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建构式教育理论在数据结构教学中的应用浅谈

2012-12-06

课堂教学是数据结构教学活动的主要部分,充分利用课堂教学时间,激发学生学习数据结构的兴趣和信心,帮助学生建立学习数据结构的环节非常重要。我们采用了如下措施:

1) 组织小型讨论。

好的开始是成功的一半,好的课堂教学须在上课之初就抓住学生的注意力,让学生带着轻松、愉快的心情听课。我的做法是在课堂的前5分钟,提出一个学生感兴趣的话题,组织若干个有3~5位同学参与的小型讨论。到一个学期结束时,每位同学都有至少一次的发言机会。讨论的主题可以灵活设置,如时事、技术、社会热点等。有时,课堂中间学生比较疲惫、注意力下降的时候,也可以穿插一点讨论,改善课堂环境。大多数学生非常喜欢这种讨论活动,积极参与其中,成为课堂的一部分,从被动上课转变为喜欢上课。

2) 重建理论知识所针对的问题。

国内的经典数据结构教材侧重严谨的理论,较少讨论各种概念、算法出现的背景以及探讨的问题是否仍然具有现实价值。而回答这些问题能够帮助学生重建理论知识所针对的问题原型,重现解决方案的提出、发展乃至最终成熟的整个过程,更有助于培养学生解决实际问题的能力,养成批判性、创新性思考的习惯。众所周知,关于树的存储方法很多,有双亲表示法,孩子表示法和二叉链表表示法[5],其中以树的二叉链表表示法使用最广,但其他存储方法也有其适合的应用。例如,在利用树表示各个集合,求集合中的等价类时,双亲表示法更为合适。每一个集合都用树的双亲表示法存储时,并设树的根结点的值为集合名,集合中的每个成员都对应一个结点,这样很容易找到一个元素所属的子集(顺着双亲指针找树的根结点)。

3) 组织“我来讲”活动。

数据结构涉及很多抽象的概念和算法,初学者很难理解。而教师则对理论内容比较精熟,常常倾向于从理论的角度逐步递进、展开讲解,这就增加了学生的学习难度。教师和学生在教学语言上的鸿沟是影响教学效果的一个重要障碍。教师当然可将抽象的理论概念与生活中更形象的概念进行类比,帮助学生理解,也可以将复杂的算法过程用多媒体动画模拟出来,直观地展示给学生,帮助学生掌握。但一方面,根据建构主义理论,教师和学生的知识背景不同,由教师设计概念类比语境和算法模拟动画实际上仍然是基于教师的知识结构对知识点进行的同化和顺化,而不是对学生知识体系的直接建构。另一方面,教师的经验和智慧有其局限性,未必总能够找到最适合的类比语境和动画模拟。为此,笔者采用了充分发挥学生智慧的方法,组织“我来讲”活动,要求学生通过设计算法的动画模拟,创建概念的类比语境等方式进行学习,并随机选择学生走上讲台对抽象理论概念和复杂算法进行说明。这样不但能够调动学生思考问题,还能帮助那些无法完成自我知识体系建构的同学从学生的视角去理解同一个问题。例如,对于n维数组是元素为n-1维数组构成的线性表这一递归的类型定义,可采用符号推理的方式,培养学生的理论素养,而同时可鼓励学生根据自己的理解将抽象理论具体化,建立帮助理解和记忆的现实语境。

2.2实践教学措施

数据结构是帮助具有基本编程语言基础的学生锤炼编程技术的关键课程。它揭示了程序设计的基本面,即如何处理相互之间存在一种或多种数据关系的数据元素所构成的集合、如何设计算法并分析算法的优劣。若没有相应的配套实验指导学生如何将理论应用于实际问题,只是泛泛而谈、纸上谈兵,学生容易迷失在数据结构的一连串复杂概念和算法之中,而不知道学习数据结构的意义何在。为实现教学目标,笔者锁定实验内容设置和实验考核等两个关键环节,实践了如下措施,取得了较好效果。

2.2.1实验内容设置