研究性学习在《数据结构》课程中的应用与实践

摘要：数据结构是计算机相关专业核心课程，为了提高课程教学效果，引入研究性学习的教学方式。本文分析了研究性学习教学方式的主要特点，设计适合研究性学习教学方式的教学模式，最后对研究性学习教学方法的关键影响因素和教学中的优势进行了分析，实践证明教学效果有了较大提升。

关键词：研究性学习 数据结构 教学方法 高等教育

0 引言

在高等教育教学改革的浪潮中，研究性学习的教学方法成为国内和国外教育界关注的热点。相对结果而言，研究性学习的教学方式更注重教学过程，其强调的不是向学生灌输知识，而是让学生带着问题去探究，去寻找答案的过程中达到教学目的。研究性学习的教学模式是完全摒弃“灌输式”教学的一种教学模式，更加突出学生教学中的主体地位和教师在教学中的主导地位。

“数据结构”不仅是计算机相关专业的核心课程，也是操作系统、编译原理、数据库系统等其他核心课程的先行课，在计算机相关专业的课程中地位非常重要。同时，数据结构又涉及较ญ多的概念和算法，多年的教学经验发现在该课程¿使用“灌输式”的教学方法往往收不到好的教学效果，有必要尝试新的教学方式。实践中使用研究性学习的教学方法教授本科生数据结构课程，取得了比传统教学方法更为显著的效果。

1 研究性学习

研究性学习是指学生在教师的指导下，通过教师精心选择的课题，以类似科学研究的方式，让学生在学习过程中主动进行探究的一种教学方式。研究性学习的教学方式是在素质教学和创新教育的思想观念下催生出的一种全新的教育模式，该方式实现了学生获取知识的主动性、应用知识的独立性、解决问题的实践性。研究性学习的教学方式使得学生在学习的整个过程中改变了传统的学习方式，拓展了学习的空间，也促使学生体验探索式学习的学习活动。在研究性学习中，教师也改变了传统角色，转变为组织者、参与者和指导者[1]。

研究性学习的重要理论基础是构建主义理论。构建主义理论认为：“知识不是被动接受的，而是认知主体积极构建的。”研究性学习充分体现了建构主义理论的学习观，其主要有探究性、过程性、开放性、实践性等特点[2]。

1.1 研究性学习的探究性。与传统的讲授法不同，研究性学习最重要的特点就是探究性，学生不简单是知识的接受者，该教学方式鼓励学生发现问题、研究问题、解决问题。

1.3 研究学习的开放性。研究性学习的学习形式和学习内容都体现了开放性，教科书上和社会上的各种内容都可以成为研究性学习的主题，选题十分宽泛。再者，研究性学习的选题也不强调学科分类，可以是任何学科，也可以是交叉学科。

1.4 研究性学习的实践性。研究性学习尤为重视实践，这不同于一般课堂上的理论学习。学生要自己动手分析问题、解决问题，目的也不是获得某些知识的记忆，而是学生在实践中获得的经验和学习到的能力。

大学生思维也比较活跃，在高等教育中应用“研究性学习”有利于拓展学生开放性思维，有利于增加学生动手实践能力，有利于提高学生综合素质。研究性学习拓展了传统课堂，不以知识的学习为目的，在开放性和实践性的学习过程中初步体验科研，在高校教学中应用和推广研究性学习有重大意义。

国内外一些大学已经开始在教学中应用研究性学习，我校也在积极探索研究性教学和研究性学习方法，在部分高年级专业课程教学实施中已经取得良好的教学效果，下面具体叙述研究性学习的教学方法在数据结构课程上的应用。

2 教学模式设计

2.1 教学目标。本课程具体教学目标是：在教师主导下，学生理解课程中基本知识，掌握分析问题和解决问题的思路和方法，具备独立思考能力，加强学以致用的实践能力。学生不仅能够理解各种数据结构的概念、内容，还能使用数据结构和基本算法解决特定的具体问题，初步体验科学研究的基本过程。

2.2 教学过程和方法的设计。为实现数据结构教学目标需要设计具体的教学方法，研究性学习的教学方式比较复杂，需要多种基本教学方法的综合使用。这里主要使用任务驱动法、范例教学法、讨论法、讲授法。综合使用这些教学方法，逐步引导学生理解、掌握知识点，更重要的是学会使用数据结构去解决实际问题思路和方法，下面详细叙述几种教学方法的应用过程。

首先使用讲授法，介绍本节需要掌握的课程具体知识。教师在使用讲授法时，不能简单像叙述教科书式的“空谈”，应该使用图文并茂的多媒体课件展示给学生，配以合适的动画演示，让数据结构课程中许多抽象的概念以形象的方式展示给学生，以便于学生理解。数据结构课ฉ程中许多抽象的概念可以找到很多生活中的例子，比如，栈的概念可以用洗碗的例子讲解给学生，先洗好的碗是放置在最下面的，盛饭时最先使用的是最后洗好的那个碗。教师要以这些最贴近生活的例子讲解给学生，往往学生最容易接受。学生只有充分理解课程中的基本知识，才可能使用这些知识来分析和解决接下来的问题。

然后使用范例教学法，教师对精选出基础的范例进行分析和讲解。这个过程非常重要，因为最后学生要完成的任务要参照这个范例的题解过程进行，所以范例讲解一定要细致，以便学生能够举一反三。例如，在数据结构课程中最小生成树一节中，可以以俄罗斯向我国输送天然气为例，让学生设计天然气管道路线图，逐步指导学生使用最小生成树方法寻找最短路径，以节省成本。这样的事实例子更能吸引学生，学生对整个学习过程的印象也更深刻。这个步骤在整个教学过程设计中起着承上启下过渡作用，既让学生巩固和复习了上一过程中的基本知识，又为接下来为学生解决问题提供了参考。

接下来使用任务驱动法，教师给学生布置一个具体的任务，要求学生进行学习研究。教师根据实际情况，可以让每个学生独立完成，也可以将学生分成若干小组，各小组成员以协助的形式完成任务。这个环节是研究性学习的中心环节，学生在这个环节完成分析问题和解决问题的过程。由于本科生的研究性学习主要在课堂上完成，所以任务的难度一定要适度，学生完成任务的进度要在教师的掌握中，以便及时给予指导。 如果布置的任务有一定难度，完成任务环节可以加入讨论教学法，教师根据学生进度，在适合时机给学生提供一些信息，启发学生思路，引导学生充分利用信息去解决问题。讨论教学方法也可以充分调动学生的积极性和主动性，为完成任务，学生会积极主动地阐明自己思路和疑问，并参与到讨论中去。教师也能及时了解到学生的进展情况，有针对性地进行引导，帮助学生完成任务。

3 研究性学习教学方法的关键因素

3.1 教师的主导作用。教师的角色的转变，是研究性学习教学方式的一个关键因素，首先是教师观念上的转换。传统课堂上，教师的角色是知识的“传播者”，而在研究性学习方式中，教师不仅要传播知识，还要成为“编剧”，教师要将教材上的知识叙述，转换为适合研究性学习方式的内容。教师还要成为“导演”，要精心设计并组织好课堂教学，赋予学生主体的角色，给学生发挥的空间，教师要掌控好教学设计在课堂上的进展情况。

其次是教师在教学行为上的变۵化，在研究性学习教学方式中，教师要有相应的指导方法，这些都是研究性学习教学方式实施的重要因素。第一，教师要把问题呈现给学生，要学生充分理解该问题；第二，指导学生利用已有知识思考问题，试探寻找解决问题的方法；第三，搜寻需要补充的知识，这里教师要让学生掌握查寻资料的正确方法和渠道，直至解决问题。这个过程中还要锻炼学生的思维能力，锻炼学生独立思考与组织分工能力，培养分析问题和解决问题的能力。

3.2 学生的主体作用。研究性学习一定要强调学生的主体作用，学生能否对课程有兴趣和是否积极参与课堂，是保证研究性学习课堂效果的关键。因而，在课堂引入问题时，一定要用多种形式化的内容展示给学生， 尽量少的抽象枯燥教学内容，数据结构课程中的很多基本内容都能在生活中找到活生生的例子，把这些内容用动画、图像、图形等多媒体形式演示给学生，大大增加直观性和信息量，学生最容易接受，进而最大程度地提高学生的兴趣和积极主动性。还可以试探加入一些学科前沿的课题内容，以增加教学内容的实用性和先进性，当然这些前沿性的内容也可以推荐能力强的学生作为研究性学习课堂外拓展的内容，这些内容能够使学生的视野扩宽，促进教学内容和科研内容相结合。

3.3 教学资源整合。课程建设方面，重新制定了适合研究性学习的教学大纲、教学计划，在院系网上存放了课程的电子教案、教学录像、多媒体课件等教学资源并共享给学生，为学生开通专题论坛，学生可以在论坛上提问和讨论，教师可以在论坛上提出和回答问题，以满足研究性学习教学方式需要的教学资源。研究性学习教学方式和传统课堂相比，需要更加丰富的教学资源，以保障教学过程正常进行[3]。

4 研究性学习在教学中的优势

通过整个教学过程，发现研究性学习教学方式能够较大提高学生综合能力，具体体现在以下几个方面：

4.1 有利于培养学生独立自主学习能力。在课程学习过程中，不仅要求学生要掌握数据结构的基本知识，还要使用这些知识去解决问题。在教学过程中，能够锻炼学生自学能力和动手实践能力，提高学生学习主动性，而研究性学习的优势之一就是赋予学生更大的空间，让学生学会自主学习[4]。

4.2 采用多种教学方法，使得教学过程更加灵活，讲授法、范例教学法、任务驱动法的结合使用，大大丰富了课堂教学，改变原来较为单一的教学方式，教学内容也不是那么单调枯燥，更能激发学生的学习兴趣。

4.3 初步体验科学研究过程。在学生掌握一定知识基础后。让学生由问题切入，要求使用这些知识来解决实际问题，使得教学不简单是知识传授，还要锻炼学生使用知识去解决问题的实践能力。科学研究也是使用已有知识，针对未知领域进行研究探索的过程，发现问题、分析问题、解决问题的过程，研究性学习的引入大大扩展了课堂教学[5]。

4.4 更有利于建立新型师生关系。在教学过程中，学生的主体更突出，教师的主导作用更重要，教师与学生建立一种类似于研究生教育中的导师与学生的关系，在学习中交流比传统教学中有更多的交流，更大限度发挥了教师的作用。

5 结束语

数据结构作为计算机相关专业的一门核心课，对后续课程重要影响，将研究性学习教学方式引入到数据结构课程教学❥中，能够锻炼学生独立思考的能力，培养学生提出问题、解决问题的实际能力，对高等教育高素质人才培养有重要意义。