張景祥 王永燕 潘玉奇

文章編號(hào)：1672-5913（2015）03-0080-04

中圖分類號(hào)：G642

摘要：以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門基礎(chǔ)課為例，通過“五個(gè)重新”，再造數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的課程細(xì)胞，提出比較教學(xué)、螺旋教學(xué)、逆向教學(xué)、反芻教學(xué)、共時(shí)教學(xué)等教學(xué)范式，解決教學(xué)的兩難困境。

關(guān)鍵詞：教學(xué)研究：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；本征教學(xué)；共時(shí)教學(xué)法

0 引 言

課程之于教育，猶如細(xì)胞之于生命。生命既需要營(yíng)養(yǎng)，也在于運(yùn)動(dòng)。理論正如營(yíng)養(yǎng)，實(shí)用恰似運(yùn)動(dòng)。理論不足，則弱不禁風(fēng)，缺乏底氣；實(shí)踐過少，則臃腫無力，懶于行動(dòng)。受計(jì)算機(jī)界知識(shí)更新太快，以及高校教學(xué)課時(shí)較少的限制，許多高校在重理論還是重實(shí)用上，普遍存在著兩難選擇。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)屬于計(jì)算機(jī)專業(yè)的基礎(chǔ)課，理論性較強(qiáng)，體系完善、經(jīng)典，教材教法比較成熟。這樣的課程給學(xué)生的印象往往與實(shí)際應(yīng)用相去甚遠(yuǎn)。若固守在象牙塔里，既有辱專業(yè)應(yīng)有的使命，也喪失了理論的生命活力；但要想在大學(xué)低年級(jí)開展基礎(chǔ)理論的應(yīng)用，卻也困難重重。對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門專業(yè)基礎(chǔ)課的課程教學(xué)進(jìn)行再造，增加教育細(xì)胞的活力，可有效地解決這一兩難問題。

1 析構(gòu)個(gè)體差異

生命所以精彩，在于它的多樣性。教育要想充滿生命力，首要的是認(rèn)識(shí)個(gè)體差異、尊重個(gè)體差異、強(qiáng)化個(gè)體差異，而不是抹殺個(gè)性，把人才當(dāng)作流水線上的產(chǎn)品，力求統(tǒng)一、達(dá)標(biāo)、規(guī)范。我們不反對(duì)建立標(biāo)準(zhǔn)，只是不應(yīng)建立唯一的人才標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是多樣化的，所謂“不拘一格降人才”。對(duì)受教育者個(gè)體差異的認(rèn)識(shí)和多方位人才培養(yǎng)的思路，使課程再造從宏觀和基礎(chǔ)上具備了實(shí)施的可能性。

1.1 大學(xué)科招生與小方向培養(yǎng)

計(jì)算機(jī)專業(yè)的新生入學(xué)接受統(tǒng)一的基本素質(zhì)培養(yǎng)，在這期間開設(shè)專業(yè)導(dǎo)論，并為每一位學(xué)生配備專業(yè)導(dǎo)師，指導(dǎo)其個(gè)性發(fā)展，尋求適合自己的發(fā)展道路。在大一將結(jié)束時(shí)，由學(xué)生結(jié)合自身?xiàng)l件與意愿，人性化選擇計(jì)算機(jī)科學(xué)、卓越工程師、信息技術(shù)等方向。

1.2 基礎(chǔ)研究與就業(yè)技能

從專業(yè)設(shè)置和教學(xué)大綱編寫上，保證數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程在開設(shè)時(shí)，有差異化地進(jìn)行教學(xué)側(cè)重。計(jì)算機(jī)科學(xué)可以更偏重?cái)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的理論問題探討，卓越工程師則加大代碼實(shí)現(xiàn)的力度與維度，信息技術(shù)則少而精地學(xué)習(xí)一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本內(nèi)容，軟件外包方向則按照企業(yè)需求實(shí)施諸如雙語教學(xué)在內(nèi)的培養(yǎng)方案。

這賦予了教師在講授數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門課程時(shí)更多的靈活性和針對(duì)性，教師不再為偏基礎(chǔ)理論還是偏實(shí)踐應(yīng)用而左右為難。面對(duì)熱愛追求科學(xué)理論基礎(chǔ)的同學(xué)，有時(shí)候教師也不得不與學(xué)生一起思考一些理論性較強(qiáng)的問題，例如ACM等競(jìng)賽問題；而面對(duì)那些卓越的編程熱學(xué)子，教師也樂得與他們一起動(dòng)手完成一項(xiàng)項(xiàng)有實(shí)用價(jià)值的項(xiàng)目，如學(xué)校的一些教學(xué)管理系統(tǒng)和企業(yè)提供的手機(jī)小APP等。

2 再造課程細(xì)胞

再造課程細(xì)胞，就是讓學(xué)生在課業(yè)上能夠“形核與生長(zhǎng)”，既獲得生長(zhǎng)動(dòng)力，又有空間生長(zhǎng)。動(dòng)力來源于營(yíng)養(yǎng)的汲取，教學(xué)要保證學(xué)生能邁出第一步，實(shí)例教學(xué)就是源動(dòng)力，是形核；同時(shí)為學(xué)生提供練習(xí)的平臺(tái)，并在已經(jīng)形成的初始案例上繼續(xù)擴(kuò)展與生長(zhǎng)。這要求教師對(duì)課堂教學(xué)做一番理論的新認(rèn)識(shí)和細(xì)節(jié)上的重設(shè)計(jì)。

2.1 重新認(rèn)識(shí)理論的本征

中國(guó)學(xué)生自小學(xué)始，已習(xí)慣于統(tǒng)一而經(jīng)典的課本，雖有其教育學(xué)上的優(yōu)勢(shì)，卻失之于僵化了學(xué)生追求理論本征的能力。例如學(xué)生會(huì)普遍認(rèn)為“兩條平行線不會(huì)相交”這樣的所謂正確答案，卻忽略了歐式幾何的前提，在投影幾何和球面幾何里，平行線相交是很正常的。對(duì)于自然數(shù)的描述，西方不乏采用數(shù)論和集合的思想來描述的案例。變“唯教材是尊”為“追求科學(xué)真理”，不再拘泥于形式上的“經(jīng)典”，更看重基本原理的內(nèi)在科學(xué)思想與方法，這樣才能變尋找標(biāo)準(zhǔn)答案式的教育為科學(xué)與創(chuàng)新的教育。正因?yàn)槲覀兞x務(wù)教育階段的缺失，才更加需要大學(xué)階段的教育提倡多維思考。

認(rèn)識(shí)“工程真理”的本征，對(duì)于計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生來說尤其重要科學(xué)真理與工程真理的結(jié)合，是計(jì)算機(jī)這門學(xué)科的重要特點(diǎn)之一。譬如，圓周率眾所周知是一個(gè)無理數(shù)，或曰無限不循環(huán)小數(shù)，但在計(jì)算機(jī)里它至多也就用精度很高的雙精度小數(shù)表示，常常也就取“3.14”即可。工程其實(shí)就是在特定應(yīng)用條件下，對(duì)絕對(duì)真理實(shí)施近似的一種妥協(xié)。基于這種認(rèn)識(shí)，理論與應(yīng)用的對(duì)立便毫無意義，唯有它們之間的結(jié)合與相互接近，才是符合實(shí)際的道路。

在這一過程中，矯正單一教材，而列舉更多參考教材的做法，以及指導(dǎo)學(xué)生多收看一些國(guó)際知名大學(xué)的開放課程，采取這種“比較教學(xué)法”，是解決追求科學(xué)本征動(dòng)力不強(qiáng)、創(chuàng)新力不足的重要舉措。

2.2 重新定位課堂教學(xué)的地位

課堂教學(xué)在國(guó)內(nèi)高校教育中依然占據(jù)著過大的比重。相應(yīng)地，課堂教學(xué)形式上則多半是沿襲著推導(dǎo)式的細(xì)講慢授。其實(shí)課堂教學(xué)，只是教學(xué)中三個(gè)同等重要過程“學(xué)、教、做”中的一個(gè)環(huán)節(jié)，時(shí)間上是課前、課中和課后，并不應(yīng)是課堂教學(xué)獨(dú)大的狀況。

課前自學(xué)是以學(xué)生為主體，是對(duì)教學(xué)材料第一印象的“占有”，初識(shí)滋味。課堂講授是以教師為主導(dǎo)，是對(duì)教學(xué)材料的“凝練和升華”，充滿啟智和牽引。課后應(yīng)用則以團(tuán)隊(duì)為整體，是知識(shí)在應(yīng)用中的一種“結(jié)晶”，贈(zèng)予參與者以成就感。時(shí)間上是從課前到課中到課后，知識(shí)上是從直觀感覺到客觀理論到動(dòng)態(tài)應(yīng)用能力，可謂之“螺旋教學(xué)法”。

2.3 重新評(píng)價(jià)偽代碼的教學(xué)意義

過去的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)，往往是偽代碼教學(xué)，優(yōu)點(diǎn)是學(xué)生注意力容易集中在對(duì)算法的理解上，便于教師課堂上對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的理論教授。通過與學(xué)生交流，我們發(fā)現(xiàn)，低年級(jí)學(xué)生在掌握有實(shí)踐要求的理論課時(shí)，普遍存在動(dòng)手能力不足的問題。學(xué)生反映，理論基本上可以理解，但具體到做作業(yè)的時(shí)候，就不知道如何下手了。近年來，偽代碼被普遍摒棄，究其原因是，初學(xué)者很難完成從偽代碼到實(shí)際高級(jí)語言的轉(zhuǎn)換。正像有學(xué)者認(rèn)為，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)太難學(xué)，實(shí)際上是指動(dòng)手編寫程序難”，目前數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教材中，通行做法是采用實(shí)代碼示例。這雖然解決了上述困難，也有利于學(xué)生在掌握代碼的同時(shí)，了解面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中的一些語言常規(guī)做法。但這卻帶來了另一個(gè)問題，就是面對(duì)長(zhǎng)篇累牘的代碼，學(xué)生感到跟不上。特別是隨著多媒體教學(xué)的普及，課堂上學(xué)生看到的往往是代碼的快速刷屏。

基于教學(xué)中的細(xì)致觀察，我們既沒有追隨眾潮，徹底否定偽代碼教學(xué)，也沒有退回到單純的偽代碼教學(xué)。我們?cè)诔浞址治隽藗未a與實(shí)代碼教學(xué)各自的優(yōu)缺點(diǎn)后，提出了與過去由偽代碼到實(shí)代碼教學(xué)過程相反的一種新型的教學(xué)法，即“逆向教學(xué)法”。

2.4 重新規(guī)劃課程教學(xué)的形式

隨著課程重新定位，課程的教學(xué)形式也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。除課前主要由學(xué)生自主完成預(yù)習(xí)先修外，有教師參與的課程教學(xué)必然會(huì)被切割成兩大部分：教師主講的課堂教學(xué)和教師（一般由助教實(shí)施）指導(dǎo)下的課后練習(xí)。隨著學(xué)校教學(xué)條件的大幅改善，課后應(yīng)用實(shí)踐活動(dòng)已納入了規(guī)范化的課程教學(xué)形式，形成了“一課兩上”的教學(xué)形式：即主講教師針對(duì)理論算法的授課，以及多位教師針對(duì)代碼實(shí)現(xiàn)的上機(jī)指導(dǎo)。特別是第二個(gè)階段中形成了所謂的“反芻教學(xué)法”，學(xué)生通過調(diào)試實(shí)代碼程序，更好地理解前面接觸到的算法本質(zhì)，經(jīng)過再加工抽象成偽代碼，以課件的形式完成書面作業(yè)，并做授課式陳述報(bào)告。

2.5 重新整合教學(xué)資源的配置

為了更好地打破基礎(chǔ)與應(yīng)用的兩難困境，我們提出了“共時(shí)教學(xué)法”。共時(shí)理論（synchronicitytheory）最初由瑞士心理學(xué)家榮格（Carl Gustav Jung）提出，后被廣義地指征不同時(shí)期同一事物的再現(xiàn)。我們提出的共時(shí)教學(xué)法，是指基礎(chǔ)理論與應(yīng)用實(shí)踐在不同課程教學(xué)中的共現(xiàn)。具體做法是，從教師承擔(dān)的課程上，要求承擔(dān)基礎(chǔ)課的教師必須承擔(dān)至少一門應(yīng)用類的課程。從教師本源上，消除兩者的對(duì)立，提高互溶性，讓教師在上基礎(chǔ)課時(shí)有應(yīng)用實(shí)例可舉，在上應(yīng)用技術(shù)課時(shí)能熟練地對(duì)基礎(chǔ)理論進(jìn)行重回顧，再認(rèn)識(shí)。

3 實(shí)例分析

3.1 比較教學(xué)法

以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的Huffman編碼為例，二叉樹左右結(jié)點(diǎn)分別標(biāo)以“0”和“1”是國(guó)內(nèi)教材的唯一做法，但從Huffman編碼科學(xué)本征上說，其實(shí)你任意規(guī)定一下0和1的位置，只要編碼和解碼一致就可以，不必非要和教材上完全一樣。

再如國(guó)內(nèi)教材大多只談“八皇后問題”，學(xué)生的思維也囿于同一模式，而國(guó)外教材卻常常提“N皇后問題”，讓學(xué)生的思想飛起來。

在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中，我們具體實(shí)施的比較教學(xué)法的典型實(shí)例是：同效多碼實(shí)例教學(xué)，即在介紹同一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)ADT算法時(shí)，將不同的編程實(shí)現(xiàn)語言進(jìn)行比較，相應(yīng)地則涉及C++、C#和Java等多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教材。當(dāng)然由于課時(shí)所限，一般以較簡(jiǎn)單的線性表為實(shí)例進(jìn)行解析。

3.2 螺旋教學(xué)法

以單一線性表ADT（抽象數(shù)據(jù)類型）為例，要求學(xué)生事先瀏覽線性表概念、基本實(shí)現(xiàn)方法，以及鏈表的主要類型，通過主講教師以面向?qū)ο蟮母拍顚?duì)這些進(jìn)行本征分析，先從應(yīng)用層面上理解這些對(duì)象的性能，然后再在計(jì)算機(jī)專業(yè)層面上去理解程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的方法，形成一類ADT的螺旋教學(xué)。

而以整個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程介紹的ADTs為例，則由每個(gè)具體的ADT之間的共性去理解，所有不同的ADT其最后實(shí)現(xiàn)，無外乎順序結(jié)構(gòu)和鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)兩種，來理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門課的本征，形成一門基礎(chǔ)課整體的螺旋教學(xué)。

3.3 逆向教學(xué)法

具體做法是：先講解理論，不涉及代碼，然后給出計(jì)算機(jī)可以運(yùn)行的高級(jí)語言代碼，讓學(xué)生提煉出最關(guān)鍵的算法，用偽代碼的方式表示出來。這樣既克服了實(shí)代碼過于細(xì)節(jié)化，枝葉與主干不清，又解決了學(xué)生畏于上機(jī)調(diào)試，動(dòng)手能力不足的問題。

3.4 反芻教學(xué)法

與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主實(shí)現(xiàn)執(zhí)行代碼上不同，我們更加重視學(xué)生對(duì)于所學(xué)知識(shí)的第二次消化吸收上。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，其實(shí)現(xiàn)代碼幾乎成廠隨處可下載的內(nèi)容。與其杜絕學(xué)生抄襲網(wǎng)上代碼，倒不如引導(dǎo)學(xué)生從下載到的代碼更深入地理解。要求學(xué)生對(duì)搜集到的程序代碼進(jìn)行抽象，完成演示文稿，并劃分為多個(gè)討論組，讓絕大多數(shù)學(xué)生有機(jī)會(huì)做主題報(bào)告。

3.5 共時(shí)教學(xué)法

濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院軟件外包專業(yè)根據(jù)合作辦學(xué)企業(yè)的需求，將就業(yè)力‘向分為“.Net方向”和“Java方向”。在教材選擇上，為更好地實(shí)施共時(shí)教學(xué)法，盡量保證基礎(chǔ)課與應(yīng)用技術(shù)課程有一定的連貫性。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程也分為.Net方向教材和Java方向教材[6-7]，后續(xù)應(yīng)用技術(shù)課程（如：Web程序設(shè)計(jì)、而向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)）中也采用相同的描述語占，并盡力安排同一位教師先后主講數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和Web程序設(shè)計(jì)，或者安排課題方向組的教師跨年級(jí)聽課與輔導(dǎo)，努力保證基礎(chǔ)理論與實(shí)用技術(shù)之間的教學(xué)資源重疊和相互支撐。

4 結(jié)語

大學(xué)教育雖然獨(dú)立于職業(yè)培訓(xùn)，強(qiáng)調(diào)對(duì)于“人”的教育，但越來越多的國(guó)家，特別是我國(guó)，更強(qiáng)調(diào)對(duì)服務(wù)社會(huì)技能的培養(yǎng)。在工程類學(xué)科的大學(xué)教育中，追求絕對(duì)自由的科學(xué)探索、純學(xué)術(shù)的研究是不切合實(shí)際的。理論聯(lián)系實(shí)際正足指導(dǎo)專業(yè)基礎(chǔ)課走出理論與實(shí)用兩難困境的指導(dǎo)思想，而相應(yīng)進(jìn)行的課程再造是實(shí)現(xiàn)這一結(jié)合的有效途徑。我們從實(shí)踐中歸納的5種教學(xué)方法證明是有效的、易于操作的。