建构主义教学理念下的“数据结构”重点课程建设

摘要：以建构主义教学理念为指导，结合教学对象的特点与课程自身特色，介绍包括教学内容建设、教学方法改革、教学团队建设等组成环节的“数据结构”重点课程建设实践过程。提出 “数据结构”弹性课程内容体系、网络化协作学习方法以及基于兴趣的学习模式等教学改革策略，实践证明，它具有较好的实践效果及应用参考价值。

关键词：建构主义；重点课程建设；弹性内容体系；网络化协作学习；基于兴趣的学习

近年来，随着军队信息化建设步伐的加快，各军校都致力于信息类专业的建设[1]。作为信息类专业基础课程和专业课程的结合点，“数据结构”的重要性不言而喻，我院也于2009年确定了“数据结构”重点课程建设，教学对象主要是生长军官学历教育指挥类学员。以建构主义教学理念[2]为指导，将“教员引导下的学员自主学习”教学思想贯彻于课程建设的全过程，把握合理的课程教学体系建设，是本重点课程建设的主要特色。下面，我们将就体现该特色的具体实践过程及其所包含的教学内容体系建设、教学方法改革以及教学团队建设等组成环节进行阐述。

1教学内容体系建设

在课程教学体系中，教学内容是基础，不同的教学内容决定着不同的教学形式与方法，对于学员的知识能力建构的效率和效果也有着不同的影响。目前，各高校普遍压缩了专业基础课教学课时，因此，为了让学员在有限的学时内进行有效的学习，我们必须首先考虑课程教学内容体系建设问题。

一般讲，“数据结构”课程包括线性结构、树型结构、图状结构、查找与排序等内容，并以抽象数据类型、算法度量与评价贯穿其中[3]。各类院校根据其人才培养方案及学员特点，在课程内容组织上也有明显区别：有突出数据逻辑结构的，有侧重算法实现及度量的；有用C语言描述的，有用C++或Java描述的。结合我院信息类专业课程体系设置以及学员特点，根据ACM/IEEE CC2005[4]和教育部CCC2006[5]学科规范，我们在课程内容体系建设方面主要实施了以下几点措施。

1.1采用弹性课程内容体系

由于“数据结构”课程课时有限，本院数据结构课程仅为50学时，课程内容设置不可能面面俱到，必须结合建构主义思想及学员的具体特点确定教学内容。在此次课程建设中，我们在课堂讲授和实践教学环节中均采用了弹性内容体系，在课程讲授内容设置上，我们主要采用了“基本模块”+“扩充模块”的体系，其中“基本模块”包括算法度量基础、线性结构、字符串与模式匹配、树、图、排序、检索等7个模块共16个二级知识点，要求教员必须全部讲解完成；“扩充模块”则包括广义表、AVL树、倒排序及一些前沿应用譬如XML的DOM树、OWL的分类树等，由教员根据学员学习情况灵活掌握实施。

在实践教学环节，我们采用分层次的实验内容体系，自主编写实验教程，设立验证性实验、提高性实验、课程设计等三层次实验要求。其中最基础的验证性实验指课本知识点的具体实现，譬如，线性表存储结构以及其插入、删除、替换、检索等算法的实现等，侧重加深学员对基本数据结构的理解以及基本编程能力的培养；提高性实验则从实际问题解决出发，综合2至3个数据结构的应用或对相关数据结构的算法扩展等，譬如银行的多窗口排队服务，多叉路口车辆调度等问题，需要将现实世界抽象成数据模型并应用相关数据结构的知识解决，有一定建模与实现难度；实验内容体系的顶层是课程设计，以一定规模的实际问题解决为目标，以具体任务为驱动，覆盖数据结构的多种模型，锻炼学员抽象建模和解决问题的能力。根据学时的要求及数据结构教学目标的把握，共计设计了20个实验，其中验证性实验12个，提高性实验7个，课程设计性实验1个，要求学员在数据结构实践过程中至少完成15个实验，包括12个验证实验，任意4个提高性实验以及参加课程设计。

1.2采用C++结合STL(Standard Template Library)框架的描述方法

根据CCC2006的建议，选择面向对象语言C++作为数据结构描述语言，从数据结构的逻辑描述到物理存储及算法实现过程均采用面向对象的分析与设计思路；同时考虑到主流编程语言C++、JAVA及C#等都不同程度地应用了STL框架并提供了常用的数据结构类，譬如Vector、List、Set、Stack、Queue等，在数据结构课程内容中增加了对于主流语言中常用数据结构模板类的分析与编程，以增强学员对数据结构应用的理解。例如，对于STL中的Vector类，其实现功能为大小可动态增长的数组。教学中不仅仅要求学员能够应用该类型，同时要求能够分析理解该类型，譬如要求学员找出其动态增长性实现的代码段，并对其插入、删除算法进行归纳总结等。通过分析STL框架相关类的实现，扩展讲解面向对象思想与概念在实现该类过程中的应用，以提高学员面向对象分析与设计能力。

1.3规范化的教学文档建设

教学是否符合先进的教学理念，是否采用了合理的教学方法，我们从教学文档中就可以看出来，教学文档的形式十分重要，而更重要是教学文档的内容。在本次课程建设中，我们采用了规范化的模板，对课程标准、课程设计、教学计划、教学大纲、教案等进行了统一的设计与规范。譬如，在教案设计中，哪些内容易于CAI展现，哪些内容适合传统板书，我们都进行了仔细研究。譬如概念定义、背景知识、计算结论等，可以拟制要点并进行文本展示；公式定理推导过程如二叉树的性质推导，必须进行板书；原理与过程展示如递归过程分析、树的遍历、排序过程等，推荐使用动画。同时，我们要求教员授课时必须将教材、课件、教案、教学实施表(包括课程标准、大纲、计划)等文档备齐并通过教学组审核。课建组认为：严格规范的教学文档看似传统的要求，实则是课程教学是否成功的前提条件。譬如，课程标准体现了课程的知识体系，即知识建构的基础；教学计划、课程设计与教案则体现了知识的传递体系，即合理地引导学员完成知识的掌握与新知识的建构。通过教学文档建设，提高了课程教学的规范化。

2教学方法改革

在本次“数据结构”重点课程建设中，教学方法改革是研究重点。传统“教员教，学员学”的方法已不能适应“以学员为中心”的学习需要；而照本宣科式的“PPT课件播放朗读”已严重束缚了学员学习过程中的主动性与创造性，与素质教育目标背道而驰。对此，我们在本次课程建设中以建构主义理念为指导，结合“信息化教学”的特点，提出了“网络化协作学习方法”、“基于兴趣的学习模式”两种教学方法并进行了研究尝试。

2.1网络化协作学习方法

“网络化协作学习”是一种以WEB网站和信息资源为依托的新型学习方式[6]，在信息资源平台面前，教员和学员、学员和学员之间更加平等，它提高了学员的学习自主性，有利于以学员为中心的学习。在“数据结构”重点课程建设中，我们通过引入“网络化协作学习”，引导学员在课后进行有效的自主学习，从而达到能力培养的要求。在“网络化协同学习”教学方法实施过程中，我们始终把握两个要点：网络课堂的开设与网络化协同学习的实践。

2.1.1信息资源建设与网络课堂开设

开设网络课堂主要依赖网络教学平台和课程信息资源。此次“数据结构”网络课堂建设采用了总部统一配发的网络课程教学平台，该软件平台不仅提供了章节知识点的构建、关联、发布、检索，而且可以通过公共信息发布、小组信息发布、点对点的信息发布支持交互，该平台能够较好满足教员与学员之间、学员与学员之间的协同学习。基于该网络教学平台，以“数据结构”课程的内容体系为依据，课题组将该课程的章、节、知识点进行了统一的组织，不仅设定了章、节、知识点的隶属关系，还以数据的逻辑结构为线索，将相关知识点进行了关联，形成了“数据结构”课程的知识网，这样做有利学员整体把握该课程；同时，为每一章、节都设置了教学目的、学习方法、学习进度、习题参考、实验练习等栏目，这有利于学员进行自主学习。

2.1.2网络化协同学习方法实践

信息资源的建设是基础，而基于信息资源的“网络化协作学习”实践则是该教学方法改革的重点。 “网络化协作学习”方法实质上是一种建构主义理念指导下的信息化教学方法，它即不同于远程教育模式，也有异于绝大多数的自学网站，“网络化协同学习”强调在教员引导下的学员自主学习和协作学习。在该方法学习中，教员是“导演”，是“总指挥”，教员需要完成学习场景组织、学习进度管理、学习效果评价等活动；学员则可扮演“演员”与“分队指挥”双重角色。作为“演员”，学员需要提出学习计划、实施自主学习；作为“分队指挥”，学员需要组织学习小组、分解学习任务、合成工作成果。

例如，针对模拟实现XML解析器这样的实际应用问题，教员的活动应包括：1)提出应用问题：模拟实现XML文件的DOM存储机制(要求模拟程序能读入、存储XML文件并将XML文件中节点关系按树型显示)；2)提示讲解内容：XML文件的DOM存储原理；3)提示学习任务：树型结构的逻辑表示与存储方法、树型结构的遍历、树型结构的显示；4)分配任务给各学习小组，明确学习进度要求；5)验收并讲评学员实验报告等。学员的活动应包括：1)学习任务计划；2)树型结构相关知识学习与交流；3)XML解析器设计；4)XML解析器实现；5)撰写并提交实验报告和相关代码。以上学习活动，主要通过网络课堂所提供的信息发布、信息浏览、BBS、文件传送进行支持，并通过教员策划组织、学员协作实施的方式完成，是一种有效的“网络协作学习”方法。

2.2基于兴趣的学习模式

“基于兴趣的学习模式”以教育心理学为理论基础，结合“数据结构”课程内容特点，从课程引入、课程展开以及课堂气氛营造等方面进行以提高学员学习兴趣为目标的相关方法研究。该模式的详细论述见文献[7]，此处作一简介。

在课程引入阶段，我们将“数据结构”与学员所学专业领域问题相结合，让学员认识到学习“数据结构”课程的现实意义，引发学员的学习兴趣。在课程展开阶段，我们采用“循序渐近式教学”与“任务驱动式学习”两种方法增强学员学习兴趣。“循序渐近式教学”主要指重视先导课与当前课程的衔接，让学员“能够学”；而“任务驱动式学习”则通过应用情景创设提高学员学习知识、解决问题的兴趣，让学员“有兴趣学”。“基于兴趣的学习模式”的第三个主要措施即课堂气氛营造，通过多种方法譬如小组竞赛、知识竞答、结对互助活跃课堂学习气氛，使学员“乐于学”。

3教学团队建设

加强教学团队建设是重点课程建设一项重要内容。教学队伍建设的质量，直接关系到课程教学的质量和人才培养的水平。因此，在课程建设初期，我们根据教研室和课建设小组的具体情况制定了“引进

来，走出去”的教学团队建设策略和具体的教员培养计划，在两年内引进教员2～3名，送学培养2～3名。目前，我们已引进3名具有硕士学位的教员，其中1名教员加入课程建设小组；选送2名教员攻读博士，1名教员攻读硕士学位，其中，1名脱产2名在职；我们还通过短期培训的方式选送教员学习相关专业知识，拓宽视野；通过参加学术会议的方式选派教员参与交流，学习兄弟院校的先进经验。上述措施使教员整体业务水平有了明显提高，教员队伍培养计划圆满完成。此外，通过课程建设活动，我们培养了一批年轻教员，其中有些教员已成为教学骨干。在两年的课程建设中，我们大胆启用年轻教师，每年都有意识地安排部分年轻教员承担“数据结构”的课程教学任务，积极推荐和支持他们参加院举办的各类教学竞赛活动，并指派经验丰富的老教员进行跟踪指导。在这些年轻教员中，先后有5人在课件制作、教学研究以及优质授课比赛中获奖，并取得了一定成绩。

4结语

此次“数据结构”重点课程建设以建构主义教学理念为指导，在教学内容、教学方法、考核方式及教学团队等方面进行了改革与实践，特别是一些改革后的、具有通用性的内容和方法，如“数据结构”课程弹性内容体系、基于兴趣的“数据结构”学习模式以及网络化协作学习方法在本次课程建设得到应用，它为下一阶段的软件基础类课程群的建设打下了基础。

参考文献：

[1] 候喜贵. 军队信息化建设研究[M]. 北京:解放军出版社,2002:17-19.

[2] 张建伟,陈琦. 从认知主义到建构主义[J]. 北京师范大学学报:社会科学版,1996(4):75-82.

[3] 严蔚敏,吴伟民. 数据结构(C语言版)[M]. 北京:清华大学出版社,2001:2-3.

[4] ACM/AIS/IEEE-CS.Computing Curricula 2005[EB/OL].(2007-05-08)[2010-12-20].http://www.acm.org/education/

curric_vols/CC2005-March06Final.pdf.

[5] 教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会. 高等学校计算机科学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范(试行) [M]. 北京:高等教育出版社,2006:38-40.

[6] 陈文汉,张建奇. 高等教育网络化教学研究综述[J]. 比较教学研究,2003(9):46-52.

[7] 张立,王伟嘉,石岩,等. 基于学习兴趣开展数据结构教学[J]. 计算机教育,2010(13):95-97.

Key Course Construction for Data Structure Base on Innovative Teaching Ideology

ZHANG Li,SHI Yan,ZHANG Hongping,WANG Weijia,YU Congbin

(Department of Logistical Information Engineering, Logistical Engineering University, Chongqing 401311, China)

Abstract：Combining the Constructivism Ideology with the characteristic of data structure course, this paper presents a practice process for data structure key course construction. The suggested process includes four steps, they are the construction of teaching content, the reform of teaching methods, update the assignment and teaching team building etc. Some novel teaching strategies such as flexible content system, networked collaborative learning and interest-based learning also contained by the proposed process, which show the effectiveness and some reference value for the practical work..

Key words：Constructivism; key course construction; flexible content system; networked collaborative learning; interest-based learning;

(编辑：郭小明)