基于網絡新環境的數據結構課程改革

王祖儷　王娟　姜艷

摘要：以數據結構課程為例，分析該課程在現有網絡新技術、新環境下各環節的教學改革，說明執行的效果。

關鍵詞：教學改革；網絡新技術；PBL；微課；數據結構

0.引言

近年來，各種網絡新技術被社會廣泛關注，并受到大學教師和學生的青睞，互聯網技術的成熟和快速發展，使網絡新技術應用于教學成為可能。隨著大學生電腦擁有量的增多和手機等移動終端的普及，許多大學生已經習慣利用網絡獲取自己需要的知識和信息，互聯網的發展正在對大學的教學過程產生潛移默化的滲透和影響，進而必將最終影響課堂教學的方式和手段。

網絡新技術的應用能夠讓學生感受到更適合自身特性發展的愉悅的學習體驗，給課程教學提供一個全新的信息傳播媒介，翻轉課堂、慕課、微課等多種教學形式應運而生，讓師生互動的方式更加多元化，互動的效率大幅提高，激發了學生學習的主動性和對課程的參與欲望。同時，由于網絡的特性，使得師生之間在網絡空間的交流更加平等，實現了教學相長和多維度的師生互動。

數據結構課程是計算機及相關專業的一門非常重要的基礎理論課程，一般安排在大二上學期或下學期開展教學。在這個階段，學生已經進行了必要先導性課程的學習（通常是一門基礎程序設計語言（c語言）和計算機基礎常識），掌握了基本的程序設計概念和方法，具備上機編程和調試的基本技能。如同其他計算機基礎課程，數據結構課程以往的定位是基礎理論課程，純粹的課堂理論和算法的講解比較枯燥，對于低年級的學生來說，在對計算機科學理論欠缺的情況下，他們對理論化的教學方法接受起來較為吃力，無法把前一學期/學年所學的內容與本門課程內容聯系在一起，不知道學了該門課程有什么用，這使學生往往對該門課程的學習處于茫然狀態，導致學習效果不佳，加之沒有良好的學習語言的方式方法，初學者往往能讀懂語法，但卻無法自行編寫較復雜的程序，加之低年級學生實踐機會少，上機調試程序更加困難，從而導致學生在后續課程中遇到問題時，不知道如何將以往所學知識應用于其中，實際動手能力較差。

1.基于網絡新技術下的改革

1.1教學內容的改革

數據結構是專業方向基礎理論課，教學大綱和知識相對固定，但每個知識點的應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合；鏈表可以與約瑟夫環問題結合起來，圖的各種問題在現有很多游戲算法中的應用等。基于這點，在新環境下我們在數據結構各章理論介紹的最后章節，適當將現有實際的應用，特別是新技術的應用介紹加入其中豐富教學內容。此舉將枯燥的理論知識與實際的應用結合在一起以增加學生學習的興趣，也可以讓學生更好地理解所學知識的應用范圍。

1.2教學資源的多種渠道分享和發布

在新網絡環境下，所教授的知識不再是僅僅通過書本來進行傳遞，網絡存儲、云盤和在線教育平臺等都成為教學資源發布的各種渠道。在此情況下，我們鼓勵老師將數據結構的各種教學資源，利用多種渠道進行發布和共享。當學生在課程中遇到問題，可以借助教學平臺、網絡論壇、搜索引擎等多方面進行搜索得到解答。同時，教師也可以借助龐大的網絡資源找到合適的教學素材，如實例、PPT、圖片、程序代碼、習題等，進行再次加工后，成為對自己有用的資料。

1.3教學形式的多元化改革

在數據結構理論教學的改革中，首先的舉措是形成教學團隊。團隊中包括講授計算機基礎理論課程多門相關課程的老師（如C語言、數據結構），由教學團隊共同確定基礎課程的教學內容中涉及的知識點，并對知識點進行難易程度的劃分。在教學目標、教學設計、教學評價等階段進行統一規劃，對教學大綱進行修改，調整理論教學與實踐教學的比例，理論教學環節應充分體現教師講授和學生主動學習相結合的教學理念，培養學生自我學習和團隊協作的能力。實踐教學環節體現以學生為主的任務驅動教學理念，發揮學生的知識運用能力和實際動手能力等。

在理論教學環節，打破傳統的被動教學方式，建立以講授為基礎的教學（1ecture based leaming LBL）和以問題為基礎的學習（problem based learning，PBL）相結合的教學模式。

在基于LBL的教學方式中，每個章節的核心知識點由教師以課堂講授的方式來完成，這些知識點往往較為復雜，在講授過程中教師可以運用多種教學手段（如動畫演示、實例講解等方式），來幫助學生理解相對復雜的知識點，同時將以往在實驗環節開設的驗證性實驗內容放在課堂上作為核心知識點的實例演示完成，以加強學生對于理論知識的形象理解。

微課、慕課等多種教學形式的引入，不僅豐富了課堂形式，也為學生提供了更多的教學素材，方便學生課后對于知識點的更進一步掌握。例如，由于課堂課時的限制，不能詳細地說明鏈式結構的一種典型應用——約瑟夫環，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、實例展現等步驟，通過由理論到實踐、化難為易的思路設計，深入淺出地介紹了約瑟夫環的應用。學生可以利用對微課的學習，更好地掌握約瑟夫環的算法，從而較好地理解鏈式結構的概念和應用。

1.4課后練習和考試的改革

在課堂教學改革的同時，也需要對實踐環節進行改革，在實踐環節的設計過程中，教學團隊整合實驗內容，按照循序漸進、由淺人深的原則，取消驗證性實驗，強調設計性實驗和綜合性實驗的設計。設計性實驗分為完整設計和部分設計兩種，完整設計需要學生利用所學內容找到解決問題的方法并實現；部分設計往往以編程填空的形式出現，基本思路已經在題目中展現，主要考查學生對于復雜結構和程序設計的能力。綜合性實驗是指實驗內容涉及本課程的綜合知識，或與本課程相關的課程知識的實驗，此類實驗的設計目的在于通過實驗內容、方法、手段的綜合性，掌握綜合的知識，培養綜合考慮問題的思維方式，運用綜合的方法和手段來分析問題解決問題，達到能力、素質的綜合培養。

網絡新技術的不斷出現促使課后練習和考試形式的改革。在教學評價改革中，考試成績仍然作為對學生評估的一個重要部分，與改革前不同的是，改革后學生的考試成績不再是以期末紙質考試成績作為唯一考查憑據，而是以組內評議、自我評議、教師評議相結合的方法，從多個角度對學生的學習、態度、實踐能力進行評估。學生評估中還可以進行中間過程監控，從態度、能力、階段性考核等多方面對學生進行考核，將以往以一次考試作為學生學習效果體現的形式，改變為多次中間過程化考核，每一次評價不僅是對上一個階段的總結，也是對下一個階段的指導，從而更好地推動學生的主觀能動性，提高學習熱情。課后項目練習中包括課堂作業、課后作業等方式，都可以納入對于學生課程的考核。教師可以在在線教學平臺布置作業，學生將所完成的作業提交至平臺供老師進行評閱；同時，老師在平臺中進行在線答疑，改變了以往定時、定點的答疑方式。

此外，在新環境下，學生可以在移動終端上的過程化平臺APP中進行課程的練習和考試的預約，并在預約時間內到機房進行各階段的過程化上機考核；教師也可以通過過程化考核平臺，查看學生平時的練習次數和練習情況。

2.執行效果

自2012年起，筆者所在學院3個專業的數據結構課程中實行上所述教學改革，課程的分值分配實行平時成績占70%（包括數次過程化考核成績、出勤率、作業完成情況、課堂講授情況）、期末卷面成績占30%的計算方法，通過教學評價，學生調查等方式了解，教學改革后的數據結構課程，可以保持學生的積極性和興趣，同時從后續課程（c++、Java）等的完成情況來看，學生的實踐能力得到了明顯提高，該方式方法提高了學生的實際動手能力。表1是在實現教學改革后，學生期末考試成績的對比（2009-2011級），從中可以看出，通過教學改革，學生對于數據結構知識的掌握有了明顯提高。大多數學生通過多次實踐考核，實際動手能力都有明顯提高。

3.結語

運用網絡新技術的教學方式是對傳統教學方式的改造和創新，是適應新的媒介技術發展的一次變革，是在遵循基本教育規律，嚴格按照教學目標設置和教學大綱要求基礎上的開拓創新。該教學模式不僅適合于數據結構課程，還適合于其他計算機類基礎課程，其教學思路可以在更多的理工類課程中實施。當然，在實際運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：

（1）教學內容的設計合理性：目前教學內容的設計是以各課程的教師團隊完成的，如何確保教學內容的完整性、科學性和可執行性，是接下來面臨的首要問題。

（2）評價體系的建設和完善：在評價體系中如何更科學、系統地評價學生的學習態度、學習能力、學習效果，以及如何評估教師在課程中的付出收獲比以及教學效果，是接下來研究的重點。

（3）教學管理問題：教育教學改革的推行帶來了授課方式、實踐教學的方式方法的改變，也為課程組織、課時安排、機房安排等傳統教學管理帶來了諸多挑戰。