基于PBL的数据结构教学模式研究与探讨

毛胜利，冯运仿，程细才，刘志远

（湖北理工学院计算机学院，黄石　435003）

基于PBL的数据结构教学模式研究与探讨

毛胜利，冯运仿，程细才，刘志远

（湖北理工学院计算机学院，黄石435003）

0　引言

在计算机专业课程体系中，数据结构课程不仅是一般程序设计的基础，而且是设计和实现编译程序、操作系统、数据库系统及其他系统程序和大型应用程序的重要基础，是一门承上启下的核心课程。数据结构课程研究非数值计算的程序设计问题中计算机操作对象以及它们之间的关系和操作，课程内容多，比较抽象，算法也很繁杂。但学习本课程能够很好地培养学生的数据抽象能力、算法设计能力和创造思维能力。因此本课程的教学效果的好坏，对学生的专业兴趣、后续课程学习、就业能力都有重大影响。在传统的“填鸭式”教学方法中，学生往往处于被动地位，阻碍了学生的主观能动性，教学效果也不好。学校和教师也在不断改进教学手段和教学方法，不断运用现代教育技术发展的成果，如尽量多使用多媒体和动画来辅助数据结构的教学，以期加强学生对数据结构课程知识的认识和掌握。但由于教学内容的组织与现实生活联系不大，学生对知识点仍然无法理解，难以激发其学习兴趣，学习效果难有改善，教师费神也费力。

近年来，基于问题的学习模式 （Problem-Based Learning，简称PBL）在大学教学中得到广泛重视，并呈现出不同的形式和多元化的发展特色。PBL教学方法强调以学生的主动学习为主，从传统教学中以教师的讲授为中心转变为以学生的学习为中心，注重能力培养多于知识传授。PBL教学法的精髓在于发挥问题对学习过程的指导作用，调动学生的主动性和积极性。笔者在数据结构课程教学实践中，运用PBL模式与传统教学法相结合的方式进行教学，促使学生学习兴趣有明显提高，教学效果有明显改善。

1　PBL模式的基本原理

基于问题的学习（PBL）方法是在20世纪60年代由西方学者首先提出，在医学领域得到广泛的推广和应用。随着教育改革的发展，该教育方法在其他学科也得到了广泛的应用。PBL是以问题为基础，以学生为主体，以小组讨论为形式，在教师的参与下，围绕某一具体的问题进行研究的学习过程。在基于问题学习中，要求教师成为促进者，并不是直接把知识结果告诉给学生，而是为他们创设问题情境，激励学生主动去思考，让他们通过分析思考问题，教师在旁边给予适当的指导，给学生以心理上和知识上的支持，创设良好的学习氛围，使学生的思维更加活跃。与传统教学中强调以教师讲授为主不同，PBL强调以学生主动学习为主，提倡以问题为基础的讨论式教学和启发式教学，提高学生主动学习能力、分析和解决问题能力以及独立思考能力和逻辑思维能力，同时培养学生的实践能力和团队合作精神［1］。PBL教学方法在医学领域教育取得了成功之后，许多教育学者对其进行了深入的探讨和研究。在不断完善的教学体系中，已从当初的医学教育领域走向其他学科教育领域。目前，我国在医学、工程、网络和中学教育等领域运用PBL教学方法已经取得了较好的效果。

2　高校数据结构课程教学存在的问题

数据结构课程是计算机专业的核心基础课程，也是一门实践性很强的课程。该课程教学效果的好坏会影响学生对后续课程的学习。目前，高校数据结构课程的教学主要以教师讲授为主，学生只是被动地接受知识，因此教学效果往往不够理想。

2.1教师存在的问题

通常情况下，数据结构课程的教学是以一门高级语言为基础来展开教学的。但是在教学过程中，高级语言程序设计的教师和数据结构的教师往往不是同一人。讲授数据结构课程的教师对学生程序设计语言的掌握程度并不了解，此时如果教学进度安排不合理，就会导致部分学生跟不上教学进度，从而对学习失去信心。另外，很多教师在教学时只是按照教材的先后顺序来完成数据结构课程的教学，在教学过程中并没有体现出数据结构教学的重点和难点，这就导致学生根本不清楚如何学习这门课程，学习这门课程到底有什么用。在实验课和课程设计中学生也就不会运用所学的数据结构知识来解决遇到的问题，学习始终处于被动的状态。在课堂教学时，教师们过分依赖多媒体课件的教学。由于讲课速度快，信息量大，学生对教师所讲授的内容并不理解，因此也就不愿意在这门课上花费太多的时间。在实践教学时，教师给出的问题仅仅是对理论知识的简单验证，并且给出了大部分问题的源码。学生仅仅停留在改正源码的几个错误上，遇到实际的问题还是不会分析，并且感觉无从下手。

2.2学生存在的问题

目前，我国大多数高校数据结构的前置课程为C语言程序设计，通常是安排在大学一年级学习。对于大多数学生来讲，C语言作为入门的语言，是比较抽象难懂的。同时由于又没有经过系统的编程训练，学生普遍存在编程语言基础薄弱，能看懂简单的算法，但对简单问题的编程却无法下手。另外，大多数学生主观学习的动力不够，缺乏创新性思维的能力。每个学生把学习看成是自己的事情，与其他同学无关，没有团队合作精神。学生上课时只是被动地应付，导致大量问题的堆积，实验程序和报告大量的拷贝，长此以往，就导致了自己学习信心的缺失，进而丧失了学习的兴趣。

3　基于PBL模式的数据结构课程教学

PBL教学模式是以问题为基础，在教师的协助和指导下，由学生组成团队共同来完成教师提出的问题，这就对教师和学生提出了更高的要求。教师在设计问题时不仅要和教学大纲中的教学内容和教学要求相吻合，而且还要考虑学生的学习能力、学校的教学资源等相关问题；学生在有限时间内完成教师给出的问题，光靠书本上的知识是难以完成的，这就对学生的团队协作能力和从教材以外获取知识的能力提出了更高的要求。因此，如果仅仅是用PBL教学方法来完成数据结构课程的教学任务，对学生来讲，有可能和教师当初想象使用PBL教学方法的教学效果相违背。第一，如果基本上以学生自主讨论为主的教学方法，学生可能不适应；第二，学生由于受能力所限，在阅读文献时有可能不能很好地理解其中传递的信息，造成知识理解上的偏差，甚至错误。第三，由于数据结构课程的教学在学生入学的第三学期开展，学生的很多基础知识的学习尚未完备，在解决实际问题时会感觉到较大的困难。因此，为了更好的完成数据结构课程的教学，笔者在教学实践中构建了以 “传统的教学方式为主，PBL教学方法为辅”的教学模式。即教学过程中以教师课堂讲解为主，讲授该课程的基本框架、基本理论，以及主要的学术观点，让学生了解基本的理论知识，然后在此过程中结合PBL教学法，提出一些现实的问题或者案例，指导学生分组分工协作，自主探究，根据自己构建的知识体系去解决实际问题，再由教师从中适当引导，最后学生在这整个过程中自己总结并领会学到的知识，加深印象，从而可以极大地提高学生的兴趣和求知欲［2］。

3.1数据结构课程教学的难点和重点

目前，大部分讲授数据结构课程的教师对学生的教学仅仅是按照课本的先后顺序来完成本课程的教学，没有体现出数据结构课程教学的重点和难点。因此学生在听完该课程后，依旧对该课程中出现的数据结构和算法不能深入的理解，更加谈不上灵活运用所学的知识来解决实际的问题。笔者认为，数据结构课程的重点在线性表、树和图这三个方面；难点则在学生对递归算法的理解上。下面，以数据结构课程的重点和难点为线索，教师在讲解课本中的基本原理和算法的同时，引入PBL教学方法，来完成数据结构课程的教学。

3.2PBL 教学方法的运用

以递归算法为例，运用传统教学方法和PBL教学方法相结合来完成递归算法的教学。

（1）在教学过程中，给出的具体问题如下。

（2）学生分组讨论

在讨论时，学生是按照学生个人的学习能力的高低来搭配分组的，每个小组由5人组成。在讨论过程中，学生是可以发言和提问的。通过20分钟的讨论后，每个小组都得出了自己的答案。虽然学生们的答案不是全部正确，但是通过学生们有针对性讨论和教师的讲解，调动了他们的积极性，提高了学生们的学习热情。随后，教师引出书中的汉诺塔案例，然后学生们自主解决，取得了较好的效果。

（3）教师总结

通过上面课题的讨论和分析，教师对递归算法完成过程中学生遇到的问题做出了进一步的讲解。得出的结论是用树形展开法来得到递归算法的结果是比较直观和容易的，为后续章节树和图的算法讲解打下了很好的基础。通过运用PBL教学方法，加强了学生的递归算法阅读训练和模拟执行过程。学生们吸取算法精华，提高了编程能力。由于C语言程序宏观上是按照顺序执行的，按照上图所示（1）-（5）的顺序，很容易得到问题的结果。同时，在树和图中出现的算法都是以它们遍历递归的算法为基础的。学生们灵活掌握了递归算法的运用后，可以很容易地完成树和图中的另外一些算法的实现工作。

图1　实例树形展开法模型

在数据结构课程的实验课和课程设计过程中，通过对PBL教学方法的运用，学生们很好地完成了教师布置的任务，学习积极性和自主学习能力得到的较大的提高。在第四届全国大学生信息安全大赛和第三届全国大学生软件设计大赛中，学生获得了一个全国二等奖和三个全国三等奖的好成绩。

4　结语

在数据结构课程教学实践中，笔者只是在传统教学方法中引入了PBL教学法，让学生在学习过程中尝试完成一个个小项目，如本文中提到的汉诺塔案例，从中调动学生学习积极性来达到教学目的，探索和实践了课堂教学过程中改变教师和学生单纯的 “教-学”的传统模式，提高了学生对知识的融会贯通能力，是对传统教学法的有益补充。但作为一种开放型教学模式，PBL教学法对“教-学”的两个因素，即教师与学生，要求都比较高。教师不仅要具备相关专业课程扎实的理论功底，而且要具备提出问题、分析解决问题和综合运用知识的能力。除此之外，教师还必须具备掌控课堂的能力，要让学生切实围绕问题进行思考、展开讨论、得出结论。对于PBL教学法实践的主体学生而言，必须主动配合教师准备资料、确定项目、分组讨论、研究设计和学习总结，既要主动学习、自主学习，又要相互学习。这也是笔者在引入PBL教学法进行数据结构课程教学实践中遇到的问题和难度。因此，还需要进一步进行相关知识和经验的积累，进一步尝试一些新的方法和策略调动学生学习的主观能动性，充分发挥PBL教学法的高效，切实提高教学质量。

［1］匡可风，蔡楚楚.PBL教学法在英美文学欣赏课上的适用性探索［J］.英语广场（学术研究）2015（3）:95-96

［2］曹阳.PBL教学模式在高职实践类课程中的应用研究［J］.辽宁高职学报，2015（1）:79-80

［3］龙云飞，葛圆圆，李志礼.PBL教学法在化工原理教学改革中的应用［J］.化工高等教育，2011，28（4）:97-99

［4］刘春城.PBL教学模式在工程训练教学中的探索与实践［J］.实验技术与管理，2012（4）:158-161

［5］周忠信，陈庆，林艺雄，等.PBL教育模式的研究进展和现实意义［J］.医学与哲学：人文社会医学版，2007，28（8）：72-74.

［6］唐玮.会计学教学新模式初探——基于PBL教学模式分析.中国会计学会会计教育专业委员会2010年年会暨第三届会计学院院长（系主任）论坛.http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_7526575.aspx

Traditional Teaching；PBL Teaching；Recursive Algorithm

Research and Discussion on Teaching Model of Data Structure Based on PBL

MAO Sheng-li，FENG Yun-fang，CHENG Xi-cai，LIU Zhi-yuan
（Hubei Polytechnic university，college of computer science，Huangshi 435003）

1007-1423（2015）25-0010-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.25.003

毛胜利（1972-）男，湖北武汉人，本科学历，研究方向为计算机网络、信息安全专业相关等

冯运仿（1968-）男，教授，研究生，研究方向为计算机信息处理、数据库专业等

程细才（1968-），男，湖北黄石人，硕士，讲师，研究方向为信息技术

2015-08-20

2015-08-30

数据结构课程是一门计算机专业的核心课程，它在整个计算机专业课程体系中处于举足轻重的地位。一直以来，数据结构的教学都存在着教学方法单一、学生学习困难、教学效率低等问题。结合数据结构课程的特点，提出传统教学与PBL教学相结合的新的教学模式，并在数据结构课程教学中进行实践。实践结果表明，新的教学方法不仅提高了教师的教学质量，而且培养学生的学习兴趣，提高学生自主获取新知识的能力。

传统教学；PBL教学；递归算法

湖北理工学院2014年度教学改革研究重大项目（No.2014A02）

刘志远（1972-），男，湖北黄石人，教授，博士，研究方向为信息安全

Data Structure course is a core course of computer specialty，it plays an important role in the whole computer specialized curriculum system.The problem of single teaching method，student learning difficulties，low efficiency of teaching has always been in the teaching of data structure.According to the characteristics of data structure course，proposes the new teaching method to combine traditional teaching with teaching in PBL.And practices have been done in the teaching of data structure.Practices prove that the new teaching method not only improves the teacher's teaching quality，but also cultivate the students'learning interest.And it also improves the students‘independent learning abilities.