综合PBL和LBL的混合式数据结构教学

刘端阳 刘志

摘要：根据数据结构课程教学中存在的一些问题，对比分析PBL教学和LBL教学各自的优点和不足，提出综合PBL和LBL的混合式教学方法，在说明PBL教学流程的基础上，规划混合式教学的实施方案并设计出相应的教学实例。

关键词：数据结构教学；混合式；PBL教学；LBL教学

引 言

数据结构课程的教学一般都采用传统的LBL（lecture-based learning）模式。LBL教学可以比较系统而完整地传授课程的理论知识，最易被教师所采用，但实际的教学效果却存在一些问题。对于课程的难点和重点，学生的掌握程度有限，编程能力没有得到锻炼，无法将知识应用到实际编程工作中不仅如此，在课内实验教学中，单向式的LBL教学也不利于培养学生的实践能力、工程能力和创新能力。

PBL（problem-based learning）教学是以问题为巾心的新教学模式，最早在20世纪由神经病学教授Borrows首先在医学领域试行…并逐渐发展成为一种成熟的教学方法。近年来，我国理工科高校也开始重视和实践PBL教学法。PBL教学法是以学生为主角，围绕课程的情境问题进行自主学习、讨论和实践，从而理解和掌握课程知识，这种教学方法不仅可以加深学生对于课程知识的认识和理解，提高学生的学习能力和实践技能，还有利于培养学生的工程能力和创新能力，但PBL教学不仅需要较多学时和教学资源，而且对教师的专业能力要求较高，同时课程知识的传授也不完整，缺少系统性。因此，教师需针对当前数据结构课程教学中存在的问题，综合LBL和PBL两种教学模式的特点，在实际教学中采用两种教学模式相结合的方法，力图克服数据结构课程教学中的不足，提高学生理解和掌握课程知识的能力，培养学生的工程能力和科学创新能力。

1 当前教学的不足

数据结构课程培养计划可以参照北京大学张铭团队的实施方案培养工程型和科学型的人才，也可与国家教育部CCC2006学科规范保持一致。数据结构课程一般采用C++语言描述并采用抽象数据类型的思想，课程包括数据的存储结构、逻辑结构和相关算法，主要知识点有列表、栈、队列、模板和标准容器、二叉树、散列表、树、图和有向图以及递归、查找和排序等算法。在实际教学过程中，LBL教学存在的主要问题有如下几方面。

1.1 编程实践能力弱，不会独立编程、调试和测试

传统LBL教学法在课堂上主要侧重于详细讲教材涉及的程序代码，换句话说，是逐行为学生讲解程序的构造、功能和实现。由于程序代码的复杂性和实际运行的不确定性，这种讲解虽然能够让学生初步理解相应的知识点，但是对实践能力的培养起不到应有的作用，特别是讲解一些数据结构的重点和难点问题时，学生很难从教师的讲授巾充分理解关键的程序代码。在实验教学方面，LBL式教学也主要是布置和讲解相应的实验任务，要求学生编程实现并提交实验报告，这种实验教学的方式忽略了实验的过程和细节，教学效果并不理想，很多学生只会纸上谈兵，而编程实践能力得不到有效锻炼和提高，更谈不上培养独立的工程实践能力。

1.2 重难点问题理解不透彻，不会举一反三，也不会解决实际问题

数据结构课程覆盖的知识面广，知识点多且零散。同时，南于课程的理论性、抽象性和实践性都比较强，对于一些重点和难点如单向链表和递归，LBL教学法很难使学生透彻理解，更不用说举一反三解决实际问题。LBL教学法可以系统讲述理论知识，大多数学生可以初步地理解相关概念和过程，但在实际编程时应用能力不足，如果出现非编译错误，很多学生不知如何进行调试和修改。

2 混合式教学的实施

根据LBL和PBL教学法的特点，在实际教学实施时，我们采取混合式教学方法。基本的教学内容仍1日采用传统的LBL教学法.重点和难点综合采用LBL和PBL教学法，而随堂实验和综合实验环节将完全采用PBL教学。这种混合教学方法可以根据知识的难易程度、重要性和实践性，采用不同的教学模式传授知识，这样可以充分发挥两种教学模式的优势，提高教学质量。

2.1 PBL教学的流程

PBL教学是根据问题而引发学生的自主学习过程，其主要流程依次为情境问题、团队组建、技术思路、资料搜集、理论学习、方案实现和考核评价7个阶段，具体实施流程如图1所示

（1）情境问题：情境问题是PBL教学的中心，在很大程度上决定着学习的效果。我们针对具体的重难点问题以及课内实验和大型实验，设计难度适宜并且知识面覆盖较宽且结合实际应用的情境问题。

（2）团队组建：学习刚队人员1～3人，允许独立成团，鼓励团队成员强弱搭配.

（3）技术思路：当PBL教学用于重难点问题的学习时，技术思路将主要由指导教师提供，同时采用LBL教学法详细讲解所涉及的理论知识和关键技术，并提供相应的资源网址，当PBL教学法用于课内实验和大型实验时，技术思路必须由学生构建，教师只提供咨询和辅导。

（4）资料搜集：学生根据教师的指导，借助网络、图书馆等平台，搜集理论学习需要的资料，

（5）理论学习：学生在教师的讲解和指导下，对所搜集的资料进行理论学习和讨论，完成方案的设计（包括类的设计、算法过程等）并形成相应的技术文档。

（6）方案实现：学生通过编程、调试和测试，完成方案的实现、问题的解决和文档的提交红此过程巾，教师提供文档模板，指导学生撰写符合工程规范的技术文档。

（7）考核评价：教师根据学生的成果进行考核和评价并纳入考评成绩中，同时汇总学生常见的问题和错误，以LBL教学法进行详细讲解和反馈。

2.2 混合式教学实施方案

数据结构课程知识点的难易程度和重要性不同，而且课堂教学与课内实验以及大型实验的作用也不同，混合式教学法就是根据教学内容的差异综合采用PBL和LBL教学法，具体实施方案的要点如下。

（1）基本教学内容。由于学时的限制，数据结构课程的大部分理论知识不太适合也没有必要采用PBL教学法，传统的LBL教学法更适合这部分知识的讲授，这不仅保证课程知识的完整性和系统性，还节约学时和资源，学生也比较容易接受和理解。

（2）重难点知识。这是数据结构课程中比较关键和重要的知识，也是学生难以理解和掌握的，如链表、递归、AVL平衡树等，需要综合采用PBL和LBL教学法。教师可通过设计覆盖相关知识的情境问题，引导学生进行自主学习并指导和监督整个PBL教学过程。在PBL教学过程中，由于教学内容比较抽象，不容易理解，教师可在技术思路阶段采用LBL教学法详细讲解相应的理论知识j这样，一方面扫除了学生学习和理解的障碍，另一方面可以加深学生对于情境问题的理解和实现，有助于学生充分理解和掌握重点和难点知识。

（3）课内实验和大型实验。这是理论学习的必要补充，主要目的是加深学生对理论知识的理解及提高学生的实践编程能力，培养学生的工程实践能力和科学创新能力。实践是学生专业素质的最终体现，因此相对于理论知识的学习，课内实验和大型实验更为重要。虽然PBL教学法耗时且需占用大量资源，但是在课内实验和大型实验环节，学生可以充分利用课外学习时间弥补课内学时的不足。在实施PBL教学法时，我们结合实际应用环境设计了锻炼学生技能的情境问题，在整个PBL教学过程中，教师可以为学生提供编程、调试和测试各环节的咨询和辅导，并监督学生的学习和开发进度，杜绝抄袭行为。

2.3 教学案例

针对PBL教学法中关键情境问题，教师团队根据多年的教学经验设计了相应的教学实例，具体见表1和表2。

3 结语

混合式教学法起初在少数班级实施，从期末考试和平时实验考核的结果看，大部分学生加深了对重难点的理解和掌握，编程实践能力有了较大幅度的提高，可以灵活地解决一些实际问题。大型实验考核的成绩也较好，很多学生都能独立完成设计、编程、测试和文档提交，面试回答问题基本正确。由此可见，PBL教学法融人传统的LBL教学法能有效地提升教学质量，提高学生的综合素质。

然而，我们在实施的过程中也还存在一些问题。最大的问题是用于PBL的教学时数不足，为了节约课时，PBL教学法只用于少数精选的重点和难点问题。另外，混合式教学法需要教师有较强的综合素质和课堂控制能力；部分自主学习能力差的学生不容易适应PBL教学法，需要教师详细指导，这也对教师提出了更高的要求，同时增加了教学工作量。为此，我们将进一步细化混合式教学法的实施方案，实现两种教学模式的最有效融合并拓展教师队伍，让更多的教师和学生参与进来，从中受益。