教師和學生提出了更高的要求。教師在設計問題時不僅要和教學大綱中的教學內容和教學要求相吻合，而且還要考慮學生的學習能力、學校的教學資源等相關問題；學生在有限時間內完成教師給出的問題，光靠書本上的知識是難以完成的，這就對學生的團隊協作能力和從教材以外獲取知識的能力提出了更高的要求。因此，如果僅僅是用PBL教學方法來完成數據結構課程的教學任務，對學生來講，有可能和教師當初想象使用PBL教學方法的教學效果相違背。第一，如果基本上以學生自主討論為主的教學方法，學生可能不適應；第二，學生由于受能力所限，在閱讀文獻時有可能不能很好地理解其中傳遞的信息，造成知識理解上的偏差，甚至錯誤。第三，由于數據結構課程的教學在學生入學的第三學期開展，學生的很多基礎知識的學習尚未完備，在解決實際問題時會感覺到較大的困難。因此，為了更好的完成數據結構課程的教學，筆者在教學實踐中構建了以 “傳統的教學方式為主，PBL教學方法為輔”的教學模式。即教學過程中以教師課堂講解為主，講授該課程的基本框架、基本理論，以及主要的學術觀點，讓學生了解基本的理論知識，然后在此過程中結合PBL教學法，提出一些現實的問題或者案例，指導學生分組分工協作，自主探究，根據自己構建的知識體系去解決實際問題，再由教師從中適當引導，最后學生在這整個過程中自己總結并領會學到的知識，加深印象，從而可以極大地提高學生的興趣和求知欲［2］。

3.1數據結構課程教學的難點和重點

目前，大部分講授數據結構課程的教師對學生的教學僅僅是按照課本的先后順序來完成本課程的教學，沒有體現出數據結構課程教學的重點和難點。因此學生在聽完該課程后，依舊對該課程中出現的數據結構和算法不能深入的理解，更加談不上靈活運用所學的知識來解決實際的問題。筆者認為，數據結構課程的重點在線性表、樹和圖這三個方面；難點則在學生對遞歸算法的理解上。下面，以數據結構課程的重點和難點為線索，教師在講解課本中的基本原理和算法的同時，引入PBL教學方法，來完成數據結構課程的教學。

3.2PBL 教學方法的運用

以遞歸算法為例，運用傳統教學方法和PBL教學方法相結合來完成遞歸算法的教學。

（1）在教學過程中，給出的具體問題如下。

（2）學生分組討論

在討論時，學生是按照學生個人的學習能力的高低來搭配分組的，每個小組由5人組成。在討論過程中，學生是可以發言和提問的。通過20分鐘的討論后，每個小組都得出了自己的答案。雖然學生們的答案不是全部正確，但是通過學生們有針對性討論和教師的講解，調動了他們的積極性，提高了學生們的學習熱情。隨后，教師引出書中的漢諾塔案例，然后學生們自主解決，取得了較好的效果。

（3）教師總結

通過上面課題的討論和分析，教師對遞歸算法完成過程中學生遇到的問題做出了進一步的講解。得出的結論是用樹形展開法來得到遞歸算法的結果是比較直觀和容易的，為后續章節樹和圖的算法講解打下了很好的基礎。通過運用PBL教學方法，加強了學生的遞歸算法閱讀訓練和模擬執行過程。學生們吸取算法精華，提高了編程能力。由于C語言程序宏觀上是按照順序執行的，按照上圖所示（1）-（5）的順序，很容易得到問題的結果。同時，在樹和圖中出現的算法都是以它們遍歷遞歸的算法為基礎的。學生們靈活掌握了遞歸算法的運用后，可以很容易地完成樹和圖中的另外一些算法的實現工作。

圖1　實例樹形展開法模型

在數據結構課程的實驗課和課程設計過程中，通過對PBL教學方法的運用，學生們很好地完成了教師布置的任務，學習積極性和自主學習能力得到的較大的提高。在第四屆全國大學生信息安全大賽和第三屆全國大學生軟件設計大賽中，學生獲得了一個全國二等獎和三個全國三等獎的好成績。

4　結語

在數據結構課程教學實踐中，筆者只是在傳統教學方法中引入了PBL教學法，讓學生在學習過程中嘗試完成一個個小項目，如本文中提到的漢諾塔案例，從中調動學生學習積極性來達到教學目的，探索和實踐了課堂教學過程中改變教師和學生單純的 “教-學”的傳統模式，提高了學生對知識的融會貫通能力，是對傳統教學法的有益補充。但作為一種開放型教學模式，PBL教學法對“教-學”的兩個因素，即教師與學生，要求都比較高。教師不僅要具備相關專業課程扎實的理論功底，而且要具備提出問題、分析解決問題和綜合運用知識的能力。除此之外，教師還必須具備掌控課堂的能力，要讓學生切實圍繞問題進行思考、展開討論、得出結論。對于PBL教學法實踐的主體學生而言，必須主動配合教師準備資料、確定項目、分組討論、研究設計和學習總結，既要主動學習、自主學習，又要相互學習。這也是筆者在引入PBL教學法進行數據結構課程教學實踐中遇到的問題和難度。因此，還需要進一步進行相關知識和經驗的積累，進一步嘗試一些新的方法和策略調動學生學習的主觀能動性，充分發揮PBL教學法的高效，切實提高教學質量。

［1］匡可風，蔡楚楚.PBL教學法在英美文學欣賞課上的適用性探索［J］.英語廣場（學術研究）2015（3）:95-96

［2］曹陽.PBL教學模式在高職實踐類課程中的應用研究［J］.遼寧高職學報，2015（1）:79-80

［3］龍云飛，葛圓圓，李志禮.PBL教學法在化工原理教學改革中的應用［J］.化工高等教育，2011，28（4）:97-99

［4］劉春城.PBL教學模式在工程訓練教學中的探索與實踐［J］.實驗技術與管理，2012（4）:158-161

［5］周忠信，陳慶，林藝雄，等.PBL教育模式的研究進展和現實意義［J］.醫學與哲學：人文社會醫學版，2007，28（8）：72-74.

［6］唐瑋.會計學教學新模式初探——基于PBL教學模式分析.中國會計學會會計教育專業委員會2010年年會暨第三屆會計學院院長（系主任）論壇.http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_7526575.aspx

Traditional Teaching；PBL Teaching；Recursive Algorithm

Research and Discussion on Teaching Model of Data Structure Based on PBL

MAO Sheng-li，FENG Yun-fang，CHENG Xi-cai，LIU Zhi-yuan
（Hubei Polytechnic university，college of computer science，Huangshi 435003）

1007-1423（2015）25-0010-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.25.003

毛勝利（1972-）男，湖北武漢人，本科學歷，研究方向為計算機網絡、信息安全專業相關等

馮運仿（1968-）男，教授，研究生，研究方向為計算機信息處理、數據庫專業等

程細才（1968-），男，湖北黃石人，碩士，講師，研究方向為信息技術

2015-08-20

2015-08-30

數據結構課程是一門計算機專業的核心課程，它在整個計算機專業課程體系中處于舉足輕重的地位。一直以來，數據結構的教學都存在著教學方法單一、學生學習困難、教學效率低等問題。結合數據結構課程的特點，提出傳統教學與PBL教學相結合的新的教學模式，并在數據結構課程教學中進行實踐。實踐結果表明，新的教學方法不僅提高了教師的教學質量，而且培養學生的學習興趣，提高學生自主獲取新知識的能力。

傳統教學；PBL教學；遞歸算法

湖北理工學院2014年度教學改革研究重大項目（No.2014A02）

劉志遠（1972-），男，湖北黃石人，教授，博士，研究方向為信息安全

Data Structure course is a core course of computer specialty，it plays an important role in the whole computer specialized curriculum system.The problem of single teaching method，student learning difficulties，low efficiency of teaching has always been in the teaching of data structure.According to the characteristics of data structure course，proposes the new teaching method to combine traditional teaching with teaching in PBL.And practices have been done in the teaching of data structure.Practices prove that the new teaching method not only improves the teacher's teaching quality，but also cultivate the students'learning interest.And it also improves the students‘independent learning abilities.