（教育技术学专业论文）信息技术与高职《数据结构》课程的整合教学研究.pdf

摘要 信息技术与学科课程整合是实现教育信息化的重要途径，近几年已成为教育 研究领域的一个热点问题。信息技术与课程整合是指在课程教学过程中把信息技 术、信息资源、信息方法、人力资源和课程内容有机结合，共同完成课程教学任 务的一种新型的教学方式。信息技术与课程整合的目标是培养具备创新精神与实 践能力、适应信息时代知识经济要求的高素质人才。高职教育是高等教育的一部 分，它是把培养和发展学生的技术应用能力放在首要位置的。信息技术与课程整 合在教学中的应用优势和高职院校人才培养目标要求之间的一致性，使得研究和 探索信息技术与高职学科课程的整合教学模式具有重要的现实意义。 本论文从高职数据结构课程所面临的实际教学问题出发，针对具体的教 学实践，在相关理论研究的基础之上，提出了信息技术与离职数据结构课程 的整合教学设计方案和改进后的基于n t e q 模式的教学单元设计步骤，并开发了 “整合教学”理念下的网络教学平台，同时对整合教学进行了评价和分析。希望 其成果能为高职院校学科课程的教学研究和改革提供一个新的教学模式和范例。 论文由七个部分构成： 第一章介绍了课题研究的背景以及研究的方案。包括研究假设的确立，研究 变量的分析以及研究的目标、内容、方法和步骤。 第二章综述了课题研究的理论基础和应用模式，为信息技术与数据结构 课程的整合教学研究提供理论依据。 第三章是论文的重点内容，从教学设计的七个方面具体阐述了信息技术与高 职数据结构课程整合的整体教学方案。 第四章首先总结提出了改进的基于n t e q 模式的教学单元设计步骤，接着展 示了教学实践中的两个具体的教学单元实例。 第五章主要介绍了“整合教学”理念下的数据结构网络教学系统的基本 功自皂和实现方法。 第六章通过对整合教学的评价和分析，表明本研究对学生的课程成绩、学习 态度以及学生的信息技术应用能力方面具有一定的成效。 结语部分是对研究的总结和反思。 关键词：信息技术与课程整合，高职教育，n t e q 模式，教学设计，教学评析 v a b s t r a c t t h ei n t e g r a t i o no fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n dc u r r i c u l u m ( 1 i t c ) i sa n i m p o r t a n tp a t ht o w a r d st h ei n f o r m a t i o n - b a s e 耐e d u c a t i o n , w h i c hh a sb e c o m eaf o c u s q u e s t i o ni nt h et i c i do fe d u c a t i o n a lr e s e a r c h i i t ci san e wt e a c h i n ga p p r o a c h , w h i c h i n v o l v e st h eo r g a n i cc o m b i n a t i o no fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , i n f o r m a t i o nr e s o u r c c s i n f o r m a t i o na p p r o a c h , m a n p o w e rl e s o u r c c sa n dt h ec o n t e n t so ft h ec o u r s e sf o rt h e p u r p o s eo fc o o r d i n a t e l yc a r r y i n go u tt h et e a c h i n gw o r ko ft h ec o u r s e 1 1 他a i mo ft h e i n t e g r a t i o ni st op r o d u c eh i g h l yq u a l i f i e dt a l e n t sw i t he r e a t i v i t i e sa n dc o m p e t e n c e s w h oc a l ll i v eu pt ot h er e q u i r e m e n t so ft h ei n f o r m a t i o na g ea n dt h ei n t e l l e c t u a l e c o n o m y a d v a n c e dv o c a t i o n a le d u c a t i o ni sp a r to f t h eh i g h e re d u c a t i o n ，w i t hp d o r i t ) ， t ot h en u r t u r i n ga n dd e v e l o p i n go ft h es t u d e n t s t e c h n o l o g i c a la p p l i c a t i o na b i l i t i e s n 砖c o m p a t i b i l i t yb e t w e e nt h ep r a c t i c a la d v a n t a g eo ft h ei n t e g r a t i o na n dt h et a r g e to f t h ea d v a n c e dv o c a t i o n a le d u c a t i o na t t a c h e sg r e a ti m p o r t a n c et ot h es t u d ya n d e x p l o r a t i o ni n t ot h ei n t e g r a t i o ni t s e l f b a s e do nt h ep r a c t i c a lp r o b l e m sf a c i n gt h ea d v a n c e dv o c a t i o n a lc o u r s eo fd a t a s t r u c t u r e ，t h i sp a p e r ，u p o nt h eb a s i so f r e l a t e dt h e o r e t i c a la n a l y s i s ，d e s i g n sat e a c h i n g p l a nf o rt h et e a c h i n go fd a t as t r u c t u r ei n t e g r a t e dw i t hi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n d t h e i n n o v a t e du n i tt e a c h i n gd e s i g n i n gp r o c e d u r e sb a s e do nt h en t e qm o d e l a l s o d e v e l o p st h ep l a t f o r mf o rn e tt e a c h i n gw i t l lt h ee o n c e p t i o no f “i n t e g r a t e dt e a c h i n g ” a n dm e a n w h i l eg i v e s 髓a n a l y s i sa n da s s e s s m e n t t y i n gt oo f f e ran e wt e a c h i n gm o d e a n de x a m p l ef o rt h et e a c h i n gs t u d ya n dr e f o r i bt ot h ea d v a n c e dv o c m i o n a lc o u r s s 1 1 l ep a p e ri sc o m p o s e do f t h ef o l l o w i n gs e v e nc h a p t e r s c h a p t e ro n ei n t r o d u c e st h eb a c k g r o u n da n da r r a n g e m e n t so f t h es t u d y , i n c l u d i n g t h ee s t a b l i s h m e n to ft h eh y p o t h e s i s , t h ea n a l y s i so ft h ev a r i a b l e s , a n dt h et a r g e t , c o n t e n t ，m e t h o da n dp r o c e d u r e ； c h a p t e rt w od e a l sw i t ht h et h e o r e t i c a lb a s i sa n da p p l i c a t i o nm o d e lo ft h es t u d y , p r o v i d i n gt h et h e o r yf o rt h ei n t e g r a t i o no fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n dd a t as t r u c t u r e ； c h a p t e rt h r e ei st h em a i nb o d yo f t h ep a p e r , w h i c he x p o u n d sf r o mu pt os e v e n a s p e c t st h ei n t e g r a t e dt e a c h i n gp l a n f o rt h ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n dd a t a s t r u c t u r e ； c h a p t e rf o u rf i r s ts u m m a r i z c st h ei n n o v a t e du n i tt e a c h i n gd e s i g n i n gp r o c e d u r e s b a s e do nt h eb r r e qm o d e l ，a n dt h e no f f e r st w oe x a m p l e si nt h et e a c h i n gp r a c t i c e ； c h a p t e rf i v em a i n l ye x p l a i n st h eb a s i cf i m c t i o n sa n dw a y st or e a l i z et h e mw i t h t h ec o n c e p t i o no f “i n t e g r a t e dt e a c h i n g ”； c h a p t e rs i xr e v e a l st h ee f f e c to ft h i ss t u d yo nt h es t u d e n t sp e r f o r m a n c e ，a t t i t u d e a n dc o m p e t e n c ei nt h ea p p l i c a t i o na b i l i t i e si ni n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , t h r o u g ht h e a s s e s s m e n ta n da n a l y s i st ot h ei m e g r a t e dt e a c h i n g ； n 圮c l o s ep r o v i d e st h es u m m a r ya n dr e f l e c t i o nt ot h es t u d y k e yw o r d ：t h ei n t e g r a t i o no fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n dc u r r i c u l u m ， a d v a n c e dv o c a t i o n a le d u c a t i o n ，n t e qm o d e l ，i n s t r u c t i o nd e s i g n , a s s e s s m e n ta n d a n a l y s i st ot h et e a c h i n g v i 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及 取得的研究成果据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意 作者签名：望 日期：丑：2 学位论文授权使用声明 本人完全了解华东师范大学有关保留，使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索有权将学位论文的标题和摘要汇编出版保密的学位论文在 解密后适用本规定 学位论文作者签名：爹生 导师签名：丘，专u 日期：翌2 ：至1 2 日期： 1 1 1 第一章绪论 高等职业教育是高等教育的重要组成部分，是一种职业特征鲜明的高层次职 业技术教育类型。高职教育的人才培养特征是高级技术应用型人才。具体到一个 专业来说，课程体系和人才培养方案的设计是以适应社会需要为目标，以培养学 生的技术应用能力为主线。高职毕业生应具有基础理论知识适度、技术应用能力 强、知识面较宽等特点。 高职计算机应用专业的目标是培养掌握计算机软硬件基本理论、基本知识与 应用能力，获得计算机应用专业工程师初步训练，具有中、小规模软件开发与应 用和计算机维护及网络管理能力的高级应用型工程技术人才。依此目标可见，高 职院校计算机专业的教学主要是培养学生的实践操作能力与应用能力，同时，还 要培养学生具有应用和开发信息管理系统的能力。 当前，在高职院校的计算机教学实践中，由于延用或效仿普通高校的计算机 课程体系，仍以“本科压缩型”或“专科型”的模式办高职教育，没有突出高职 教育的特色，尚未形成科学适度的课程体系，因而带来教学计划、教学内容、教 学方法、教学模式一系列的问题，难以达到增强学生动手能力和实践操作技能的 培养目标。 技术的进步始终是推动人类社会进步的直接动力之一，同时也是使高等职业 技术教育不断发展的一个重要因素。今天的高职教学环境可以说发生了巨大的变 化：依靠网络系统的支持，为师生提供了无限量的教学资源。丰富的教学资源为 学生提供了多渠道的学习途径，学生可以根据自己的需要创造性地获取教科书上 所没有的知识。计算机、通讯、网络技术的高速发展，为教学方法和教学模式的 改革提供了物质、技术基础。教学方法与教学手段的改革，是实现教学内容改革、 提高人才培养质量的重要途径，因此研究和探索相关学科的信息化教学模式和 规律，毋庸置疑应成为高职院校教学改革的突破口。 本章介绍了开展信息技术与高职数据结构课程整合教学研究的背景、研 究方案以及研究的目标、内容和步骤。 第一节研究的背景 一、高职 数据结构教学的现状与问题 1 数据结构课程的性质和目的 在计算机专业的课程体系中，数据结构不仅是- - i 重要的专业技术基础 课，而且是计算机程序设计的重要理论和技术基础。本课程的教学不仅注重学生 对理论的理解，锻炼学生的抽象思维和创造能力，更注重培养学生的实际动手能 力，使学生学会用计算机解决问题时高效地组织、存储和处理数据的方法，并设 计出相应的结构清晰、正确易读、质量高、风格好的高效率的算法，为后续课程 和计算机应用软件的开发打下坚实的理论基础和实践基础。同时它也是我国计算 机应用专业的重要技能程序员考试的重要科目之一，是衡量高职技能的重要 指标。 2 高职数据结构教学存在的问题 在多年的数据结构课程的教学过程中，学生普遍反映这门课程太枯燥， 不好学，不好考。其中困扰学生的的问题具体表现为： ( 1 ) 缺乏学习兴趣 学生在刚刚接触数据结构这门课程时，都认为它很难，虽然在态度上非 常重视对它的学习，但常常有一种茫然的感觉，不知道自己该如何去学习；当课 程逐渐深入时，便会失去对它的兴趣：当课程结束时，不知道自己到底学了些什 么，学了有什么用，怎么用。 ( 2 ) 理论基础薄弱 数据结构课程的特点是理论性强、知识点多，内容又高度抽象，而对于 高职生源来说，理论演绎和逻辑思维往往是他们的普遍弱项。与此同时，高职培 养模式造成的课程教学时数的压缩，使得学生在课程的学习过程中不能充分理解 消化教学内容，对理论知识一知半解，随着理论与应用的不断结合，就会感觉“越 学越难”。 ( 3 ) 解决实际问题能力差 学生在面对具体的问题时，不知道应该如何应用学过的知识来给出切实可行 的解决方案、编制出计算机程序并在计算机上调试，得出一个正确的结果。学生 在理解课程内容与能够较好地完成算法设计习题之间存在着一定的距离。 3 问题产生的主要原因 ( 1 ) 教材理论性太强，理论与实践脱节 对于数据结构课程来说，其宗旨是培养学生分析问题和解决问题的能力， 以及提高学生的实际动手能力和编程能力。但目前的教材对高职学生来讲理论性 太强，对理论的应用讲述不多，不能让学生充分感受到数据结构这门课程的 魅力和实用价值。 2 ) 教学形式单一 目前的数据结构教学仍表现为传统的教师授课，学生做笔记，理论教学 2 为主，上机实验为辅。尽管许多教材本身自带多媒体课件，可是这些课件有很多 只不过是传统黑板的代替。上课时师生之间还是单向交流，不能挖掘学生的自主 学习能力。另外，某些课件由于缺乏现代教学理论、课件设计理论和先进教学思 想的指导，往往只注重教学内容的多媒体表现，而忽略了知识扩展、应用能力拓展 和创新能力培养。同时，仅仅用课件取代上课，学生容易疲劳走神，注意力不集中， 收不到事半功倍的效果。 ( 3 ) 学生对程序设计语言掌握得不好 数据结构课程中的算法大多由类p a s c a l 、c 或c + + 语言描述丽成，要求 学生能够使用一种程序设计语言( 如c 语言) 对算法进行程序设计，并且上机调 试通过。但由于学生刚刚开始接触程序设计语言，在学过- - i - j 高级语言编程后， 只是掌握了这门语言的知识，而没有掌握应用计算机程序设计语言编制程序去解 决问题的能力。虽然很多学生对算法的原理清楚，但在上机实验中不能利用程序 设计语言表述、实现出完整无错的程序。几次实验课失败的经历，便对本课程的 学习完全失去了兴趣和信心，从而严重影响了学习效果。 ( 4 ) 缺乏对学生计算机应用能力的实际锻炼 高职计算机专业的学生必须具备较强的动手操作能力。这一方面来说是专业 所需。另一方面也是考量高职学生信息素养的一项重要指标。离职生要成为信息 化社会中的“技术型”人才，就要在学习计算机的过程中多动手、勤上机，在实 际操作中逐步培养自己的上机操作能力。限于教学条件和所处地区信息技术发展 的差异，高职生培养过程中的重要一环实调在很多院校也只是一纸空谈，因 此学生信息技术能力的培养没有足够的实践机会。 总之，必须改变过去那种教师一味灌输、学生被动接受的“填鸭式”的教学 方法，要使学生能主动地、生动活泼地学习，在获取知识的同时，使能力得到提 高，为学生的终生发展奠定基础。在高职计算机专业的教学中，要贯穿培养应用 型人才的教学理念。所谓应用型人才教学理念，就是教学过程要以培养学生的综 合技术应用能力为主线，理论教学以“必需、够用”为度，所选择的教学方法与 手段要有利于促进学生素质的全面发展。同时，从教学方法上，要由传统的“注 入式教育”转变为适应能力培养的“高职教学模式教育”；授课方式要由“连续 型细节式授课”转变为“跳跃型平台式授课”；教学形式要由“单一的课堂教 学”转变为“多形式的互动交流”，同时教学要有浓烈的技术氛围。 二、信息技术与高职数据结构课程的整合教学研究的意义 1 信息技术与课程整合是当前高职计算机教学改革创新的新视点 在计算机专业的学科教学中实现“课程的整合”，就是信息技术既要作为学 3 习的对象，同时又是教学的工具。信息技术作为学习的对象，是指按照信息技术 课程体系，学习信息技术的基本操作、基本工具的使用，在教学同时，信息技术 还必须作为教学的工具，即学生在教师的组织下利用信息技术进行学习，以信息 技术手段完成信息技术教学任务。即信息技术课程并不仅仅是简单地为了学习信 息技术本身，还要培养学生利用信息技术解决问题的习惯和能力。因此，要按照 “课程整合”的理念，把信息技术作为一种工具整合到实际任务中去进行学习。 现代信息技术与课程整合是提高教学质量和效率的良好途径，而“课程整合” 又有利于发挥信息技术多层面的功能与作用，促进信息技术与学科课程全面融 合。信息技术与课程整合在教学中的应用优势和高职院校人才培养目标要求之间 的一致性，使得研究和探索信息技术与高职计算机专业课程的整合教学模式成为 当前高职计算机专业教学改革的新视角。 2 优质的网络教学资源为整合教学研究提供了可能 为切实推进教育创新，深化教学改革，促进现代信息技术在教学中的应用， 共享优质教学资源，全面提高教育教学质量，教育部于2 0 0 3 年在全国高等学校 ( 包括高职高专院校) 中启动了高等学校教学质量与教学改革工程精品课程建设 工作( 以下简称精品课程建设) 。精品课程是具有一流教师队伍、一流教学内容、 一流教学方法、一流教材、一流教学管理等特点的示范性课程。精品课程建设是 高等学校教学质量与教学改革工程的重要组成部分。精品课程建设要求精品课程 要使用网络进行教学与管理，相关的教学大纲、教案、习题、实验指导、参考文 献目录等要上网并免费开放，实现优质教学资源共享。随着各级各类精品课程的 开发，作为一门计算机专业基础课，数据结构已具备了丰富的、制作精良的 信息化教学资源，如上海第二工业大学的数据结构课程就是高职高专类的国 家级精品课程。这些优质的网络教学资源为“整合教学”研究提供了可能。 3 有助于提高高职生的信息素养，培养新世纪的技能型人才 信息素养作为一种高级的认知技能，同批判性思维、问题解决的能力一起， 构成了学生进行知识创新和学会如何学习的基础。信息素养不仅已成为评价人才 综合素质的一项重要指标，而且是信息时代每个社会成员的基本生存能力。加强 对高职学生信息素养的培养，既是社会发展的需要，也是学生在信息社会学习、 生活和发展的需要。 4 。有助于转变教学过程中的要素与结构，构建新型的高职教学模式 对国外引进的教学方法结合教学实践进行本土化、个性化研究，探索新型的 高职教学模式。如本文通过对国外成功的整合模式n t e q 模式的改进和应用， 为构建高职数据结构课程的新型教学模式提供了范例。 4 第二节研究的方案 一、研究假设与变量分析。 1 。研究假设 依据信息技术和课程整合的理论和方法以及信息化教学设计的相关研究成 果，提出基于n t e q 模式的高职数据结构教学思路，以有效地促进学生在应 用层次上学习目标的达成，即在学科教学方面，培养学生综合应用所学知识解决 实际问题的能力；在信息技术能力方面，培养学生逐步成为一名熟练的信息技术 的使用者。 2 变量分析 识记：要求能够识别和记忆有关知识点的主要内容( 如定义、定理、术 语、概念，重要结论、方法、步骤及特征、特点等) ，并能够根据考核的不同要 求做出正确的表述、选择和判断。 领会：要求能够领悟和理解本课程中规定的有关知识点的内涵与外延， 熟悉其内容要点和它们之间的区别和关系，并能根据考核的不同要求，做出正确 的解释、说明和论述。 简单应用：要求能够运算本课程中规定的少量知识点，分析和解决一般 的应用问题，例如，简单的算法设计和时问性能分析。 综合应用：要求能够运用本课程中规定的多个知识点，分析和解决较复 杂的应用问题，例如，设计较复杂的算法。 以“树”这一单元的教学目标表述为例： 1 树的概念，要求达到“领会”层次 树的逻辑结构特征 树的不同表示方法 树的常用术语及含义 2 二叉树，要求达到“简单应用”层次 二叉树的递归定义及树与二叉树的差别 = 叉树的性质，了解相应的证明方法 二叉树的两种存储方法、特点及适用范围 3 二叉树的遍历，要求达到“综合应用”层次 二叉树的三种遍历算法，理解其执行过程 确定三种遍历所得到的相应的结点访问序列 以遍历算法为基础，设计有关算法解决简单的应用问题 4 树和森林，要求达到“领会”层次 树和森林与二叉树之间的转换方法 树的各种存储结构及其特点 树的两种遍历方法 5 哈夫曼树及其应用，要求达到“简单应用”层次 最优二叉树和最优前缀码的概念及特点 哈夫曼算法的思想 根据给定的叶结点及其权值构造出相应的最优二叉树 根据最优二叉树构造对应的哈夫曼编码 二、整合目标 1 信息技术能力目标 学生在一个基于n t e q 模式的学习环境中，不仅能够顺利学习到应学的知识和 技能，同时也会逐渐成为一个熟练的技术操作者。他们不仅能了解计算机所拥有 的功能，而且能了解在什么样的情况下使用什么样的技术。这就从很大程度上避 免了学生只学知识技能不会实际操作的隐患。通过n t e q 模式下的数据结构课 程的学习，学生还应在信息技术能力方面达到以下目标； ( 1 ) 熟练使用职场当中常用的技术工具。例如文字处理、互联网浏览、网络 信息搜索以及多媒体演示。 ( 2 ) 了解各种计算机应用的功能，了解在什么情况下采用适当的技术功能。 ( 3 ) 提高信息处理能力。即在信息化社会活动中有选择地利用信息工具( 手 段) ，有效地获取信息，运用信息、最终实现信息再生和创新知识的基本能力。 2 自主学习、协作学习能力目标 ( 1 ) 通过为学生创设主动探究的情境，培养和发展学生自我管理、自我评价、 独立思考、反思自己的学习过程和必要时改变学习过程，以及善于获取、分析和 处理信息、恰当运用各种方法提高学习效率的能力。 ( 2 ) 通过小组学习，促使学生在与他人共同学习、分享经验的过程中，培养 和发展学生积极参与、主动合作的意识和能力。 3 态度目标 ( 1 ) 提高学生学习数据结构兴趣和学好数据结构的信心。 ( 2 ) 培养学生恰当利用信息技术解决学习问题的主动意识。 ( 3 ) 培养学生主动探究和创新思考的学习精神。 ( 4 ) 发展学生乐于合作的团队精神和集体观念，在学习中能够主动与他人交 流和沟通。 第二节教学内容的选择与优化 一、课程内容选择的原则 1 课程内容的基础性 根据高职高专“面向基础、注重应用”的教学要求，我们在课程内容的选择 上以数据结构的基础概念和知识为重点，舍弃了教材中难度较大，学生学习困难 的章节，集中时阃和精力加强对学生基本方法的训练和基本能力的培养。 2 课程内容的应用性 这应该是高等职业技术教育的一个重要特色。高职教育培养的不是学科型、 学术研究型人才，而是适应生产建设、管理服务第一线需要的高级技术应用性人 才。所以，我们在设计教学内容时，突出了高等职业技术教育中的技