PBL在独立学院《数据结构》课程中的应用研究

王 楠， 董守伟， 赵 娟

（1.西安工业大学 北方信息工程学院，陕西 西安 710025；2.西安石油大学 陕西 西安 710065）

《数据结构》课程是计算机科学与技术及相关专业的核心基础课程，它涉及数据在计算机中的表示、组织与处理，以及相应的算法设计和初步的算法分析技术。本课程的教学不仅注重学生对理论的理解，锻炼学生抽象思维和创造能力，更注重培养学生的实际动手能力，使学生学会用计算机解决实际问题时，以一种创新的理念去有效地组织、存储和处理数据的方法，并设计出结构清晰、正确易读、质量高、编程风格好的高效率算法，从而为后续课程学习和计算机软件的实际开发打下坚实的理论基础和实践基础。在独立学院院校，数据结构课程都是采用传统的“灌输式”教学模式，学生在课堂上基本处于被动状态，无法培养学生的解决问题的能力和实际动手能力，存在难以将理论知识应用到实际的困境[1]。

以问题为导向的教学方法（Problem-Based Learning，PBL），是基于现实世界的以学生为中心的教育方式，与传统的以学科为基础的教学法有很大不同，PBL强调一个以学生为中心，利用知识和技能解决实际问题，从而达到建构经验的学习过程。PBL将学习与更大的任务或问题挂钩，使学习者投入于问题中；它设计真实性任务，它强调把学习设置到复杂的、有意义的问题情景中，通过学习者的自主探究和合作来解决问题，从而学习隐含在问题背后的科学知识，形成解决问题的技能和自主学习的能力。 数据结构这门课的特点是实践性强，要求学生具有动手解决实际问题的能力。所以PBL的教学理念同样适合数据结构的课程教学。根据独立学院人才培养的要求和学生特点，探索适合学生认知规律的教学模式是我们当前要研究的一个课题[2]。

1 独立学院中本课程的现状及存在的问题

目前从笔者的亲身教学经历得出独立学院 《数据结构》课程存在以下问题[3]：

从学生的特点和培养目标来看，独立学院属于新兴的教育模式，它的培养目标是着力培养高素质应用型创新人才，但独立学院学生不同于一本、二本的学生，大多数学生文化基础比较差，对理论性强和抽象化的知识缺乏兴趣，缺乏主动学习的意识，这增加了对数据结构课程学习的难度。

从前导课程的学习方面来看，在开设数据结构课程之前，要求学生熟练掌握一门计算机语言，学生对语言的掌握程度直接关系到《数据结构》课程的教学效果。本校开设了《C语言程序设计》，但其中函数、指针和结构体等知识点是教学难点，由于教学学时限制，往往没有分配充分的学时，对这些知识点没有深入、重点讲解，使得学生普遍理解不深，不能熟悉掌握这方面的编程技巧，难以在编程中对这些知识点进行灵活应用，但这些知识点却贯穿整个《数据结构》课程，在实践过程中频繁使用。

从教学内容方面看，《数据结构》[4]课程覆盖的知识点多、概念抽象，这些特点决定了教与学的难度较大，在实际授课时，理论偏多，不利于学生掌握本课程的内容；而实践课程难度偏大，大部分学生难于完成实践任务，从而导致教学过程中出现重理论，轻实践的现象。但其教学水平和效果又将直接影响后续课程的学习以及学生算法设计实践能力的提高。

从教学方法来看，传统的教学以“教”为主，教师占用了大量的课堂时间把每个知识点传授给学生，这种“注入式”、“填鸭式”教学模式忽视了学生的主观能动性的发挥，导致不能培养学生独立解决实际问题能力，使理论与实践脱节。学习了概念和算法，但却不知道这些知识有什么用，怎么用。由于不了解这些知识的关联性，也无法与实际应用联系起来，严重地影响了学生的学习积极性。

2 PBL教学模式概述

2.1 PBL的概念与特点

PBL即project-based learning，基于问题或项目的学习。PBL教学是指将复杂学习置于可操作问题或项目中，让学生通过小组讨论的合作模式共同的来解决问题，并通过问题的解决来学习问题背后隐身的知识来促进其自主学习的能力。

2.2 PBL的教学设计及流程

在PBL教学模式中，中心思想就是以学生为主体，以问题为基础，以教师为引导，围绕实践问题编制课程。创设情境、构建问题、学生、教师是PBL模式的基本要素。问题与情境是课程组织及教学目标实现的核心，学生是致力于解决问题主体及直接参与人，教师是学生解决问题的设计者、指导者。PBL教学目标可以通过以下几个步骤实现：创设情境、构建问题、分析问题、知识获取、解决问题、成果展示及评价反馈[5]，如图 1所示。

图1 PBL教学模式的设计及流程Fig.1 PBL teaching mode of design and process

3 PBL在独立学院本课程中的应用与实践

独立学院的培养目标定位要与研究型和教学研究型大学人才培养目标不同，着力培养高素质应用型创新人才。在其人才培养模式上，独立学院要要人才市场为导向，坚持面向社会，服务于社会，培养具有创新精神和实践能力、能够适应市场竞争的本科应用型人才[6]。其教学理念也有其更新，教学过程是师生交往、共同发展的互动过程，教师是学生学习的协作者、引导者和参与者，学生是学习的主体，这与PBL教学法的基本要素吻合，因此针对当前独立学院中《数据结构》课程教学存在的问题，我们在数据结构课程中融入PBL教学法，将理论知识讲解和PBL教学模式相结合，提出基于PBL教学法的改革措施。

3.1 加强前导课程的学习

在《C程序设计》中指针和结构体是重点也是难点，而在《数据结构》课程中的广泛使用这些知识解决问题，因此应在《C程序设计》课程中，增加对这部分知识的重视程度，分配更多的理论和实际课时，让学生熟练掌握指针和结构体基础知识，并熟练运用它们进行编程。

3.2 在数据结构课程教学中融入PBL教学法

1）创设情境，提出探究问题

教师备课中，首先要根据授课的基本知识点，设计一个或几个与知识点密切联系并能覆盖绝大多数知识点，并将这些知识点融合成一个整体的实际问题。创设问题的情境，其目的在于自然真实的引出问题，激发学生的学习兴趣和学习动机，加深对问题的理解，明确该问题所包含的学习目标，使学生能通过解决这个实际问题来获得系统的知识和技能。

2）创设学习小组，鼓励协作解决问题

根据问题情景，由学生自由组合分组，小组的人数教师根据学习任务的复杂程度及学生的个性特点、学习能力进行设置，教师在整个过程中始终起的是引导作用，引导学生解决问题。在设计学习活动的时候，应注意学习活动目标的完成要依赖于学习小组通过交流与协作平台进行协同合作。在创设小组学习时要明确小组的内部分工，并根据问题的难易程度具体细化分工的形式，在分组的过程中教师要一直保持引导与监管的职责，特别是小组在形成关于问题本质的假设及可能的解决方案阶段。鼓励小组成员通过通力协作去识别、发现并解决问题；培养学生分析问题、自主学习、解决问题的能力，是实施PBL教学模式的目的，也是非常关键的一个环节。

3）针对问题，迁移教学重点

在针对中心问题的解决过程中，教师要密切关注学生的解决问题的思路是按照教学的任务及目的。如果学生在解决问题中遇到困难，教师要及时发现并进行引导，在学生解决问题实质阶段，教师要定时监控，并根据一些关键、难点问题进行教学内容的迁移，迁移的形式与手段是实现教学计划的保证，可以采取示范及具体实例启发学生的思路、抓住知识的要领、使学生在学习的过程中少走弯路。最终达到教学的计划和目标。

4）自主探索，意图呈现，解决问题

通过教师的监控引导，学生通过小组件的协作讨论问题的实质以及教学的真实意图，并通过解决问题的过程中获得知识与技能，在该阶段要求学生记好自学及小组笔记，笔记内容不仅要有自学过程的记录，还须将小组间协作的感受心得记录下来。教师在这个过程中，需要鼓励学生创造性发挥通过合作学习进行讨论、交流协作，最终解决问题。

5）展示成果，及时评价与反馈

学生在项目进行中和结束时进行自我评价和小组评价，学生小组将本小组的问题解决收获及解决途径进行演示，并选派代表向大家陈述本组遇到的困难。小组之间进行互评，通过互评实现所学知识的再次交流，同学之间取长补短，使自己解决问题的思路更为开阔。教师对每个小组的收获及成果进行评价，对出现的共性问题及时讲解[7]。

3.3 后期总结

古人云：“学起于疑，成于思”，教师要认真分析在教学过程中所遇到的问题，不断完善自己的教学计划和教学手段，通过教学技巧的提升从而达到教学质量及任务的实现。特别是要认真地总结在教学过程中学生在小组中所遇到的困难的因素，勇于在大胆实践的同时及时总结经验，不断创新。教师课堂讲授注意方式、方法的灵活多样化，使学生成为课堂的主体，教师从中发挥解惑、引导、深化的作用[7]。

4 结束语

随着独立学院教学改革和教学技术发展，基于问题导向型的学习模式逐渐成为教育技术领域研究的重点，结合了情景环境的 PBL教学能更加符合学生的认知规律，更能促进学生的思维发展。

《数据结构》课程是一门实践性很强的学科，传统的教学法可能使学生记不住、理不清，出现不会操作、动手能力差等问题。而PBL教学法作为一种新的教学模式，它强调调动学生的主观能动性，有利于促进学生发现问题、解决问题的能力，并在这一过程中获得知识，提高实际动手操作的能力。但是我们在实际运用过程中，不能照搬 PBL的设计流程，要根据不同教学对象，不同专业学生，灵活运用，将理论与实践相结合，将问题与探究相连接，这样才能使《数据结构》教学实现彻底的改革与发展，因此要不断加强对PBL教学模式的研究，逐步建立定量和定性相结合的科学教学体系。

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