數據結構課程實驗分層教學的探索和實踐

劉忠民,李廣瑞

（南昌航空大學 軟件學院，江西 南昌 330063）

0 引 言

國外在20世紀60年代廣泛實施分層教學,理想化的做法是能根據每個學生的個體差異進行有差別的教學,使每個學生都能揚長避短,獲得最佳發展。目前國內比較多見的分層教學是按班級的不同實行差別化教學,如英語課程的快慢班、高等數據課程的AB班等。在數據結構課程中也有采用分層教學的先例,主要做法是在學校層面根據不同專業對本課程的要求進行歸類,以大班的形式組織分層教學[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由學生基礎的差異性而導致的教學困境。

程序設計基礎是對數據結構影響最大的先修課程,這門課學完后,學生的編程能力差異很大,有小部分學生已經掌握了一定的編程技巧,但有更多的學生甚至不怎么會編程,在基礎不牢的情況下來學習數據結構知識,導致顧此失彼。為了改善數據結構課程教學質量,課題組以實驗教學為突破口,進行了積極有益的探索,實踐了班級內的分層實驗教學。以尊重學生個體差異性為前提,力求使學生發揮各自的潛能,取得更好的學習效果,達到提升整體教學水平的目的。

1 實驗教學改革的舉措與實施

1.1 學習對象柔性分層

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

(1) 學有余力型。這類學生基礎好,接受能力強,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。這類學生數量較少,約占總體的15%。

(2) 學能自力型。這類學生基礎一般,接受能力一般,遇到問題時經過適當的點撥就可以完成實驗任務。這類學生在班級里數量居多,大致占60%。他們是課堂組織過程中需要特別重視的群體,為老師課堂任務的設計、任務的難度和完成的時間等提供重要的依據。

(3) 學有困難型。這是一類特別需要幫助的學生,他們的基礎知識和實驗技能都比較貧乏,因為基礎薄弱,所以不自信,導致學習進展緩慢。這類學生數量不少,在班級中約占25%。

在實驗教學中使用柔性分層[2,4]。一方面,由于教師與學生接觸有限,難以充分了解學生的學習基礎、行為習慣、心理特征等具體差異,隨著本門課程教學工作的推進,學生的學習狀況會發生變化,體現出來的實驗能力也會不斷變化。另一方面,分層對學生是一件比較敏感的事,因此最好進行隱性分層。分層不是固定不變的,教師要根據學生的變化做出合理的調整,鼓勵學生由較低層次向較高層次遞進。

1.2 設立數據結構課程預備實驗

通過對以往的教學進行總結發現,很多學生存在共性的編程障礙,這些編程障礙會嚴重影響數據結構課程學習和實驗效果,為此我們設立了課程預備實驗,要求學有困難型的學生必須參加,其他層次學生根據自身的情況選擇參加。

我們精心編寫了數據結構預備實驗指導書,包括函數、指針和結構體3個實驗項目,指導書包含較多的導學內容,對基礎知識的介紹更加深入淺出,并結合程序實例進行講解;每個實驗項目包含由易到難的多個實驗任務。學生更容易著手實驗,有利于達到更好的實驗效果。

預備實驗的設立,力求彌補學生編程能力的短板,使得學生能將更多的注意力集中到數據結構本身知識的掌握運用上,減少顧此失彼的現象,有利于提升課程整體教學質量。

1.3 進行實驗項目中的實驗任務分級

以往不管基礎如何,水平高低,每個實驗項目學生必須完成難度基本相同的實驗任務,每個實驗任務對學生都是挑戰,學生普遍感覺比較難,但又沒有選擇的余地。相當一部分學生甚至不知道如何著手實驗,教師的指導也就無從談起。為了改變這種狀況,我們編寫了實驗任務分級的實驗指導書,支撐實驗分層教學的開展。

(1)每個實驗項目設立多個難度不同的實驗任務。根據不同層次學生的特點,為每一個實驗項目擬定出“基礎級、進階級和挑戰級”3個級別的實驗任務,這些實驗任務難度逐漸遞增,供學生靈活選擇。

(2)教師指導學生選擇實驗任務。一般來說,學習困難型學生適合選做基礎級實驗任務,學能自力型學生選做進階級實驗任務,學有余力型學生選作挑戰級實驗任務,但學生學習狀態是動態變化的,教師應指導學生根據自身具體情況進行選擇。

(3)分級實驗指導書中有更多的導學內容。在每個實驗項目的“基礎知識”部分,對實驗用到的基礎知識進行了細致的解說,更利于學生碰到困難時參考;另外根據實驗任務的級別擬定出詳略不同的實驗指導,特別是“基礎級”的實驗任務,一般都設計了詳盡的實驗過程,便于較低層次學生學習參考。

(4)不降低總體實驗教學要求。每個實驗項目要達成的目的和要求對所有層次的學生是一致的。比如“棧的應用”實驗,實驗目的是“理解棧的基本特點,掌握棧的順序存儲結構的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”。實驗要求是“掌握棧的順序存儲結構,能夠理解運用棧這種數據結構解決具體問題的方法,在此基礎上能使用棧來解決具體問題” 。

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

從掌握基礎知識的角度來說,完成基礎級的實驗任務就基本能夠達到目的;但從能力訓練角度來說,完成基礎級的實驗任務相比于完成挑戰級的實驗任務,后者需要的能力要高出很多,在實施過程中結合實驗成績評定機制,最終達到更利于導學,但不降低總體實驗教學要求的目的。

1.4 制訂具有激勵作用的實驗評分標準

學生對分數非常敏感,恰當的實驗成績評分標準有利于激發學生的學習動力,反之有可能會挫傷其學習積極性。課題組最初使用了常規的評分方式:一次實驗評分一次,完成一個基礎級實驗任務得60分,完成一個進階級實驗任務得85分,完成一個基礎級再完成一個進階級或直接完成一個挑戰級實驗任務得100分。該評分方式比較普通,實施效果不太理想。經過改革探索,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準,具體如下:

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

(2)完成2次進階級實驗任務相當于1次挑戰級評分。

(3)完成2次基礎級實驗任務相當于1次進階級評分。

該評分標準以退為進,為學生設立較低的目標,完成6個挑戰級實驗就能拿滿分(事實上對我校層次的學生來說也很不容易),使學生更容易也更有想法去拿高分;其次挑戰級、進階級和基礎級1:2:4的關系,能帶給學生強烈的心理沖擊,激發學生挑戰更高級別實驗任務的動力。

數據結構課程共有10次實驗,按照該標準,完成10個基礎級實驗任務也只能折合成2.5個挑戰級,也就是及格多一點,要想取得好成績這是遠遠不夠的,從而確保了在總體上不降低實驗教學的要求。

1.5 實現分層實驗教學管理

在實施分層實驗教學的過程中,實驗教學管理作相應改革。

(1)引導學生自主選擇實驗任務。分層導學要求教師注重分層概念的理解和把握,并不是由教師根據學習成績簡單地把學生分成若干層次,而是讓學生根據自己的已有水平和知識技能,結合專業基礎和實踐能力,選擇適合自己層次的實驗任務為目標。在這個過程中,學生的能動性得到了很好體現,更容易從差異中找到平衡點,更利于學生的進步和發展。

(2)注重對學生的引導。在實驗教學過程,教師應鼓勵學生選擇適合自己層次的實驗任務,同時也強調更高層級的實驗任務并不是那么高不可攀,在完成比較低層級的實驗任務后,繼續做出適時的努力,是有可能完成更高級別的實驗任務的。

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

(4)認可學生前期實驗項目的結果。在實驗過程中,有學生會請求檢查前一兩次實驗項目的結果,教師應予以首肯,按照正常檢查的方式進行核實。學生有這樣的請求是上進的表現,應該多多鼓勵;另外對很多學生來說進階級和挑戰級的實驗任務還是有相當的難度,課內很有可能做不出來,事后愿意繼續努力完成實驗任務更值得鼓勵。

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

(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講過幾遍了,就不屑于回答學生提出的“傻”問題,否則,久而久之,學生就會與教師越來越疏遠。可能的情況是學生當時根本沒有領會,也或者是忘記了,但不管什么原因,現在學生問了,說明他還是不會,并且還是想學,這種積極性應該予以呵護!

2 實施效果分析

在實施分層教學改革后,課題組及時對實施情況進行評估。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方法,3個班共105人;2014級使用了分層教學方法,2個班共75人。表1是實施分層教學前后實驗情況統計數據對照表,由于普通實驗教學的每個實驗任務都屬于挑戰級,分層教學的數據是折算成挑戰級后的次數,折算時按前述的比例關系四舍五入。

表1 實施分層教學前后實驗情況統計數據對照表

統計數據中值得注意的是,實施分層實驗教學后超過1/3的學生完成了每次挑戰級的實驗任務,累計完成挑戰級實驗6次(按分層教學的評分,實驗操作部分成績為100分)以上的學生普通實驗教學占比11.43%,實施分層教學占比66.67%。統計數據表明,實施分層教學后學生普遍能完成更多的實驗任務,明顯取得了更好的實驗效果。

3 結 語

實踐證明,通過在數據結構實驗教學中引入分層教學方法,學生可自主選擇更符合自己層次的實驗任務,借助于更多的導學手段,學生更容易上手并完成實驗任務,在整個學習過程中能夠逐漸積累自信,達到更好的實驗效果,因此,實驗分層教學是一種有效的教學方法。

[1]常曉娟, 王秀珍. 數據結構課程的分層教學模式[J]. 計算機教育, 2012(20): 50-52．

[2]孟祥林. 分層教學與教學過程最優化: 從中日美對比論我國的策略選擇[J]. 湖南師范大學教育科學學報, 2008(7): 60-65．

[3]楊豐玉, 陳英. WEB技術基礎課程教學的分層導學模式探討[J]. 教育教學研究, 2014(1): 42-45．

[4]孫雋, 楊延梅. 高校實驗課分層教學的改革探索[J]. 實驗技術與管理, 2016(7): 200-204．