原创《《数据结构》教学过程管理的改革和实践》
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摘 要：分析教学质量管理现状,讨论《数据结构》的课程教学问题和研究现状,从教师角度提出了以实践能力为核心的《数据结构》教学过程管理改革方案.介绍在教学方法、作业批改、课外辅导和上机考核方面的教学改革探索.通过教学实践的数据分析证明,该方案是一种有效教学管理方案,极大地提高了学生的实践能力和理论学习效果.
关键词：数据结构；实践能力；教学过程管理
中图分类号：G434文献标识码：A文章编号：1672-7800（2018）11-0083-04
收稿日期：2018-09-21
基金项目：中国关心下一代“十三五”国家规划重点课题子课题（GGWEDU016-G0167）；重庆市教育科学“十二五”规划2015年度高等教育质量提升专项重点项目（2015-GX-023）；重庆市高等教育教学改革研究重点项目（102416）；重庆市教育科学“十一五”规划重点课题（2010-GJ-5202）；重庆工商大学教育教学改革研究项目（2016216）
作者简介：梁新元（1971-）,男,博士,重庆工商大学教授,研究方向为人工智能.
0引言
教学质量过程控制就是在实现教学目标过程的每个环节,包括实践教学上实施有效的质量控制,通过制定教学过程的监控制度来把握教学的正常运行,并保证良好的教学质量.高校保证人才培养质量的核心是对教学过程的全面管理,课程教学的过程管理是教学质量保证的根本［1］.人才培养是高等学校最根本的任务,其培养质量的高低根本还是取决于对教学过程的质量管理和监控［1］.
教学质量过程控制成为近年来研究的热点.李长熙［2］对2004－2013年《高等工程教育研究》等国内主要11种高教类核心期刊有关高校教学质量管理和提升的1410篇文献进行研究文献予以梳理归纳,总结近十年来我国高校教学质量管理与提升研究的主要特点,同时指出教学质量管理与提升研究的不足,并对未来的研究趋势进行了论述.教育界对于教学质量管理研究以理论研究（占48.69%）和案例研究（占41.89%,二者合计达到90.58%）居多,整体性、宏观性的描述过多,环节性、微观性的研究较少,研究成果可操作性不强.主悔［1］从教师的角度认为,现在教学管理中的质量控制,主要由备课、教学、辅导、批改、考核共5个必不可少的环节构成.
1课程教学问题和研究现状
《数据结构》是计算机专业学生的专业基础课,也是一些学校的理工科专业的公共课.《数据结构》是一门课程内容丰富、理论抽象且实践性强：更重要地是在实践过程中逐步掌握算法设计的思想和方法,以培养学生解决实际工程问题的能力.
目前,大多数学校对《数据结构》采用传统教学模式,主要问题表现为重结果,轻过程.老师往往只注重备课和授课环节,采用满堂灌的方式,对于辅导、批改和考核环节不重视,这是当前常态教学活动中普遍存在的突出问题.《数据结构》课程考核方式大多采用期末闭卷理论考试模式,缺乏上机考试和半期考试.实际上程序设计本身是一种实践性很强的工作,传统教学模式忽视了实践能力的培养和考核.由于《数据结构》理论知识较抽象,难以理解和掌握,传统教学模式造成学生在灵活运用所学知识有效地解决具体问题方面存在较大的困难,实践能力非常差.
针对这些问题,很多教师就数据结构教学进行了积极的改革探索和实践,主要是从人才培养模式、教学方法和考核方法方面的研究.对于质量保障、质量监控和教学管理方面的论文很少.教学质量过程控制的少数几篇论文主要集中在过程性考核方面,这些论文由于存在各自的不足推广比较困难.例如,李月军［3］等人在理论教学中运用问题驱动教学法,在实践教学中引入程序设计竞赛内容：陈红琳［5］提出了将CDIO思想融入数据结构教学中,以真实项目为载体,实现教学做一体化：范立新［7］等人探索了数据结构实验的探究式教学方法；贾银江［5］等人讨论在数据结构实验教学中运用分层次教学；黄龙军和范立新［7］提出了采用自制在线判题系统实现上机考试；蔡茂蓉［8］采用研发的在线判题系统和过程性考核.李月军、黄龙军和蔡茂蓉［3,7,8］提出的教学改革都需要自己研发或者购买考试系统,对于没有能力开发或者没有购买自动考试系统的学校则无法进行.
现有论文,无法覆盖程序设计类课程教学管理的全过程,因此本文拟从备课、教学、辅导、批改、考核共5个环节,提出以实践能力为核心的教学全过程管理,对教学过程进行全面管理,进行有效的质量控制.
教学环节包括备课、上课、作业、辅导、检测等,这些环节都会质量影响最终质量.教学全过程管理的基本思想就是做好教学的各个环节,做好教学的过程管理和质量监控.精心备课,认真上好每一堂课；根据学生实际,确定适当的教学方法,适当课外辅导、补课和指导,深受学生欢迎,教学效果良好.加强教学期中和期末的上机考试,加强平时作业的批改,积极提高学生实践能力,制定合理质量标准、检测方法和反馈机制,大幅度提高学生的实践能力.作者在实施教学过程管理和质量控制方面做了大胆的改革和创新,取得了很好的教学效果.后面部分对这项工作进行了系统介绍和分析.
2备课和上课
2.1备课
坚持学情分析,不管多么熟悉的课程,坚持每周至少花一天时间备课,精心准备教案和教学课件,不断改进教案和教学课件,不断调整和优化教学方案设计.每次备课重点不同,2013级计算机专业的《数据结构》备课重点主要是重新设计了适合演示和讲练结合的教学方案,重点制定了参和评分标准.
2.2教学
上课时不断改进教学方法,在采用传统的“讲授法”基础上,增加了“演示法”和“示范法”.“讲授法”主要通过讲解PPT的方式,向学生讲授知识.“讲授法”具有高效传递知识的特点,能够在短时间内讲授大量知识点,学生容易形成知识全局的轮廓.但是,也有明显的缺点,就是学生觉得讲授的知识枯燥、抽象、难懂.造成课上似乎全懂,下课几乎不会,课后难以独立完成作业.
为此,采用“演示法”,在课堂演示一些算法的效果和程序的运行.通过理论课堂演示程序,让学生感受算法的魅力,体会算法的逻辑.重点运用一些Flash课件演示算法的原理和执行过程.
演示教学法虽然能够直观展示算法和程序,但是由于上课讲授的知识较多,学生对于程序没有亲身的体会,导致大部分学生是“能听懂,不会做”.由于大部分学生的编程基础较差,仍然无法实现基本的算法.为此特别引入“示范法”.示范法,简单的说就是课堂现场示范写程序,让学生跟着写,甚至可以老师和学生一起写程序.在示范教学过程中充分讲解算法的设计思路和实现手段.
3作业批改与反馈
笔者构筑了布置作业→制定参与评分标准→批改→反馈→评讲的作业管理流程,该流程科学合理,能够有效的实现作业的过程管理,如图1所示.
3.1制定参与评分标准
在2013计算机班的《数据结构》教学中,每周大概需要花5小时左右制定评分标准,进一步完善和丰富参,每个程序尽量给出多种方法完成的参考程序.通过参与评分标准,学生能够了解自己存在的问题,学习代码的多种实现方案.
3.2批改作业
重点批改实验作业,每周需要花2天左右时间批改实验作业.2013级计算机一班的《数据结构》共有学生56人,老师每次批改1/3的作业,大概18份作业.由于每次的代码有200行左右,程序非常复杂,错误不容易发现,批改起来非常花时间,平均每个学生的作业40min左右,大概需要2天时间批改作业.批改作业将给出每道题的详细评分、部分程序的修改建议,并对本次学生作业的优缺点进行记录.每份实验作业都从正确性、可读性和测试情况,给出100~150字的描述,便于学生知道自己存在的问题和改进方向.
由于每次批改作业的所花时间很多,只能批改1/3的作业,另外还聘请了10个学生助理协助老师完成作业批改,学生助理完成了大部分作业的批改工作,尽量做到实验作业全批全改.为了不让学生助理不堪重负,学生助理每次只批改10份作业,3周轮一次批改任务.通过批改作业,老师能及时发现问题,能够客观合理的评价学生.批改人员采用交叉评阅方式,避免主观评价,做到客观评价学生.这次学生助理是由同班的学生构成,没有报酬,只是在课程结束时加了10分的平时成绩,自愿参加,随时可以自愿退出.
3.3严防抄袭
在以往的教学中发现,学生抄袭实验作业的现象十分严重,也成为许多老师的难题.结果造成大部分学生基本不会写程序,或者实践能力很差.作者严格查作业抄袭,每发现一次记3次0分,发现第2次再扣3次0分,发现第3次直接挂科.通过教学实践,学生抄袭作业情况得到根本好转,基本杜绝了学生抄作业的情形.通过严格管理,学生基本都是自己写程序,从而增加实践练习的机会,杜绝了学生偷懒的现象.有学生说“梁老师要查抄袭,晚上2-3点常常还在写代码”.
3.4及时反馈和评讲
作业每1～2周会将批改的详细数据在网上公布,学生可以查询自己的作业情况,同时给出优秀典型及错误典型.学生通过老师的评语,能够知道主要错误的方向和原因,使得学生高度重视平时作业,不容易产生偷懒的心理.学生还能看到老师对程序给出的修改建议.老师在实验课上会针对学生存在的典型问题进行简要评讲.
4辅导和答疑
首先在课堂对学生提出的问题及时进行辅导和答疑,同时还增加课外辅导和答疑环节.
4.1课外答疑
通过文字、语音和视频演示进行指导,尽可能教会学生解决问题.学生程序设计学习过程中有疑问,可以通过提交问题.《数据结构》程序比较复杂,有些问题只需几分钟,有些问题需要2～3h以上才能解决.
4.2课外辅导
2013级计算机1班的《数据结构》教学中,通过问卷调查、学生交流和收作业情况发现大量学生的C语言基础还是无法完成实验作业.因此,在该学期采取课外补课的方式进行辅导,大概进行了14周的补课,每周3~4节课,都是用晚上7~10点的时间进行业余补课.考虑到学生水平差异大,主要针对基础差的同学进行,采取自愿参加的原则.补课采用示范教学法,带着学生写程序.完成顺序表、链表、顺序栈、链栈、顺序队列、循环队列、链队列、顺序查找、二分查找、索引查找及常用排序（比如直接插入排序、直接选择排序、冒泡排序）等的实现.每次课完成一种数据结构的实现,后期阶段还完成了一个信息系统.2013级计算机专业全年级3个班共140人左右.考虑到其它班级,比如2013级计算机2班和13金信班也有学生参加,有些周补课2次,平均每次大概26人参加.考虑到当时学生C++同时在学,后半期主要采用C++实现数据结构的算法和信息系统.通过补课,使得编程基础差的同学更有信心继续学习,许多学生反映补课后非常有收获.
5考核
检测和质量控制是教学过程管理的关键环节,可以说是检验和控制教学质量的最核心的环节,所有其它环节都是为教学质量服务的.可以说检测和质量控制环节决定了其它环节的处理方式.确定严格的质量检测和控制的措施.质量检测和控制的措施是保证质量的关键步骤,影响整个教学质量的控制过程.2013级计算机1班的《数据结构》课程实行半期和期末2个阶段的上机考试.每次考试都采用A、B、C、D四套试卷进行考试,保证相邻同学之间的试卷完全不同,同时禁止使用书籍参考资料、网络、U盘和手机,严格保证考试的质量和水平.每次的考试座位都会调整,即半期上机考试和期末上机考试的座位不同,避免学生形成考试的同盟关系,上机考试座位和试卷安排如图2所示.当然,严格的交叉评阅实验作业也是控制教学质量的核心环节.严格的上机考试最能反映学生的实际能力水平和教学质量.
半期上机考试主要检测《数据结构》的顺序表、链表、栈和队列的基本操作.半期上机考试成绩能及时反馈存在的问题,同时可以教育学生,让学生知道老师的严格考核方式.期末上机考试主要检测查找（顺序查找和二分查找）和排序（主要是直接插入排序、直接选择排序和冒泡排序的升序和降序排列）部分的内容.
2013级计算机1班的半期上机考试和期末上机考试各占50%作为卷面成绩计入期末实验成绩.实验成绩由平时成绩和卷面成绩构成,平时成绩和卷面成绩占50%,平时成绩是主要由7~8次实验作业构成,取平均分作为平时成绩,平时成绩不考虑上课出勤,即实验报告成绩就是平时成绩.
6改革实践效果
在2013级计算机1班的《数据结构》教学过程管理进行改革实践,对教学方法、作业批改、上机考试和课外辅导进行了系统改革,我们把该班级称为教改实验班.对照班级是2007计算机1、2班和2012级计算机1、2班,采用传统的讲授法和实验授课方式,这里把这些班级称为传统教学班,只进行了期末上机考试,平时作业很少批改和反馈给学生.教改实验班和传统教学班的实践能力效果和教学效果对比分析见表1、表2和表3.从班级自身水平发展来看,相对于该班级期初的《C语言程序设计》的编程能力有很大提高.2013级计算机1班的《C语言程序设计》上机考试只有50行代码.该班级的《数据结构》半期上机考试代码人均150行,期末上机考试人均190行,课程设计人均代码行887行,具有很强的编程实践能力.从表1可以看出,《数据结构》上机考试（这里采用半期和期末的平均值）在平均分、优秀率、优良率、及格率、率（>等于70分）比《C语言程序设计》上机考试都要高很多,说明优秀学生比率大大增加；C级率（<40分）大大降低,说明差生比率得到有效控制.从表2可以看出,《数据结构》课程设计的成绩分析中也能得到类似结论,优生率大大提高,差生率大大降低.
从教改实验班和传统教学班的实践能力效果和教学效果对比分析来看,教改实验班在实践能力和理论掌握水平都优于传统教学班,编程能力有很大程度的提高.2013级计算机1班的《数据结构》上机考试要比2012计算机和2007计算机的要难得多,采用了4套试卷同时考试,考试过程控制严格；但是传统教学班只有一套试卷考试,容易出现学生相互抄袭.另外,教改实验班的课程设计要求也比传统教学班更高.从表1可以看出,2013级计算机1班的《数据结构》上机考试在平均分、优秀率、优良率、及格率、率（>等于70分）比2012计算机1、2班《数据结构》上机考试都要高很多,比2007级计算机1、2班《数据结构》上机考试优秀率都要高很多,说明优秀学生比率大大增加；比2012计算机1、2班《数据结构》上机考试的C级率（<40分）大大降低,说明差生比率得到有效控制.从表2可以看出,《数据结构》课程设计的成绩分析中也能得到类似结论,优生率大大提高,差生率大大降低.令人惊奇的是,从表3的《数据结构》理论成绩分析中也能得到类似结论,优生率、平均分和及格率大大提高,差生率大大降低.
通过多个年级和班级的实践,避免了班风不同对教学实证效果的影响,充分说明本文提出的教学过程管理改革方案的实践效果.
7结语
通过教改班和传统班级的教学实践证明,本文提出的教学过程和质量控制对于C语言程序设计教学质量的控制是一种行之有效的方法.程序设计类课程的教学全过程管理实现了课堂教学与学生学习的结合,教师的知识传授与学生的实际运用相同步,大大提高了学习效果和学生实践能力.
当然,本文提出的方法还存在许多不足,还需要进一步改进、调整和完善.教学过程管理能充分实现教学管理,及时实现教学反馈,但还是有点逼迫学生学习的味道.还值得进一步探讨如何激发学生学习的兴趣,更好地调动学生学习的积极性.教学过程管理会导致老师投入大量的时间,在2013计算机1班每周要花6-7天的教学任务.因此,如何减少教师的投入时间是下一步重点解决的问题.尤其严重的是,在该班级早期出现了1/4的同学无法提交实验作业,在后半期几乎全班不交实验作业,计划的12-13次作业只完成了8次作业,值得认真思考到底是什么原因造成了这种现象.
参考文献：
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（编辑：徐丽娟）
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