心理學在高校數據結構課程教學中的應用研究

關鍵詞：心理學；人本主義；積極心理學；數據結構教學

0 引言

教學既是一門技術又是一門藝術，一個有效的教學過程的實現需要充分的設計和豐富的知識。這里的知識不僅是所教授課程和專業的知識，更包括教育學、心理學和哲學等方面的知識。教學，不只是教給學生本課程和本專業的知識，還要引領學生自我學習和成長。有效的教學絕非是一個具有較多知識的人將知識傳遞給另一個人那么簡單，有效的教學需要應用許多策略[1]。而這些策略必須以學生的特點為基礎，以促進學生學習和個人成長為目的。

普通高校計算機專業學生一般是學校本屆學生中入學成績較高的一批學生，有較強的好勝心理。通過一年的計算機專業學習，他們使用網絡資源自主學習能力也更強。數據結構是計算機專業的核心基礎課程，在整個培養方案中起到承上啟下的作用。對于初學者，在數據結構的學習中會面臨抽象、復雜、信息量大等問題。這些問題造成的困難會在學習過程中逐漸削弱學生的學習熱情和信心。那么，如何結合課程特點和學生特征，幫助學生更有效地學習呢？在本學期的教學中，筆者將心理學知識運用到數據結構的課堂教學、作業批閱、實驗指導和課后交流中，從教學態度、授課方式、學生互動方式的細節入手，營造自由、支持、積極的學習氛圍，幫助學生在專業學習的狀態上有一個里程碑式的飛躍。通過認知改變行動，通過行動優化認知。從學生的作業、實驗和期末考試看，比往屆學生在數據結構的學習上取得了更好的效果。本文從教師的教學心態，教學目標和教學過程三個方面進行闡述。

1 教師的“人本主義”教學心態

心理學家、教育學家卡爾·羅杰斯以人本主義心理學和人本主義哲學為基礎，提出了“人本主義”教育觀[2]。人本主義教育的核心就是“以學生為中心”，強調教育的目的是培養“完整的人”與“自我實現的人”。教師應該充當學生學習促進者，而不是評判者。教師要相信學生內在的積極向上的精神的存在，尊重學生，關愛學生。在這個知識資源極度豐富的時代，大學生學習的途徑不再局限于課堂和教師。在開展教學工作之前，教師應該調整自己的心態：不要把自己看成是高高在上的“先知”，設想教學就是把自己所知道的專業知識教授給學生；而是把人性的平等、真誠和尊重帶到教學中，將學生看作一個個獨立的個體，為學生提供一個自由、安全、充滿人情味的環境，使人固有的優異潛能自動地得以實現[3]。有了這種心態，教師在教學過程中會更平和，更容易發現學生的閃光點，及時地給予肯定和表揚，為學生構建正向激勵的學習氛圍。

數據結構是一門節點型課程，需要學生跨越從簡單到復雜的更抽象思維和程序設計的過程。它包括各種抽象的數據結構、復雜的算法和更多的程序實現，同時它也是計算機學生接觸到的第二門軟件類課程，對于那些沒有完全掌握“高級語言程序設計”的同學難度更是不言而喻。所以，教師的人本態度和對學生具有自驅力的信任在課程教學中更加重要。教師的信任也會起到“權威期待的作用”[1]。

2 符合學習規律的教學目標的設置

教學目標的設置要以學生為核心，不是教師想達到什么教學目標，而是學生能學到什么程度。所以教學目標的設定首先考慮學生的已有認知水平和學習能力。心理學中 “最近發展區”[1]認為學生的發展有兩種水平：一種是學生的現有水平；另一種是學生可能的發展水平，兩者之間的差異就是最近發展區。教學應著眼于學生的最近發展區，為學生提供帶有適當難度的內容，調動學生的積極性，發揮其潛能。過高或過低的目標都不利于學生能力的提高和發展。現在大學生有多元化的特點，學習能力和現有水平都有一定的差異，教師可以基于所授課程特征，根據學生的現有水平構建具有層次的目標體系。

根據數據結構的知識體系，將數據結構總目標分解成若干子目標（數據結構的子知識體系，如：線性結構、樹形結構、圖結構、排序、查找），每個子目標再分解，依次向下直達末端知識點，形成一棵目標樹。在目標樹中，終端目標有高、中、低三個層次，每一個終端目標由若干實際應用的綜合性題目構成。圖1是棧數據結構終端目標“棧的應用”的分層形式。在教師的引導下，鼓勵學生自主設定自己的終端目標，讓學生體會學習上的選擇權，從而生成內驅力。另外，通過這種分層設置目標的形式幫助前期知識掌握不足的學生有勇氣嘗試，而高層目標點也會激勵優秀學生奮進，從而使每個學生都能為自己特定的“高階性”[4]努力。目標的實現會進一步增強學生學習的信心，達到正向強化[1]的作用，提高學生的自我效能感[5]（自我效能感是指人們對自身能否利用所擁有的技能去完成某項工作行為的自信程度）。在此基礎上，教師啟發和引導學生提升到更高的目標層次。

3 將積極心理學應用到教學過程中

2000 年，Seligman 和Csikszentmihalyi 在《美國心理學家雜志》發表題為“積極心理學導論”[6]的論文，正式開啟了積極心理學這一研究領域。積極心理學用科學的方法理解并增進生活的積極方面[7]。積極心理教育認為，教育不僅以傳授知識為主，還在于提高心理素質和心理健康水平，培養積極的心理品質[8]。學生只有擁有健康、積極、陽光的心理，才能成長成為一個幸福的人，才能出色地完成學業。教師在教學過程中，要把學生看成一個完整的人來珍視、信任和接納[2]，負責提供給學生一個自由、積極的學習環境，引導學生自主學習，成為學生學習的“助推器”。

3.1 關于課堂：學生是學習的主人

在數據結構教學中，設置討論和分享環節讓學生成為學習的主角、課堂的主角。現在是一個資源極度豐富、獲取極度容易的時代，網絡上充滿了各種學習資料。通過討論和分享使學生掌握如何鑒別好的、有效的網絡資源，將網上學習和學校課程學習有效融合。針對每一個大的目標知識點，可以增加一節分享討論課，讓每個小組派代表分享他們的有效資源和學習收獲，之后，學生互動討論。對學生的分享，教師要做出積極的、正向的反饋。通過這樣的分享和討論，每位學生都能收獲包括學習內容、方法、資源獲取和甄別等多項技能。成就感是最好的驅動力，可以將敏捷教育理念引入教學體系，使學生通過小型項目的完成不斷迭代知識。在教師的講授環節，允許學生可以隨時打斷來提問。教師在課堂上要使用肯定、真誠、激勵的語言，不對學生的問題做負面的評判。

3.2 關于作業：尋找學習中的快樂

數據結構作業要緊跟課程進度進行安排，目的有4個：1） 讓學生進一步鞏固所學的知識，增進理解和必要的記憶；2） 通過作業獲得學習的成就感，為進一步學習更高層次的知識奠定心理和知識上的基礎；3） 使教師了解學生對知識的掌握程度，根據學生作業情況調整和修訂教學進度、教學內容和教學方法；4） 通過教師對作業的批閱，增進師生關系，傳遞教師對學生學習的肯定和鼓勵。為達到這4個目的，教師必須對所要布置的作業進行設計，而且必須認真批閱學生提交的作業。由于數據結構課程知識密集，作業頻次最好是每次理論課一次作業，如果授課班級規模龐大，助教資源有限，可以采用學生全部提交作業，教師分組批閱的方式。無差別提交作業可以使學生養成寫作業的習慣，逐步形成作業意識[1]。教師必須保障每位學生的若干次作業中至少有一次被批閱，“被看見才能被照亮”，作業多次不被批閱會直接削弱學生學習課程的積極性。教師批閱時不要吝嗇表揚的語言，多用贊許和肯定的言語；針對錯誤用開放式的問題，啟發學生自己修改，鼓勵學生復習所學知識；對有較大問題的作業要進行記錄，在下次授課的間隙與學生當面交流，交流當中要使用充滿信任和鼓勵的語言。整個作業的布置、完成、批閱和交流過程都要以學生的學習和成長為目的，而不是以教師想達到的教學效果為目的，好的教學效果是整個過程完成后的必然結果。關于作業的設計，筆者的數據結構課程的第一個作業一般是“請查閱相關資料，統計圖領獎的相關信息。選擇你喜歡的圖領獎得主，對其事跡和生平作詳細的了解。”通過這個作業為學生展示計算機科學的廣闊天地，也為他們找到自己專業上的榜樣提供資源。作業的形式不限于傳統的學生書寫作業，也可以讓學生制作算法講解或軟件使用的視頻，自己開發的小程序演示視頻等。威廉 詹姆斯說“沒有反應就沒有接受，沒有相關的表達就不會產生印象”，每位教師都不要忘記作業是幫助學生學習的最好途徑之一，對大學生也一樣。

3.3 關于實驗：強調學生的自我實現

實驗是數據結構教學的重要環節，具體實驗案例的設計和實施可以幫助學生充分理解數據結構的理論知識。如圖的結構，現實中哪些問題可以映射成圖數據結構，在解決這些問題時使用怎樣的存儲方式更適合，具體要用哪些算法等。通過將抽象的圖數據結構轉化為解決問題的基本框架，學生們不僅可以得到激勵，而且還能夠更好地理解課程內容。由于實驗的挑戰性，在學生實驗的過程中，教師必須扮演引導的角色。當學生遇到困難時，教師提供啟發性回應至關重要。避免教師越俎代庖，立即幫學生解決問題，教師應通過啟發式提問的方式促使學生自行發現問題。例如，在完成“棧的應用”實驗時，學生編寫的表達式求值的程序，運行后沒有顯示結果，學生可能會焦慮不安地尋求教師的幫助。教師可以提出以下問題：“這么復雜的程序這么快就完成了！效率很高啊！你的程序里有哪些重要的函數模塊？現在能輸入數據，說明哪些模塊似乎運行正常？沒有結果，可能是哪里出問題了？如果眼睛看不出問題所在，可以使用什么工具幫助你找錯誤嗎？”教師首先給出肯定的認可，讓學生看到自己的成果，然后再逐層提問引導學生自己思考，查找問題所在。如果學生不知道單步調試技術，教師在了解全體學生的情況后給予集體講解。在學生嘗試調試程序時，教師應避免過度監督。通常情況下，一旦問題得到解決，學生會表現出極大的喜悅。然而，如果問題持續存在，教師可以鼓勵學生描述其調試過程。在學生描述過程中，他們通常會自行發現問題。如果問題仍然存在，教師將繼續以提問的方式幫助學生接近解決問題的關鍵。這種方法將顯著提高學生的自我效能感，并激發了他們對課程內容和專業的興趣。另外，對完成實驗的學生，教師可以設置驗收環節。在驗收中，教師提出開放性問題拓寬學生的思考維度。這些問題可能包括要求學生闡述實驗設計的整體思路、詳細說明某一算法的具體思路、描述實驗中遇到的問題及解決過程（重新體驗成就和解決問題的喜悅）、描述實驗過程中最有成就感的方面以及回顧完成實驗時最愉快的時刻。在驗收過程中，教師必須積極地發現和肯定學生設計中的特色和亮點。對于特別出色的設計，教師可以鼓勵學生在課堂上分享他們的經驗和體會。

毫無疑問，無論是在課堂教學、作業批閱、實驗課、還是課外交流中，教師都必須保持真實，這是羅杰斯強調的促進學習的基本原則之一[2]。在實驗課上，教師還可以分享自己在程序設計和編寫過程中遇到的挫折和沉浸其中時的“心流”[9]體驗。通過分享，學生不僅能夠意識到在編程中遇到困難是正常的，從而減輕了心理負擔，而且教師對于自己所教領域的熱愛也會自然地傳遞給他們。

4 結論

面對現在競爭激烈的社會環境，大學教師可以通過在日常教學中恰當地運用心理學知識，為學生構建積極健康的學習環境，成為學生健康成長的支持者和促進者。使學生不僅學好了一門課程，更重要的是提升其對計算機專業的熱情，和對自己能夠不斷成長的信心。大學教育不僅是“教書”，更重要的是“育人”。