基于BOPPPS模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改進(jìn)

基于BOPPPS模型的數(shù)據(jù)構(gòu)造課程教學(xué)改良〔〕:

摘要：針對(duì)數(shù)據(jù)構(gòu)造課程教學(xué)過(guò)程中學(xué)員普遍反映的"聽(tīng)得懂，不會(huì)做";的問(wèn)題，分析了產(chǎn)生這個(gè)問(wèn)題的原因是在課程教學(xué)中忽略了上機(jī)實(shí)驗(yàn)的重要性，從調(diào)整理論課和上機(jī)實(shí)驗(yàn)所占的課時(shí)比例、精簡(jiǎn)知識(shí)點(diǎn)、采用"以學(xué)生為中心";的教學(xué)形式三個(gè)方面提出了教學(xué)改良的方法，并探究了BOPPPS教學(xué)模型在數(shù)據(jù)構(gòu)造課程教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)構(gòu)造；BOPPPS；教學(xué)改良

本文引用格式：吳一塵,等.基于BOPPPS模型的數(shù)據(jù)構(gòu)造課程教學(xué)改良[J].教育現(xiàn)代化,2022,6(85):150-151.

一數(shù)據(jù)構(gòu)造課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

數(shù)據(jù)構(gòu)造是計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門(mén)重要的專業(yè)根底課程，是后續(xù)諸多核心專業(yè)課程的重要先導(dǎo)課程，例如操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)原理與應(yīng)用、算法分析與設(shè)計(jì)等。因此，學(xué)好數(shù)據(jù)構(gòu)造對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)員來(lái)說(shuō)具有非常重要的作用和意義。

數(shù)據(jù)構(gòu)造主要研究在非數(shù)值計(jì)算的程序設(shè)計(jì)問(wèn)題中計(jì)算機(jī)的操作對(duì)象以及它們之間的關(guān)系和操作。通過(guò)課程的學(xué)習(xí)，一方面，使學(xué)員學(xué)會(huì)分析研究計(jì)算機(jī)加工的數(shù)據(jù)構(gòu)造的特性，以便為應(yīng)用涉及的數(shù)據(jù)選擇適當(dāng)?shù)倪壿嫎?gòu)造、存儲(chǔ)構(gòu)造及相應(yīng)的算法，并初步理解對(duì)算法的時(shí)間分析和空間分析技術(shù)。另一方面，通過(guò)對(duì)本課程算法設(shè)計(jì)和上機(jī)理論的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)員的數(shù)據(jù)抽象才能和程序設(shè)計(jì)的才能【1】。

目前，在數(shù)據(jù)構(gòu)造課程的學(xué)習(xí)中，學(xué)員普遍反映的問(wèn)題是"聽(tīng)得懂，不會(huì)做";。

數(shù)據(jù)構(gòu)造課程一般開(kāi)設(shè)在大二上學(xué)期，在學(xué)習(xí)這門(mén)課之前，學(xué)員接觸到的與編程有關(guān)的課程只有計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。因此，在學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)構(gòu)造時(shí)，學(xué)員只是具備了使用C語(yǔ)言進(jìn)展程序設(shè)計(jì)的根本才能。

目前，在數(shù)據(jù)構(gòu)造課程的教學(xué)中，理論課占的比例往往很大，以我院網(wǎng)絡(luò)工程本科專業(yè)為例，數(shù)據(jù)構(gòu)造課程的總課時(shí)是76學(xué)時(shí)，其中，理論課占了60學(xué)時(shí)，上機(jī)實(shí)驗(yàn)只有16學(xué)時(shí)。教員更加關(guān)注帶著學(xué)員學(xué)習(xí)各類(lèi)數(shù)據(jù)構(gòu)造的特性和根本操作，分析在一些常見(jiàn)的非數(shù)值計(jì)算的程序設(shè)計(jì)問(wèn)題中，如何選擇適宜的數(shù)據(jù)構(gòu)造和算法，但對(duì)學(xué)員是否可以編程實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的算法，往往關(guān)注度不夠，認(rèn)為數(shù)據(jù)構(gòu)造不是一門(mén)學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的課程，學(xué)員在編程上有困難，應(yīng)該自行解決。這種想法導(dǎo)致學(xué)員普遍反映理論課上聽(tīng)得懂，但一做實(shí)驗(yàn)就不知道該怎么辦，久而久之打擊了學(xué)好數(shù)據(jù)構(gòu)造的自信心和積極性。

二數(shù)據(jù)構(gòu)造課程教學(xué)改良的方法

〔一〕增加上機(jī)實(shí)驗(yàn)課時(shí)

從數(shù)據(jù)構(gòu)造課程的教學(xué)目的可以看出，這門(mén)課不僅僅要讓學(xué)員學(xué)會(huì)根據(jù)詳細(xì)的問(wèn)題選擇適宜的數(shù)據(jù)構(gòu)造和算法，另一方面也要通過(guò)上機(jī)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)員的程序設(shè)計(jì)才能。在學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)構(gòu)造課程之前，學(xué)員僅僅具備使用C語(yǔ)言進(jìn)展程序設(shè)計(jì)的根本才能。從課程的延續(xù)性方面來(lái)看，數(shù)據(jù)構(gòu)造課程從某種程度上可以認(rèn)為是一門(mén)進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)員程序設(shè)計(jì)才能的課程。因此，課程的教學(xué)應(yīng)該非常重視上機(jī)實(shí)驗(yàn)，所有對(duì)問(wèn)題理論上的分析與設(shè)計(jì)都應(yīng)該落地，實(shí)實(shí)在在的寫(xiě)出程序來(lái)。只有通過(guò)這樣的鍛煉，學(xué)員才能真正具備使用計(jì)算機(jī)解決非數(shù)值計(jì)算問(wèn)題的才能，為后續(xù)諸多核心專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打好理論和編程理論兩個(gè)方面的根底。綜上所述，筆者認(rèn)為應(yīng)該增加數(shù)據(jù)構(gòu)造課程的上機(jī)實(shí)驗(yàn)課時(shí)數(shù)，著力鍛煉學(xué)員的編程理論才能。

〔二〕精簡(jiǎn)知識(shí)點(diǎn)

目前，大學(xué)對(duì)四年制本科的課程學(xué)分要求普遍在150學(xué)分左右，一般16學(xué)時(shí)記1個(gè)學(xué)分。因?yàn)樗哪昙?jí)春季學(xué)期的大局部時(shí)間用于畢業(yè)設(shè)計(jì)，一般不安排課程教學(xué)，因此，假設(shè)以7個(gè)學(xué)期，每個(gè)學(xué)期20個(gè)教學(xué)周

為輸入進(jìn)展計(jì)算，一名本科生每周要上17節(jié)課。而實(shí)際情況還要刨除理論教學(xué)、選修課程、考試周、法定節(jié)假日等時(shí)間，實(shí)際用來(lái)上課的時(shí)間并沒(méi)有這么多。由此可以看出，目前，本科生的學(xué)習(xí)任務(wù)已經(jīng)很重了。在這樣的情況下，大幅增加數(shù)據(jù)構(gòu)造課程的上機(jī)實(shí)驗(yàn)課時(shí)可行性不大，較為適宜的做法是在保持課程現(xiàn)有總課時(shí)的情況下，調(diào)整理論課和上機(jī)實(shí)驗(yàn)所占的課時(shí)比例。然而，減少理論課的課時(shí)數(shù)，必需要考慮的一個(gè)問(wèn)題就是能不能完成課程教學(xué)方案，能不能達(dá)成教學(xué)目的。

目前，數(shù)據(jù)構(gòu)造課程的教學(xué)內(nèi)容一般是按照邏輯構(gòu)造來(lái)設(shè)置的，先介紹線性構(gòu)造中的線性表、棧和隊(duì)列、串、數(shù)組和廣義表，再介紹非線性構(gòu)造中的樹(shù)和二叉樹(shù)、圖，最后介紹數(shù)據(jù)構(gòu)造在查找和排序兩類(lèi)算法中的應(yīng)用。除了查找和排序算法之外，每個(gè)局部都是按照根本概念、邏輯構(gòu)造、存儲(chǔ)構(gòu)造、根本操作、詳細(xì)應(yīng)用的順序展開(kāi)的。但以筆者的教學(xué)經(jīng)歷來(lái)看，以線性構(gòu)造為例，在學(xué)習(xí)完線性表之后，學(xué)員已經(jīng)知道線性表是由n個(gè)數(shù)據(jù)元素構(gòu)成的有限序列了，在學(xué)習(xí)串時(shí)，只要指出串也是一個(gè)線性表，只是把數(shù)據(jù)元素限定為字符而已，學(xué)員就很容易明白?；蛘哒f(shuō)，學(xué)員此時(shí)完全有才能自學(xué)理解串的概念，這個(gè)問(wèn)題沒(méi)有必要再在課堂上反復(fù)地講。數(shù)組和廣義表也是類(lèi)似的情況。但在目前的課程教學(xué)方案中，這兩個(gè)局部安排了1個(gè)學(xué)時(shí)的理論課教學(xué)時(shí)間。筆者認(rèn)為課程教學(xué)方案追求知識(shí)點(diǎn)的"全";在實(shí)際教學(xué)中意義不大，可以對(duì)目前設(shè)置的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)展適當(dāng)?shù)木?jiǎn)。

〔三〕采用以"學(xué)生為中心";的教學(xué)形式

目前，教員在授課過(guò)程中，普遍還是使用"以教師為中心";的教學(xué)形式，以放映PPT配合理論講授的教學(xué)方法為主，重視教的過(guò)程，關(guān)注把知識(shí)點(diǎn)講全、講細(xì)、講透。但筆者更加認(rèn)同羅宇等在文獻(xiàn)【2】中提出的觀點(diǎn)，"教學(xué)效果好壞的標(biāo)準(zhǔn)不是教師傳授知識(shí)點(diǎn)的系統(tǒng)性，而是學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，更是對(duì)知識(shí)運(yùn)用的才能。少灌一點(diǎn)知識(shí)而培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的品格和才能，比僵硬地灌輸知識(shí)要好得多。";?國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和開(kāi)展規(guī)劃綱要〔2022-2022年〕?中也明確指出，"注重學(xué)思結(jié)合。倡導(dǎo)啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式教學(xué)，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)。激發(fā)學(xué)生的好奇心，培養(yǎng)學(xué)生的興趣愛(ài)好，營(yíng)造獨(dú)立考慮、自由探究、用于創(chuàng)新的良好環(huán)境";。它們共同的主題都是倡導(dǎo)"以學(xué)生為中心";的教學(xué)形式，關(guān)注學(xué)員學(xué)習(xí)的效果和主動(dòng)性。

三BOPPPS模型在數(shù)據(jù)構(gòu)造課程教學(xué)中的應(yīng)用

目前，許多新的教學(xué)方法正在被積極的探究和理論，例如：BOPPPS、雨課堂、MOOC、翻轉(zhuǎn)課堂、伙伴式學(xué)習(xí)等。目的都是激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)動(dòng)力，將"要我學(xué)";轉(zhuǎn)變?yōu)?我要學(xué)";。

其中，BOPPPS模型是近年來(lái)北美諸多知名院校所推崇的一種教學(xué)模型，該模型將教學(xué)過(guò)程劃分為引入〔Bridge-in〕、目的〔Objective〕、前測(cè)〔Pre-assessment〕、參與式學(xué)習(xí)〔Participatorylearning〕、后測(cè)〔Post-assessment〕和小結(jié)〔Summary〕6個(gè)局部，簡(jiǎn)稱BOPPPS【3】。BOPPPS模型的核心有兩點(diǎn)：一是強(qiáng)調(diào)學(xué)生全方位參與式學(xué)習(xí)而不只是聽(tīng)講；二是要及時(shí)獲得學(xué)生的反響信息，以調(diào)整后續(xù)教學(xué)活動(dòng)【2】。

筆者對(duì)BOPPPS模型在數(shù)據(jù)構(gòu)造課程教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)展了探究。

〔一〕引入

引入是為了吸引學(xué)員的注意，激發(fā)學(xué)員繼續(xù)學(xué)習(xí)的熱情。例如，在學(xué)習(xí)圖的遍歷時(shí)，可以用"六度空間理論";作為引入，提問(wèn)雖然我們還沒(méi)有從數(shù)學(xué)上證明"六度空間理論";，但如今全球有大約40億互聯(lián)網(wǎng)用戶，我們能不能以此來(lái)計(jì)算"六度空間理論";成立的概率有多大呢？

〔二〕目的

目的明確了這次課要到達(dá)的教學(xué)目的。在課堂中介紹教學(xué)目的的目的并不是走流程，而是要讓學(xué)員明確的知道通過(guò)這次課的學(xué)習(xí)，我應(yīng)該可以做什么，做到什么程度。例如，相較于"掌握普利姆算法";，把教學(xué)目的描繪成"給你一個(gè)無(wú)向連通網(wǎng)，你可以利用普利姆算法畫(huà)出它的最小生成樹(shù)，并計(jì)算出這課最小生成樹(shù)的代價(jià)";更為適宜。

〔三〕前測(cè)

前測(cè)考察學(xué)員是否掌握了展開(kāi)學(xué)習(xí)需要具備的根底知識(shí)，例如，在學(xué)習(xí)二叉樹(shù)的遍歷時(shí)，學(xué)員要知道什么是二叉樹(shù)，可以通過(guò)提問(wèn)"二叉樹(shù)和度為二的有序樹(shù)是一回事嗎？";來(lái)進(jìn)展考察。

〔四〕參與式學(xué)習(xí)

參與式學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)員在教學(xué)過(guò)程中的深度參與，可以采用多種形式展開(kāi)，例如師生之間的互動(dòng)、學(xué)生之間的互動(dòng)、小組討論、頭腦風(fēng)暴等。例如，在學(xué)習(xí)二叉樹(shù)的五種性質(zhì)時(shí)，可以將學(xué)員分成五組，每組組內(nèi)討論并證明其中一種性質(zhì)，然后按照同一小組的成員下一次不在同一組的規(guī)那么重新進(jìn)展分組，讓組內(nèi)成員互相講解一種性質(zhì)。以筆者的經(jīng)歷，這種方式比小組討論、代表發(fā)言的方式更能激發(fā)學(xué)員的積極性。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，筆者發(fā)現(xiàn)，假設(shè)展開(kāi)小組討論，往往有"渾水摸魚(yú)";的同學(xué)，很容易就變成只有一兩個(gè)學(xué)員在討論，小組的其他同學(xué)還是游離在課堂之外，而這種方式迫使學(xué)員必須參與進(jìn)來(lái)。在參與式學(xué)習(xí)過(guò)程中，教員扮演的是引導(dǎo)員的角色，要請(qǐng)教員對(duì)課堂有較強(qiáng)的掌控力，一方面可以引導(dǎo)學(xué)員不偏離主題，另一方面也必須把控每個(gè)環(huán)節(jié)的時(shí)間，不能讓某個(gè)環(huán)節(jié)無(wú)休止地進(jìn)展下去。

〔五〕后測(cè)

后測(cè)是為了檢查學(xué)員是否到達(dá)了教學(xué)目的，可以用隨堂提問(wèn)、小測(cè)驗(yàn)、課后作業(yè)等形式進(jìn)展。

〔六〕小結(jié)

小結(jié)對(duì)這次課進(jìn)展總結(jié)，也可以引出下次課的內(nèi)容。

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