关键词：协同 可视化 学习环境 数据结构
引言
随着计算机技术和网络技术的发展,数字化信息呈指数级增长,“信息过载”是信息用户在网络时代面临的新问题,如何让信息用户从浩瀚的信息海洋里及时准确地获取他所需要的信息,这正是信息管理与信息系统专业人才培养的目标之一。而在新的信息环境中,信息活动的各个环节越来越需要计算机技术的支撑,《数据结构》作为计算机学科中的核心课程,理所当然地成为了信息管理与信息系统专业的重要专业基础课之一,而且它在本专业中的地位也越来越受到重视。
1 教学中发现的问题
1.1信息管理与信息系统专业中数据结构的教学现状
虽然数据结构课程在本专业中的开设时间已有十多年的历史,但目前数据结构在本专业中的教学还是存在一定的问题,主要表现在: 第一,本专业的学生普遍认为数据结构太难学,把握不了数据结构的知识脉络,且不知道数据结构与本专业的联系体现在哪些方面,感到很茫然,学习没有动力;第二,目前大部分从事数据结构教学的教师来自于计算机学科,这些教师具有丰富的计算机学科的专业知识,但缺乏的是如何把数据结构同其本专业进行有机地融合,存在所谓“两层皮”的现象,使学生误认为学习数据结构仅仅是为了掌握相关的计算机技术,而与本专业的知识结构没有直接联系。
1.2数据结构课程教学的现实困境
数据结构这门课程教学的困境主要来自以下几个方面：第一,学生的前导课程,尤其是对计算机语言的掌握基础不牢。数据结构就教科书的内容而言,主要介绍一些算法,理论性强,大部分算法只给出主体的部分,通常都用C语言或者类C语言描述,如果没有很好的计算机语言基础,学生就不能很好地在上机实践中编写完整程序去检验算法；第二,传统的教学方法、教学手段难以呈现数据结构的抽象内容。数据结构教学的复杂和困难最主要因素来源于学生难以直观看到教师在课堂上对算法的分析及动态变化的过程,而必须通过脑海中执行静态的程序代码来了解数据结构的动态变化。
基于对以上教学困境的思考,构建协同可视化的学习环境是提升数据结构教学实效的一个有益的实践探索。
2 协同可视化学习环境的构建
2.1协同
协同可视化学习环境强调学习方式的转变。探究性、合作性是其两个基本维度,可视化是其显著特征。鼓励学生间的协同学习、合作研究,强调通过小组学习的方式,加强合作交流,共同学习,达到教学相长、学学相长的目的。根据学生的不同个体差异,把学生划分为若干学习小组,参与一些课堂讨论、综合性实验及基于问题的教学。小组内学生一起学习,共同研究,各尽其责,协同合作,培养学生团队协作精神。学习小组的协作同时还可以扩展学生的思维方法,使学生有了更多的主动学习的机会。
2.2可视化
可视化是利用计算机图形学和图像处理技术,将数据转换成图形或图像在屏幕上显示出来,并进行交互处理的理论、方法和技术。它涉及到计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计等多个领域,成为研究数据表示、数据处理、决策分析等一系列问题的综合技术。借助于计算机技术和丰富的多媒体学习资源支持,将被感知、被想象、被推理的事物及其发展变化的形式和过程,用仿真化、模拟化、形象化、现实化的方式,在教学过程中尽量表现出来。可视化教学可以使学生直观地观察、体验、发现、干预、利用这些生动的、信息化了的知识模型,从而使学生形象地建立起问题的真实情境,自然地培养和造就学生的认知能力和创新能力。
2.3协同可视化学习环境模型的构成
2.3.1模型简介
结合数据结构课程本身的特点及实施素质教育对培养学生创新精神和合作、探究能力的目标要求,构建了基于协同学习的可视化学习环境。协同可视化学习环境的最终目标,就是要实现在课堂所处在的信息场中将信息更有效地更直观地传达给更多的学生,通过协同学习支持工具有效实现“信息和知识”和特定“角色”以及“场景”的关联,进而指导学生做出决策和行动。因此,从技术支撑的角度就意味着要充分考虑学生的个体差异,通过创设真实的问题情境,利用协同可视化学习工具支持学生的问题发现、问题解决和合作探究能力。
2.3.2构成要素分析
协同可视化学习
协同可视化学习是为数据结构课程教学提供良好的交流与共享平台,在这个平台上,目标、技术和资源高度统一,进而方便地开展知识的发现、传递、利用、再造等活动,因此这一部分是模型的核心部分,在协同学习环境中让学生与学生之间自愿地将隐性知识贡献出来,并将其保存好以供他人利用,这是共享过程；同样,学生在该环境下通过学习、消化来接受集体知识,在他们获得新知识后,在原有的知识结构上进行加工,通过可视化软件支持,教师的隐性知识和集休思维又会促成新的个人知识习得,这就是学习过程。通过良好的知识的外显,化作促成学生新的知识形成和集体智慧的发展,逐渐形成了“生成-共享-创新-再生成-再共享-再创新”,这样一个良性循环模式。
技术支持
从该模型中可以看出技术只是协同可视化学习环境的外部支撑条件,也就是说技术本身并不能创造知识,也不能作为知识的替代品,它仅仅只是支持工具。协同可视化学习强调技术的兼容与通用,充分发挥技术在协同可视化学习中的作用,实现教师知识传递的自动化、可视化,提高学习的效率。这里的协同学习技术主要包括:知识发现与过滤技术,发现是基础,准确发现有用的模式保障,为后续教师知识管理的展开提供原料。支持过滤是保障,通过消除许多无用的垃圾信息,提高了知识的纯度,减小了教师知识管理的复杂性。知识汇聚与传播技术,汇聚是为了更好地利用,知识汇聚让知识来源多样化,还能为学习者提供具体的解决方案；传播则是实现知识的流动,发挥知识的价值。
交流互动与课堂环境
在课堂学习中教师与学生、学生与学生之间的无障碍交流,实现了知识的按需流动,这样就形成了一张看不见的且具有较高价值的知识网,在这种网络里,学生有着同样的目标、技术条件和共享的资源,能激发学生的学习热情,将自己全身心地投入到协同可视化学习环境中来。
2.3.3模型作用的分析
从该模型中可以看到,课堂学习环境得到了优化,目标、资源、技术实现了协同可视化。可视化教学在课堂学习环境中所表现出的优点主要有:1.可视化教学软件提供直观生动的动态过程展示,不像传统教材那样枯燥乏味,教师可以利用它来吸引学生的注意力；2.通过将文字、数据、图片、动画动态地整合在一起,让学生体会在各种不同的数据结构下,算法执行的动态过程及执行效率的差异；3.学生在课后可借助网络平台,发挥可视化教学软件的辅助、支持作用,从而提高了学生个别化学习能力。另外,该模型提高了课堂教师知识传递的效能,一方面,在协同环境里,人与人之间的广泛交流、知识的按需流动变得十分便利 ,使得课堂之中学生与学生方便地共享知识资源；另一方面,通过课堂内的相互学习和沟通,借用技术支持得以让知识快速地传播到更多的学生当中,通过参与协同学习环境的各项活动,学生得到了更多的学习机会,随之而来的是学生的知识结构和能力水平的提升。
3 结束语
数据结构是一门实践性很强的课程,数据结构教学的复杂和困难最主要因素来源于课程本身对学生较高逻辑思维、抽象能力的要求,协同可视化学习环境模型则很好地解决了抽象内容的知识呈现问题,同时有利于培养学生的主动合作、探究能力。目前,国内研制的可视化数据结构软件还比较少见,在协同学习环境方面也多处于探索之中,因此本文提出构建的协同可视化学习环境模型,旨在抛砖引玉,期待更多的专家和学者通过开展高水平、应用性研究来促成高质量教学。
基金项目：安徽理工大学教学研究项目,信息管理与信描写友情的诗句 息系统专业《数据结构》课程的教学研究
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