基于建構主義打造知識共識的高校教學創新研究

李立?趙佳

摘要：《數據結構與算法》是計算機本科專業的一門重要的專業基礎課程。本課程教學以建構主義觀視角出發，注重情景、協作、對話、意義四要素在學習過程中的體現。強調對話式教學行為和協作式教學方法的使用，摒棄“精英式”教學方式，營造集體性知識氛圍，形成以“知識為載體”的新社交方式。深度挖掘“數據結構與算法”的交叉作用，發展學習者主觀能動性，以達到學習者對知識意義的理解過程的建立為目的，符合計算機基礎教育的新人才培養目標。

關鍵字：建構主義；集體知識氛圍；交叉課程

一、課程現狀

進入新世紀的第二個十年，為適應經濟社會發展新常態， 新工科教育的人才培養目標發生了巨大的轉變。互聯網+云計算、大數據、人工智能等新一代信息技術將成為構建計算機課程體系的核心內容。打造“1+X”新計算機課程體系，把體系內的任何一門計算機課程既當作1，也要把其當作其余課程的關聯知識 X。建設《數據結構與算法》課程必須緊緊圍繞課程特色，發揮其“通專”（通識課與專業課）交叉、“專專”（專業課與專業課）交叉的作用，為理工科基礎課程提供技術引導功能，在專業課程中尋找前沿應用情景以及結合課程使用的方法。縱觀我國教育現狀，高校教育大多重知識輸出成果輕主觀能動性培養，重知識接受速度輕思維過程培養。“建構主義”的學習觀認為學習不是由教師把簡單的知識傳遞給學生，而是由學生自己建構知識的過程，教學以學習者為中心，教師是建構過程的幫助者和促進者。強調為學習者提供學習情景、協作、對話能夠幫助其對所學知識的內化理解達到意義建構的最終目的。

對于任課教師，通過記錄和研究學生的學習效果和問題，反思總結出適合本課程特點的教學模式一直是教學改革創新的方向。目前本課程傳統教學過程側重理論細節，與實際程序設計思維、程序設計能力相距甚遠，究竟是教語言還是教編程，是注重知識還是能力培養？“見樹木不見森林”，吃不透、用不活所學知識，也是目前本課程的主要問題。

二、以“知識為載體”的教學創新方法

（一）深挖掘，重打造“通專”“專專”的紐帶課程

課程整合是教學改革的一大重點研究方向，涉及龐大教學資源的協調與調動工作。一部分高校正處在學年制管理向學分制管理的轉型過程中，采用學年制選課的學分管理制度。學生對培養方案和教學管理制度了解程度不高，推進課程整合不是一蹴而就的，是在實踐過程中不斷發展、變化、完善的。因此，加深挖掘“通專”、“專專”交叉的紐帶性課程的教學改革研究成為具有可行性。

教學內容改革方案如下：

《數據結構與算法》是計算機學科中一門核心的專業基礎課程，也是一門解決現實世界中數值與非數值問題的經典課程。

1.新工程體系下，通專結合，培養理論、模型、數理分析的分析思維

學生通過借助基礎學科的經典算法，理解如何將復雜的現實問題轉化為計算機內部存儲和處理的方法。解決數值問題，明確因果關系，培養學生的計算研究思維，便于提升學生對基礎學科的認知力。

2.工程人才要求下，“專專”結合，培養系統性、創造性思維

把后續專業課的教學案例引入本課程的教學環節中，幫助學生明確了專業方向，也拓展了領域視野。為專業課程作好知識鋪墊的同時，培養學生繼續深入開展專業研究以及對復雜的、混沌的工程系統能進行綜合性全局思考。

（二）學科邏輯與心理邏輯整合的教學模式

傳統工程教育強調學生基于學科知識的認知訓練，容易造成工程教育忽視學生個體身心健康。本課程教學創新實踐過程強調教育活動中人才培養的學科邏輯與心理邏輯的整合。

1.學科內容注重知識的二次構建的產生

教學內容注重知識形態的二次構建，包括理論、抽象兩方面。為學生提供多學習視角理解課程內容，形成實踐能力。理論部分將9個章節劃分為四大知識模塊，形成“四模塊”教學：預備知識模塊、線性結構模塊、非線性結構模塊、算法模塊。把繁雜的知識點按照章節聯動關系重組為四大內容模塊，劃分后的知識模塊在模塊內產生遷移學習，模塊間產生對照學習。

抽象部分打破章節約束，將邏輯結構-存儲結構-運算貫穿整個內容體系。教師在授課前吃透教材，將學習內容進行歸約，一方面從教材的章節出發，另一方面要突破教材章節的約束，將各章知識有機地串聯起來，最終形成多視角的交叉輸出，打消學生畏難心理。

2.心理邏輯以建構主義理論為依據，營造知識傳播的新社交平臺

建構主義理念下加強對學生的設計、抽象、總結等計算思維的培養。學習者可以利用所學信息資源，使學習者自身達成對知識的意義建構，而非單純的“教”。安排TBL教學實驗場地。突出以學習者為中心，創造適合的學習情景，教師只是學習過程中的幫助者和促進者，協助學生達到知識的建構。啟發學生發現問題-分析問題-解決問題的思維過程。明確教學主題。情景構建后，設計易于實現的結構化教學內容----知識脈絡清晰，服務情景。為學習者營造互動交流的新社交方法。形成具有社交性質的社群，建立知識為載體的共同經驗，完成自我知識結構的組建。值得注意的是知識氛圍不會在松散的課堂中天然形成，它需要教師在組織教學中利用有效的教學手段，才能使學習者完成對教學內容的吸收。

3.對話式教學創新行為，打造TBL協作基礎

課堂提問是教學中教師與學生互動的一種主要對話方式，是教師促進學生進行有效學習的一種重要方法。近年來，隨著學習者年齡的遞增，課堂的提問次數與其呈反向相關性。根據觀察，大學生普遍的松懈情緒會帶入到大學課堂中，教學提問行為有效增加課堂集聚力。本門課程為小班授課模式，首次嘗試對話式教學方法，每位學生在每節課堂中至少發言1次甚至更多。課堂中教學者對學習者適當施加壓力，使全部學習者處于共同的知識范疇內，保持學習內容始終在課堂氛圍中傳遞，營造以知識為載體的學習環境，幫助學習者建立新社交方法，建立共同經驗，才能實現學習者的TBL合作。

4.任務驅動，貫穿課內外教學過程

任務發布：為學生提供教材導讀、學習任務、情景案例（從基礎課、專業課和綜合實訓項目中選取）等學習資源，輔助學生完成課前預習準備。以小組形式展開課前學習，培養學生自學能力；以學習材料為出發點，將理論內容直觀化；以提出問題為目標，培養學生思維能力。

任務實施：在課堂中，教師以階梯式教學內容的設計來激發學生學習興趣。實施步驟：

第一步，安排學習小組圍坐，以學生為中心，學生圍繞學習任務自主探究與交流。

第二步，下發任務書，填報任務書。明確組內成員項目分工，打破“大鍋飯”的團隊模式。

第三步，教師根據任務書，給予不同小組輔助問題解答以及個性化的指導，進行組間答疑。

第四步，翻轉課堂，學生匯報各組方案設計概況，教師評價內容優缺點。

第五步，教師總結項目中的共同問題，突出教學重點。在與學生的互動中完成教學理論的授課內容，再以推演式教學方法，進行歸納和總結。

社會實踐：教師指導學生小組制作課程微課。學生成立微課錄制團隊，教師完成對知識脈絡的指導、素材收集的指導、制作方式的指導等，提升學生的學科知識的拓展與學習，幫助學生重新構建知識體系。同時，增強大學生社會實踐能力，培養創新創業意識。

5.課程思政對標人才培養

課程思政緊緊圍繞“高校培養什么樣的人、如何培養人以及為誰培養人”這個根本問題。實現“三全育人”，將科學理論融入專業實踐中去，課程思政“兩橫兩縱”方法對標人才培養：第一，人文通識融入工科教學，增強文化自信，關注學生情感態度變化，遵循學生身心發展規律。第二，將課程思政與國家時事相結合。培養學生家國情懷，使命擔當的認知能力。第三，將課程思政與前沿科技結合，用數據眼光看待世界的發展。大數據時代，在信息技術的不斷升級和網絡無限延伸的背景下，大數據作為促進社會變革的領先信息技術，更深入影響著多數大學生的思維方式。第四，數據結構在現實世界的應用，與社會主義核心價值觀結合。實際需求來自社會的不斷向前發展，使學生對學過的理論謹記在心，并融匯為自己的內在綜合素質，轉化為外在行為。課程思政的“縱橫貫通”方法，一方面縱向深入培養學生對“中國夢”的深刻理解。另一方面橫向引導學生正確處理理想抱負與現實，以現實做“抓手”，腳踏實地去行動。

三、教學效果

根據教學過程，對我校生物醫學工程系學生進行創新教學的問卷調查。本創新教學實踐采用小班授課，班級人數共67人，參與答題人數61人，回收問卷61份。問卷共設計21個客觀題和1個主觀題。

問卷結果顯示如下：

圖1顯示，對授課教師準備情況48人認為非常充分，13人認為充分。無人認為不充分或不太充分。從評價中反映出教師對課程內容整合符合學生對知識的認知學習與拓展延伸需求。

圖2顯示，對授課教師組織課堂秩序，對學生要求情況看，50人認為嚴格，6人認為非常嚴格，無人認為不嚴格。從評價中反映出教師對課程組織管理能力增強，真正從課堂中給每位學生“壓負擔”，不放棄任何一位學生，摒棄“精英化”教學。為學生努力創造集體性知識經驗，提供搭建TBL協作方式的源點。

圖3顯示，授課教師注意引導，引發積極思考情況，61人作答情況全部為優良。反映出對話式教學方式，真正增加了師生交流頻率，并為學習者成功構建學習交流的新社交平臺。課堂強調“以學生為中心”，依據建構主義理論，教學方法的改進，發揮出學習者的主觀能動性，達到學習者對知識意義的理解。

圖4顯示，授課內容是否注重課程思政，60位被訪者選擇優良。反映課程思政教學內容的設計實現了思政教育目標，“兩橫兩縱”思政原則，有效為學生埋下了一顆“待開花的精神種子”。

圖5顯示，授課教師設計綜合項目情況60位被調查者選擇優良，1人選擇“可”。反映出綜合項目設計的實現是基于全體學生知識的共同經驗產生了有效的組內討論，使得TBL的過程中，每個人參與度都較高，協作性有所增加。

四、結束語

《數據結構與算法》這門課程是專業學生從基礎課到專業課的銜接課程。它要幫助學生延續基礎課的理論方法，也要承擔為學生做好專業啟迪和專業認知的功能。本門課程一直在改革中前行，深度挖掘課程整合工作的紐帶課程的教學創新方法，努力實現學科邏輯與心理邏輯的整合，引入建構主義理論作為依據，注重知識形態的二次構建。教學改革對標人才培養能力目標，以“三全育人”為導向，不斷地分析、歸納、總結學生學情分析，調整改進教學方式方法。

作者單位：李立 趙佳 承德醫學院

參? 考? 文? 獻

[1] 中國計算機科學與技術學科教程2002研究組. 中國計算機科學與技術學科教程2002[M]. 北京：清華大學出版社，2002.

[2] 中國高等院校計算機基礎教育改革課題研究組. 中國高等院校計算機基礎教育課程體系2004[M]. 北京：清華大學出版社，2004.

[3] 顧佩華，胡文龍，林鵬，等.基于“學習產出”（OBE）的工程教育模式——汕頭大學的實踐與探索[J].高等工程教育研究，2014（01）： 27-37.

[4] 龍超，潘黎陽，熊剛強.高校計算機基礎課改革走向的研究[J].軟件，2014，35（06）：111-114.

[5] 林旺，孫洪濤.基于軟件應用的計算思維能力培養教學設計[J].中國電化教育，2014（11）：122-127.

[6] 王慧，王丹，張天弓.互聯網+背景下碎片化學習策略研究[J].計算機時代，2019（03）：67-70，74.

[7] 覃章榮，唐豪，黃剛.大學計算機基礎課程網絡學習平臺的構建與探索[J].福建電腦，2019（02）：55-57.

[8]? 陳希源.基于計算思維的計算機教學課程模式創新[J].信息與電腦（理論版），2018（21）：243-244，247.

[9] 崔萌，郭東林，孫嘉愷.高校計算機基礎課程的“微課程”教學模式研究[J].教育現代化，2018，5（44）：115-116.

[10]張成琦，李立.計算機教育移動網絡課堂的發展探究[M].四川大學出版社，2018-3.

基金項目：河北省高等教育教學改革研究與實踐項目“以提高實踐和創新能力為目標的計算機綜合課程設計與研究”，項目編號：2020GJJG241。

李立（1986.08-），女，漢族，河北承德，講師，碩士，研究方向：數據挖掘；

通訊作者：趙佳（1988.06-），女，漢族，河北邢臺，講師，碩士，研究方向：計算機應用。