《中国教育信息 编辑部：ｍｉｓ＠ｍｏｅ．ｅｄｕ．ｃｎ 信息技术ｌ阜 辩勰 《数据结构》网络课程的设计与实现研究 冰 钟锋 （浙江外国语学院科学技术学院，浙江３１００１２） 摘要：针对当前《数据结构》课程教学中存在的问题，文章首先分析了计算机专业《数据结构》课程的 知识体系结构与教学活动中的重点与难点．然后从课程设计理念、教学活动设计和课程技术实现三个方面 对《数据结构》网络课程平台的设计与实现进行了详细的阐述，最后将新的网络课程教学平台应用到实际 教学中去并取得了良好的教学效果。 关键词：数据结构；网络课程；在线程序评测；教学活动 中图分类号：Ｇ４３３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３—８４５４（２０１３）０８—００５１—０４ 一、引言 试一纸试卷。批改后给出一个总评成绩。学习者只知道 信息与通信技术ＯＣＴ，Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ 自己是否通过了考试，而对于课程哪些知识点掌握较 Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ１的飞速发展在全球引发了教育信息化热潮 好．哪些知识点需要进一步掌握却知之甚少。课程缺乏 和教与学的革命，计算机专业《数据结构》课程的教学更 对考核结果的分析和对学习者下一步学习的指导与反 是早已进入了电脑多媒体时代。Ⅲ然而，纵观全国《数据 馈。 结构》课程的发展，虽然取得了一些成绩，但还存在着如 《数据结构》课程在教学中反映出来的问题迫切需 下的问题： 要我们对其进行改革和完善。本文在对现有《数据结构》 １．教学目标陈旧，学习效率低下 课程分析研究的基础上。紧紧围绕“使学习者在受教育 传统教学活动的目标主要强调学习者对知识的掌 过程中能够有效学习”这一核心教学目标。设计、实现了 握。虽然在实际教学中也注重学习效率，但学习效率的 《数据结构》网络教学平台，并将其成功地应用到教学实 高低主要依赖学习者自身对学习方法的掌握。如今的 践中。 《数据结构》课程教学，教师通过大量使用ＩＣＴ技术（如 二、课程定位与分析 网络、投影仪等），开设网络课程，改变了传统教学形式， 《数据结构》是大学本科计算机相关专业的核心课 但大多数课程还只是纸质教案的数字化，教学的本质并 程，主要讲述按照一定逻辑关系组织起来的待处理数据 没有改变。少数课程提出了较为先进的教学目标与理 元素的表示及相关操作，涉及数据的逻辑结构、物理存 念。但受制于技术与工具而很难达到目标。 储结构和运算，广泛应用在Ｗｅｂ信息处理、人工智能、 ２．重理论．轻实践 数据库、操作系统、图形图像处理的各个领域。课程最大 《数据结构》是一门理论与实践并重的课程。在现有 特点是它不但具有一定的理论深度，且对实践环节具有 的《数据结构》课程中，随处可见一些为了说明某一较难 较高要求，强调对学生实际动手能力、工程应用能力、自 理解的理论问题而进行的巧妙构思，却鲜见将理论运用 学能力和创新能力的培养。［ 到实际中去解决问题的有新意的实验安排。理论脱离了 我们以清华大学《数据结构（Ｃ语言版）》教材为 实际，让学习者容易感到枯燥无味，难以学以致用。这也 例，［３１其知识结构体系是一个由数据逻辑结构、物理结 是大多数计算机专业学习者对该门课程感到害怕，有抵 构、运算等基本理论学习，到抽象数据类型和算法分析 触情绪的一个很重要的原因。 的提升．再到选择合适算法来解决实际问题的一个逐步 ３．重教学。轻考核 提高的过程，如图１所示。全书共１２章，我们将其必修 现有《数据结构》课程的考核绝大多数仍是期末考 部分划分为１０个一级知识点，４５个二级知识点；选修部 基金项目：本文受浙江省教育科学规划２０１１年度课题资助（编号：ＳＣＧ７１），受浙江省教育技术研究规划２０１１年度课题资助（编 号：ＪＢ０４８）。 Ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＩＣＴ ｉｎ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ ５ １ 信息 算法 ．Ｉｌ一 算法 ．．Ｉ，● ●Ｌ ＿ ｒ● ●Ｌ 实蓐阿矗（应用）（ 抽簟与分析‘升华） 图１《数据结构》课程知识体系结构 分划分为２个１级知识点．１５个二级知识点。 课程教学的重点是数据结构基础知识，即要让学生 能够充分理解待处理数据逻辑结构的特点．能够根据不 同情况选择合适的物理存储结构将各种类型的数据进 行存储，并能针对具体应用灵活使用各类运算来解决问 题。常见逻辑结构有线性结构、树形结构、图结构和文件 结构。常见的物理存储结构有顺序方法、链接方法、索引 方法、散列方法。建立在数据结构之上的有效运算是问 题求解的核心，主要有排序、查找、索引、遍历等。教学的 难点是学习者容易将数据的逻辑结构、物理结构和数据 的运算孤立起来看待，不能够融会贯通去解决实际的问 题。 三、网络课程的设计与实现 １．网络课程设计理念 网络课程是通过网络表现某门课程的教学内容及 实施的教学活动的总和．是信息时代条件下课程新的表 现形式，它体现了现代教育思想和现代教与学理论。 针 对现有《数据结构》课程存在的问题，我们在《数据结构》 网络课程设计中采用了行为主义学习理论与认知构建 理论相结合的混合模式。行为主义学习理论要求我们 在课程的设计中遵循重复、强化原则来加强和巩固知 识的记忆．并通过反馈所获得的学习信息来完善网络 课程的优化建设，给我们提供更好的教学服务；［５１而认 知建构理论则要求我们在课程的设置中模拟现实的学 习环境和生活环境．加强和巩固知识的学习，从而降低 学习的难度．激发学习者的学习激情，提起学习兴趣， 提高学习效率。嘲 《数据结构》网络课程改革后的教学目标是使学习 者能够“高效率”地学习，掌握该课程所有知识点，并具 备一定运用《数据结构》解决实际问题的能力。课程改革 后与传统教学最大的区别就是强调知识掌握的同时加 强了“有效学习”，在教学活动中将学习者对知识的掌握 ５２中国教育信息化／２０１３．８ 《中国教育信息化 煽辑部：ｍｉｓ＠ｍｏｅ．ｅｄｕ．ｃｎ 和高效率的学习放在了同等地位。教学的目标不单是使 学习者掌握知识的本身。更加强调为不同学习者提供适 合其自身需要的个性化学习轨迹。我们需要充分利用现 有的ＩＣＴ技术对《数据结构》网络课程的教学内容、成绩 评估和实现手段上做出革新，来适应新的教学目标。 ２．网络课程教学活动设计 我们将《数据结构》网络课程的教学活动过程设 计为集体备课、互动学习与考核评估三个阶段．如图 ２所示。 （１）集体备课阶段 在这一阶段，《数据结构》课程教研组教师利用网络 教学平台建立、完成一套统一的课程课件、讲义、学习资 料与作业。课程网站的建设是一个迭代的过程，每学年 开始前。教研组都会举行一次教学研讨．根据上一学年 对学习者考核、评估结果统计分析得出的反馈，对新学 年教学内容和计划安排进行适当调整．以便更适合学习 者学习的需求，提高其学习效率。 ＜＿／ 数据结构 课程协作式教事＞ ’Ｌ ｉ课程介绍 资源共享ｌ ｊ 教学大纲 集 …预筛 蕴一 ’。协＿ 蓄谋～Ｌ … 摹ｊ在虿 ＿＿＿ ｌ教学课件．彳；教学讲义’ｒ一 习荔 ；： 业与实联段鉴 喜日拾｛咀蔷 吲！ ！ Ｉ 酪＇目 越 ！ ，瞻｛里碑圈！ ● ‘ ≯ 三：：二： 警 堡奎：：：二 誊，ｔ■ Ｈ ■１ 一—一触Ｉ 互 莩 习 提交课后作业 ｌ一／ ｌｘ 瞿 Ｉ ／索同 矾协 ＼ Ｉ 、……— ● ＩＩ－ 考 在线 业批 在线程序自动评测 在线程序自动评测； 核 一…～一Ｔ一…… Ｉ Ｉ 徭 ｌ互评与统计｝ 鉴 从— ：喜ｔ｝耻用｜ ＿ｈ ｂ — ……’反馈 ｉ… …～ｕ 、 …… ｌ 图２《数据结构》网络教学活动设计 针对《数据结构》课程既有一定理论深度、又十分强 调实践动手能力的特点。以及在教学中学习者容易将数 据的逻辑结构、物理结构和数据的运算孤立起来看待， 不能够融会贯通去解决实际的难点。我们在备课中将课 程的教学内容分为三个部分：理论课程、实验课程和实 践课程。理论课程主要讲授课程的知识点，要求学习者 能够掌握每种数据结构的基本特点、常用操作及算法的 分析：实验课程主要讲授如何将数据结构的基本操作转 《中国教育信息化 鳊辑部：ｍｉｓ＠ｍｏｅ．ｅｄｕ．ｃｎ 换为可执行的代码程序，要求学习者能够独立编写小规 模的程序代码：实践课程讲授如何运用数据结构理论及 选择合适算法来解决实际问题，要求学生能够独立地综 合运用所学知识编写较大规模的程序来解决一个实际 的工程问题。通过这三部分的学习，可以让学习者从易 到难，从理论到实践，最终达到对数据结构知识的灵活 运用。 （２）互动学习阶段 这一阶段，学习者和教师通过网络教学平台完成理 论、实验和实践课程的学习。在教学方法上。我们首先采 用目标驱动方法。每一个章节学习开始之前，我们会根 据该章节的知识点准备若干模拟工程应用的案例，学习 者按小组为单位（２—３人），每个小组负责一个案例，要 求小组成员分工明确。整个学习活动中，每周小组举行 ２次交流，师生交流１周一次，并做详细交流记录。通过 小组讨论和师生交流，小组成员共同完成工程应用代 码．并在本章节学习完成之前提交程序代码和解决方案 文档。任务驱动的教学方法在章节学习伊始就确定学习 目标，能够理论联系实际，适合《数据结构》这种既有理 论深度又强调工程实践的课程．通过在学习中去完成任 务来实现学习者知识的构建，提高学习效率。 理论课程学习与实验课程学习是相辅相成的，理论 课程主要强调其对知识点的理解，而实验课程主要强调 将知识点用对应的程序代码来实现。在章节学习中，以 个人为单位，理论课程和实验课程师生互动讨论１周各 一次；学习者互动讨论可以通过教学平台讨论模块随时 进行。章节知识学习完毕后，学习者各自独立完成并提 交理论知识作业与实验课程程序代码。 对学习者提交的课后作业与实践作品，不需要教师 批改，系统可进行自动评判并给出所得分数。实验与实 践课的程序代码，教学平台首先进行雷同代码相似度检 测，然后再提交判题服务器进行在线自动评测。ｌＴｌ （３）考核评估阶段 学习者最后考评结果由期末考试成绩、理论课作业 成绩、实验课作业成绩、实践作品成绩与平时成绩综合 生成，所占比例分别为３５％、１５％、１５％、２５％、１０％。平时 成绩由教师根据小组自由讨论和师生讨论记录及表现 来打分，其余成绩均由系统自动检测生成。期末考试试 卷由网络教学平台从题库中随机抽取题目自动组卷．题 目多样，避免重复，学习者做完试卷在线提交，自动评测 系统会检测程序代码及理论试题结果 通过网络课程的学习，考试成绩不再是衡量学习目 标是否达成的唯一标准，而是作为评价学习效果的参 傅 谈壤 考。学习者对课程的学习与掌握不是一次性的，而是一 个迭代的、循序渐进的过程。在每学期期末，系统会对考 核测评成绩给出统计。为每位学习者提供一份学习的建 议与反馈。学习者考评反馈结果反映了学习者在上一个 学习周期中对知识掌握的情况，同时也给出了他在下一 个学习周期应该重点加强的地方。为今后的学习提供参 考与依据。同时，系统也会为教师提供一份学习者成绩 分析，指出哪些知识点学习者掌握较好，哪些知识点需 要进一步改进教学．方便教师在下一个教学周期中更好 地为学习者服务。 ３＿网络课程技术实现 目前高校中常用的网络教学平台主要有Ｂｌａｃｋｂｏａｒｄ ［８１、Ｍｏｏｄｌｅ［９］、Ｓａｋａｉ［ ｏｌ等，它们可以帮助教师管理教学资 源，组织开展聊天、讨论、Ｗｉｋｉ等多种交互活动，拥有着 强大的作业、测验功能，许多课程通过这些网络教学平 台取得了良好的教学效果。但《数据结构》课程属于程序 算法类课程，有着其自身的特殊性。作业批改与考核评 价在很大程度上依赖对学习者提交程序的运行结果来 判断其是否正确，上述网络教学平台并不具备程序自动 评测功能 为此，我们基于华中科技大学的ＨＵＳＴ ＯＪ开源在线 程序测试平台开发了《数据结构》网络课程教学平台，如 图３。在线程序测试是一种采用黑盒测试原理进行计算 机程序正确性判断的自动化程序，具有比赛公平性好、 评测自动化程度高、节约人力成本等优点，广泛应用于 各类计算机程序与算法设计比赛和教学中。《数据结构》 教学平台基于校园局域网，共有三台服务器。判题服务 器主要负责对在线提交程序的自动运行与判断，数据库 服务器主要负责存储用户、资料、试题、统计等数据信 息，Ｗｅｂ服务器主要负责运行扩充开发的管理员平台、 教师平台和学生平台系统。管理员平台系统主要实现对 系统用户的管理、相关信息的统计与发布。教师平台系 统主要实现教学资源、题库管理，组织校内数据结构实 ］ ’ 望 备 答学练ｉ 疑习＿Ｊ 十中 学 图３《数据结构》网络教学平台 Ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＩＣＴ ｉｎ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ ５３ 信息技术与 实践疑蠹．台 验、实训与期末考核评估。学生平台系统实现在线学习、 讨论、练习与考试。 三、网络课程教学实践与效果分析 《数据结构》网络课程自２０１０年下半年面向计算机 专业本科学生开始尝试实践，课程教学采用课堂教学 与在线学习相结合的模式，对学习者取得了很好的教学 效果和学习满意度。 １．学习效果调查 ２０１０级和２０１１级计算机专业本科学生在通过网 络课程学习后参加期末考试，首次通过率分别达到了 ７５．５％和７９－３％，比２０１０年之前的每年平均６９．３％的通 过率有了较大提高，在一定程度上体现了本课程使用 的效果。 ２．使用满意度调查 在课程满意度调查上，９０％的学生对当前《数据结 构》课程的学习和授课模式满意，相对比２０１０级之前的 ６７％满意有了大幅度的提高。主要满意点为学习效率的 提高和对课程学习兴趣的增强。学习者基本上告别了以 往害怕、厌恶《数据结构》课程的心理。 对于网络课程教学平台的满意度，１００％的学生认 为期末考试后给出的反馈结果对学习者来说非常重要， 是其今后学习的基础和依据。９５％的学生认为章节知识 点的划分、课后习题和实践作业可以有效地帮助他们学 习《数据结构》课程，但同时依然有近３０％的学生认为即 使使用了当前的网络课程，《数据结构》课程的学习依然 有很大或者存在困难，主要难点还是在实践即程序的实 现上。 对网络教学平台的意见主要反映为对较为难以理 解的理论知识，仅仅通过现有网络课程的内容还不够． 希望能够提供视频讲解，可以反复观看，提高学习效率。 此外．还希望能针对学习者每次的作业也能给出反馈， 指出其不足和存在的问题，加强对作业的点评。 四、结束语 通过《数据结构》网络课程教学平台近２年的使用， 我们取得了良好的教学效果，学习者对网络课程的新教 学理念与方法都非常肯定。我们将取得的有益经验总结 如下： １．教学目标与教学理念的提升有效提高了教学 质量 在网络课程教学平台中，我们更加注意教师教学效 率和学习者学习效率的提高，在授课内容的安排、授课 过程和考核评估中都体现了对教育质量的关注，获得了 ５４中国教育信息化／２０１３．８ 《中国教育信息化 鳊辑部：ｍｉｓ＠ｍｏｅ．ｅｄｕ．ｃｎ 学习者极大的拥护。 ２．基于网络教学平台的备课使教学资源制定和教学 活动更加规范 教授该课程的授课团队基于平台采用了统一的讲 义、ＰＰｒｒ讲稿、实验内容及标准答案，有效减轻了教师的 上课压力，也提高了教学资源的质量。 ３．考核评估的改善极大地提高了学习者对该课程的 学习兴趣 在每次考核之后，学习者都可以清楚地了解到自己 掌握了哪些知识点，还有哪些需要进一步学习。新的考 核反馈机制不但获得了学习者的认可，而且进一步明确 了学习者后续学习的目标与动力。 通过实践教学，也暴露出了网络课程平台的一些缺 点与不足：如教学资源比较匮乏，尤其是在线视频教学 资料需要大量丰富；日常实验课程与教学实训的诚信机 制还需要进一步提高；考核及反馈机制还需要进一步的 完善，更加符合学习者的需求。改进上述缺点与不足，改 善《数据结构》网络教学平台质量，是我们下一步工作的 方向。 参考文献： ［１］许ｌ￣１３ＥＣＴＡ在英国ＩＣＴ教育中的作用及启，－ｅ－ＤＩ．电 化教育研究，２０１０（７）：５７￣６３． 【２］张铭，耿国华，陈卫卫等．数据结构与算法课程教 学－＃．，ｇ５ｒ案Ｕ］．中国大学教学，２０１１（３）：５６￣６０． 【３］严蔚敏，吴伟民．数据结构（Ｃ语言版）［Ｍ】．北京：清 华大学出版社，１９９７． 『４］＋ｇｓｇ芬，余胜泉．关于我国网络课程现状与问题的 思考［ＤＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｄｕ．ｃｎ／２００９０３０５．ｓｈｔｍ１． ［５］赵长林．解读行为主义教育思想【Ｍ１．广州：／－东教 育出版社，２００７． ［６］孟伟．交互心灵的构建——现象学与认知科学研 究［Ｍ】．北京：中国社会科学出版社，２００９． 【７］Ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ｔｅｘｔ ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ ｔｅｓｔｅｒ．ＨｏｍｅＰａｇｅ． 【ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｉｃｋｇｒｕｎｅ．ｃｏｍ／Ｐｒｏｇｒａｍｓ／ｓｉｍｉｌａｒｉ— Ｗ＿ｔｅｓｔｅｒ／． ［８］Ａｂｏｕｔ ＢｌａｃｋＢｏｒａｄ［ＤＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／、ｖ１ｗｗ．ｂｌａｃｋ— ｂｏａｒｄ．ｃｏｍ／Ａｂｏｕｔ—Ｂｂ／Ｏｖｅｒｖｉｅｗ．ａｓｐｘ． ［９］Ａｂｏｕｔ Ｍｏｏｄｌｅ［ＤＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｄｏｃｓ．ｍｏｏｄｌｅ．ｏｒｇ／ ２３／ｅｎ／Ａｂｏｕｔ Ｍｏｏｄｌｅ． 【１０］Ｂｙｌａｗｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｓａｋａｉ Ｆｏｕｎｄａｔｍ ＩＤＢ／ＯＬ１．ｈｔｔｐ：／／ Ⅵ，、＾７ｗ．ｓａｋａｉｐｒｏｊｅｃｔ．ｏｒｇ． （编辑：鲁利瑞）
