瀑布式教学理念在数据结构中的探索与实践

杨关+许进忠+吴志刚

摘 要 针对数据结构课程在教与学过程中存在的突出问题，本文提出了瀑布式教学理念。理念以提高学生的学习兴趣为前提和基础，以培养学生的自主学习能力、实践能力和创新思维为教学目标。经过多年的实践，在数据结构等多门课程教学中对大面积提高教学水平与教学质量等方面效果显著。

关键词 教学理念 瀑布模型 认知结构 教学质量

中图分类号：G424 文献标识码：A

Exploration and Practice of Waterfall Teaching

Philosophy in the Data Structure

YANG Guan， XU Jinzhong， WU Zhigang

（School of Computer Science， Zhongyuan University of Technology， Zhengzhou， He'nan 450007）

Abstract For outstanding issues existing in the process of "Data Structures" course teaching and learning， this paper presents a waterfall teaching philosophy. The ideas are to improve students' interest as the premise and foundation， to foster students' self-learning ability， practical ability and creative thinking teaching goals. After years of practice， teaching courses in multiple data structures in a large area to improve the standard of teaching and the quality of teaching and other aspects of the effect is significant.

Key words teaching philosophy； waterfall model； cognitive structure； teaching quality

1 问题的提出

数据结构是计算机科学与技术专业的一门核心专业基础课，既具有较强的理论性和抽象性，又有很强的实践性，对培养、锻炼学生抽象思维、创新思维和实践能力起着十分重要的作用。也正是由于这些内在特征，使得数据结构在实际教学中存在一些亟待解决的问题，“难教难学”是广大师生的共识，比如，任课教师常常抱怨“付出巨大心血，却依然得不到学生的认可”，学生常常反映“虽然努力听课、做题，却收效甚微”。因此，任课教师必须认真思考如何改革教学方法和教学手段，使抽象的理论具体化、复杂的内容简单化，便于学生理解、掌握，促进他们能够学以致用，才能使其学习的积极性和主动性持之以恒。

基于上述想法，笔者所在课程组通过查阅大量的文献资料，探索出了基于瀑布模型的教学理念，它以现代教育心理学、认知心理学为基础，从分析学生所关心的（知识考核-“应试”）与所感兴趣的（知识应用）内容入手，针对课程知识点类型和特点，利用现代教育技术，灵活采用多种教学方法，实施有效的教学。经过多年的教学实践，在数据结构等多门课程教学中对大面积提高教学水平与教学质量、培养学生的自主学习能力、实践能力和创新思维等方面取得显著效果。

2 “以学生为本”构建瀑布式教学理念

由于数据结构本身的抽象性和实践性，若只讲理论知识，一方面学生会感觉讲授内容空洞、枯燥、乏味；另一方面，由于缺少必要动作技能的培养和锻炼，学生课堂上能理解知识内容，但在课下却不会做题、在实际问题中不会灵活地运用，因而，逐渐失去学习的兴趣。

鉴于上述问题，课题组通过长期的调研与分析发现：一般而言，学生学习一门课的直接心理效应表现在两方面：一是如何轻松通过考试；二是学习这门课程今后有何用，又如何应用，即在什么环境下如何运用所学的知识去解决实际问题。前者是学生所关心的，后者是学生的兴趣所在，抓住学生的学习心理需求，上述问题就比较容易解决。

图1 “两应”教学理念的瀑布模型（体系结构）

据此，在整个教学过程中，我们始终坚持“以学生为本”的教育理念，尊重学生的个人兴趣和爱好，想学生所想，构建了符合学生学习心理和认知规律的瀑布式教学理念。理念针对计算机专业大部分课程的教学内容以及学生学习过程具有明显的有序递进性和反复性，将学生的认知心理、认知规律与计算机学科领域中软件工程的原理和方法有机结合，借助现代教育技术，灵活采用多种教学方法和手段进行教学。在实施过程中，始终以兴趣为向导，积极引导学生主动参与、勤于思考、积极探究， 其体系结构图1所示。

（1）知识的探讨与理解：理念以现代教育心理学和认知心理学为理论基础，针对课程知识点类型和特点，灵活采用多种教学模式，讲解、探讨新知识，不仅让学生知其然，而且要知其所以然，建立新旧知识的关联性，促进学生认知结构的形成与发展；同时，通过具体的教学内容，向学生展示、讲解、示范认知策略，进行认知策略的初步学习和训练。知识意义的习得是学生各种技能的形成、智力发展和各方面素质提高的前提和基础。本阶段知识的有效获取是后续阶段“应试”环节和“应用”环节得以成功实施的关键。

（2）“应试”环节：适量的习题对帮助学生及时巩固、加深理解所学知识是十分必要的，也是教学的一个重要环节。本阶段以经典试题为媒介，从不同的角度、以不同的方式分析、讲解知识点及其应用，使学生进一步理解、巩固所学知识，进一步扩充、深化认知结构，增强知识的保持效果；同时，通过具体的教学内容，向学生解释、示范认知策略，让学生学习领会解题思路和解题技巧，提高学习兴趣和积极性。课前精心准备适量的经典试题是实现这一环节的前提，引导学生积极思考是其关键。endprint

（3）“应用”环节：学以致用是大学生感兴趣的话题，普通大学的学生在知识、能力与素质等方面不同于重点院校学生，需要在引导与示范才能更好地理解、应用知识。通过对典型应用问题的分析、探究与解答，促进学生加深理解所学知识，能灵活运用所学知识，学会分析问题、解决问题。其间鼓励学生敏于观察、勤于思考、敢于质疑，勇于创新等思维活动贯穿其中，培养学生类比、归纳和概括能力，使其所学知识和技能得以应用和迁移。

这一环节需要在上课前将事先准备好的典型教学实例或案例，并以课外作业或实习题的方式布置给学生。这样做的目的，一是让学生带着问题去学习（任务驱动）；二是节省课堂时间）。在具体教学中，可以采用“问题-探究”式、类比归纳法、启发式等多种教学模式相结合，效果更好。

多年的实践证明，学生非常喜欢这种教学方式，这既能突出学生在教学活动中的主体地位，又能充分调动学生学习的主动性、积极性，有利于加强学生的自主学习能力、分析解决问题的实践能力；也有利于学生创新思维的培养以及学生个性的全面发展。借用现代教育家邰爽秋的话说，这符合以学生为中心，重视学生的兴趣和个性的全面发展的学生本位教育思想。

3 瀑布式教学理念的主要教学模式

瀑布式教学理念成功实施的关键在于教学实践中灵活采用多种教学方法和手段，它要求以吸引学生的注意力、提高其兴趣为前提，鼓励学生积极参与，敏于观察，勤于思考，敢于质疑，勇于创新，教师重在及时引导、释疑和评价，师生必须互动起来。教学理念中各个环节都要避免灌输式教学。

“应试”环节不是传授给学生应试的方法，更不是代以讲解试题，而是以试题为媒介，通过分析知识的考核目的和考查方式，让学生从不同的角度，以不同的方式领会知识的本质特征及其内涵，最终达到灵活掌握知识的目的。“应用”环节不是将知识的应用简单地呈现给学生，而是以学生灵活掌握知识为前提和基础，通过典型的应用实例的剖析，引导学生利用自身的知识结构和技能去积极主动地分析问题、解决问题，进而能够运用所学知识去解决同类或类似问题，做到举一反三。另外，由于数据结构具有理论的抽象性，算法的复杂性等显著特征，即需要把抽象的理论具体化、复杂的问题简单化，也需要由理论向实践转化的中间环节。很显然，传统的灌输式教学方式无法满足这些需求，因此，应尽量灵活采用多种教学方式和教学手段。在实际教学中，我们采用以“问题-探究”式和类比归纳式为主，启发式等多种方式为辅的集成教学模式。这种模式能将抽象、复杂甚至枯燥的理论、算法融于有趣的问题情境中，增加学生学习的趣味性，有助于培养学生的算法设计能力，分析问题、解决问题的实践能力和创新精神。

在这种轻松、愉快、民主的氛围中，学生有心理安全感，没有外界压力，其智力能得到有效的发挥，其个性心理特征也能得到充分的展示：积极思考、敢于大胆质疑，产生创新的情感和行动，进而养成一种敏于观察、深于思考、勇于质疑的行为习惯，强化一种广于联想、精于比较的创新思维方式。

4 瀑布式教学理念在数据结构课堂教学中的应用

课程组以我校计算机学院、信息商务学院计算机系等院系的学生为研究对象，研究分析瀑布式教学理念对数据结构课堂教学的影响作用。教学班分为实验班和普通班，在实验班教学实践中引入瀑布式教学理念，并与普通班进行对比、分析。多年的教学实践证明，瀑布式教学理念在数据结构课程教学中取得明显效果，主要表现在三方面：一是实验班学生的学习兴趣、积极性得到很大的提高，学生的学习成绩也得到明显的提高；二是实验班学生的分析问题、解决问题的能力以及创新思维能力普遍得到不同程度的提高；三是教师的教学水平及教学效果得到学生和专家的广泛认可。

5 结语

瀑布式教学理念以满足学生的学习心理需求为前提，以培养学生学会获取知识和应用知识去分析问题、解决问题的实践能力为目的，在数据结构、算法设计与分析等理论与实践紧密结合的课程中教学效果显著，推广到数据库、操作系统等多门课程中也取得明显效果。这说明瀑布式教学理念在大面积提高教学水平、教学质量以及培养学生分析问题、解决问题的实践能力等方面具有重要的使用价值，值得进一步研究。

项目来源：2012年河南省信息技术教育重点研究项目（ITE12020）

参考文献

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