基于APP的数据结构课程教学改革研究

陶 静 烽

(浙江广播电视大学乐清分校 技术处,浙江 乐清 325600)

随着智能手机的普及、移动通信资费的不断下调和4G及WIFI技术的普及，通过智能手机进行移动学习日渐成为一种趋势.移动教学可以充分利用学生的零散时间，提高学生的学习效率.数据结构课程主要讲解线性表，树和图之间的逻辑结构、物理结构，相关算法以及如何利用这些数据结构进行基本的查找和排序、评估、存取效率、顺序性、可排序性、可扩展性等工作，比较难学，同时又非常枯燥，如空间复杂度、时间复杂度及各种抽象数据，涉及的数学知识较多，是一门理论性和实践性都很强的课程[1].

数据结构课程的教学目的是让学生学会合理地组织数据，有效地存储和处理数据，正确地设计算法以及对算法进行分析和评价.它对学生的技术背景有一定的要求，即要求学生掌握一门高级编程语言(如C语言)，并且最好具备一定的数学修养和逻辑思维能力(如了解离散数学)，而基层电大成人学员却很少具备这方面的素质，但他们却对移动学习有很高的认识与接纳度，具备开展移动教学的良好基础.对这样一门比较抽象的课程，如何在学生相关专业素质有所欠缺的情况下，让学生不知难而退，甚至对它产生兴趣，则是值得思考的问题.因此，本文以基层电大成人学员为研究对象，以泛在学习(U-Learning)理论为指导，选择数据结构课程进行基于APP(AppLication的缩写，指智能手机的第三方应用程序)的课堂教学改革研究，根据课程教学大纲和教材主要内容，分析学生学习需求，定制智能手机移动学习平台，使拥有相应权限的学生能够随时登陆APP进行学习，形成以APP为主要学习工具的课程教学模式，以满足学生“无时无刻、无处不在”的学习需求，提高学生的专业兴趣，实现学生自主学习.

1 设置微课

在课堂教学改革中，设置课程学习的第一步，是让学生首先了解数据结构，将比较入门的部分，比如一些概念、定义、结构的构造方法、应用等较独立且在短时间内能够讲清的知识点、概念、原理等用系列微课的形式表达.如线性表中操作受限的“栈”和“队列”，它们的抽象数据类型和现实生活中的许多例子均有相似性，可以把它制作成微课让学生自主学习；在树结构中，二叉树的定义、遍历、赫夫曼树等都是比较独立的知识点，都比较适用于用微课表达.这些知识点具有一定的顺序性、关联性，但又相互独立.因此，确定的微课内容为：栈、队列、串、树、二叉树、二叉树遍历、森林、赫夫曼编码、图、图的遍历，涵盖线性表、树、图这三大类数据结构类型.每节课选用其中的一个知识点，通过创设情境、案例表达、音视频、动画等手段，从多角度保证学生能够弄懂并理解其实质，使学生在本身知识储备不足的情况下，充分利用碎片时间接触这些内容，并对课程产生兴趣.

2 线上讨论、自测、答疑及实践练习

以系列微课学习为基础，进行各章节内容的详细解析(视频、教案)以及相关算法的可视化演示与模拟.微课视频一般不超过45 min.为验证学生自主学习的效果，在不同时间段内提供相应的线上讨论、自测和答疑.线上知识点自主测试可以让学生了解自己对课程知识点的理解程度.借助APP，课程答疑还可以离线推送、实时打开，这无疑加强了师生的交互能力.学生在迅速得到教师回应后，会更积极地参与交互活动.此外，要求线上的各类资源均能离线下载使用，以便学生能在带宽没有保障或需要离线的移动环境下学习[2].

根据章节安排，穿插进行线下团体编程实践练习，目的是让学生练习和验证所学知识，巩固教学成果，让学生不仅在理论上掌握数据结构的用法，还能够在实践中运用它.

将教学实施过程分为大比重的课堂外(移动学习线上教学)和极少数的课堂内(算法实验线下教学)两部分，师生的绝大部分教学活动在智能终端进行.教学设计全面基于移动学习[3]，围绕APP展开教学.面授课堂作为辅助，仅用于强化需要长时间协同练习的程序设计及算法优化部分的内容.

3 课程移动学习平台建设

在课堂教学改革过程中，需要建设移动学习平台并发布客户端，这样，学生才能通过在智能手机终端安装APP，经4G或WIFI等方式接入服务器，实现对该门课程的移动学习与交互.

课程移动学习平台整体包括客户端、服务器和后台管理共3部分.客户端和服务器之间通过无线方式建立通信连接并进行数据交互.服务器接收客户端提交的数据或请求命令，进行相应处理，选择对应数据写入数据库，或者从数据库中读取对应数据传送到客户端并显示[4].考虑到客户端的并发访问数量，采取多线程和负载均衡等方法提高服务器的响应速度和平台的运行效率.服务器和后台之间使用相同的数据存取模式共享数据库，后台管理采用B/S模式，利用JSP技术开发动态Web，后台数据库使用关系数据库管理系统Oracle 11g.开发语言全部使用JAVA.

平台共有3种角色：学生、教师和管理员.管理员和教师登陆后台管理，可以实现对数据库中数据的更新及维护.管理员主要更新学生的用户数据、管理用户权限和维护数据库安全.教学相关内容的更新由教师在后台完成，除去微课、教学文档、教案、视频课件等外，教师还要根据教学进度更新学生自主测试题表，同时及时回复学生在客户端提交的课程疑问.学生在手机上安装APP，使用学生账号(学号和身份证号)登录.APP包含入门引导、章节学习、自主测试和答疑讨论等板块.在入门引导板块，通过简短而有趣的微课，引导学生进入数据结构课程的大门；通过章节学习板块全面了解课程内容；用自主测试板块和答疑讨论板块来深化理解课程所有知识点，最后将所学知识在实验课上进行练习和验证.移动学习整体流程见图1.学生端流程部分主要在APP上，教师和管理员的管理端流程相对简单.

学习平台是本课程课堂教学改革实施的基础和保障.在两年的使用过程中，不乏大量的并发操作时间.对平台的平均响应时间、并发用户数等性能测试指标的分析表明，此学习平台可以满足用户需求.

4 学时分配及相关要求

根据课程改革内容，制定了课程学时分配方案，详见表1.

要求学生以线上自主性移动学习为主.在APP中设置入门引导微课10节，并以章节学习为主要方式，在APP中记录学习笔记，疑难问题可以直接通过APP向教师或同学求助并讨论.每隔一段时间，自主选择是否进行知识点的测试.自主测试能及时反映学生的学习情况，使学生明确自己对所学知识点的掌握情况[5]，以便进行薄弱知识的补充学习.移动答疑的交互性比课堂提问和网络留言更有效，能带来更好的学习效果.用实验课完成情况来检测学生对于课程知识的了解和运用程度，分析学生学习本门课程后在算法编写实践、程序设计能力、计算机专业素质等方面的提升情况.最后，通过期末考核检验学生能否达到或超越课程预定的教学目标.

图1 移动学习整体流程

章次内容系列微课学时/h移动资源学时/h交互答疑学时/h自主测试学时/h课堂练习学时/h第一章绪论01100第二章线性表02210第三章栈和队列25200第四章串12210第五章数组和广义表02201第六章树和二叉树54210第七章图24200第八章查找06210第九章排序08211总复习一到九章内容00211总计10341963

5 教学改革成效分析

为了更有效地比较基于APP的课程教学改革效果，在浙江广播电视大学乐清分校本专业课程班(下称学分班)外，组建了兴趣班.兴趣班中的学生并无该门课程的学分要求，纯粹出于兴趣额外选修.对比研究两班学生在学习效果上是否有差异以及会产生怎样的差异.在兴趣班的组建过程中，发现兴趣班学生不论来自哪个专业，其共同特点是计算机应用能力普遍高于原班其他学生，自主学习能力普遍高于原班其他学生，对数据结构课程具有浓厚的兴趣.

兴趣班无相关历史成绩数据可纵向比较，故略去对此项的分析.学分班经与未实施课堂改革的学期数据进行比较知，通过教学改革，学生成绩合格率由原来的75%提升至96%，优秀率(85分以上)由原来的15%提升至66%，合格率与优秀率均增长明显.这在一定程度上证明此课堂教学改革具备一定优势，取得了一定的成效.

为了在成绩之外分别评判学生对课程的掌握程度与能力，举办了校算法优化趣味赛.参赛成员有3类，分别为改革前学分班学生、改革后学分班学生与兴趣班学生.为便于分析，使各类人群参赛成员人数均等.从比赛结果知，改革前学分班、改革后学分班、兴趣班的得奖率分别为40%，80%和100%.比较而言，兴趣班学生与改革后学分班学生的总体水平强于改革前学分班的学生；而兴趣班学生整体优胜率达45%，高于改革后的学分班.这表明，基于APP的课堂教学改革能提升学生的课程接受能力与理解程度，学习效果较好；学生本身的兴趣能更有效地发挥移动学习的作用.

在本研究中，也尝试对其他课程进行了APP教学实验.结果表明，工科类或本专业课程学生能够很好地适应移动教学，而其余如文科类课程，则移动教学效果仅突出反映在部分移动学习素质较强的学生身上.因为实验均来自浙江广播电视大学乐清分校，样本数单一，所以实验结果只对应电大基层学生，对于省市级电大及其他网络院校则不一定具有普遍意义.

6 结语

基于APP的课堂教学改革的特点是课堂内的教学活动占比极少，而其课堂外的教学全面实施移动学习，以手机智能终端为主要工具，借助微课与其他教学资源促进学生对课程知识点的掌握、领会和灵活运用，辅以自主水平测试和移动答疑.实践表明，基于APP的移动教学方式，可从管理员、教师、学生这三个层面弥补面授教学、网络教学的局限，让学生拥有更多的学习自主权，拓宽教师在课程教学方面的创新思路.

参考文献：

[1] 孟艳涛,田伟莉.远程开放教育中数据结构课程教学模式的改革[J].中国管理信息化,2009,12(22):123-125.

[2] 吕森林.移动学习的现状与发展趋势[J].出版参考,2014(12):18-19.

[3] 施莉莉. 移动交互式白板的实现及课堂教学应用的研究[D].杭州：浙江师范大学,2014.

[4] 邹明. 基于Qt平台的移动学习系统的设计与实现[D].武汉:华中师范大学,2011.

[5] 孙文彬,赵学胜,袁德宝,等.测绘专业“空间数据库”课程教学方法改革与探讨[J].矿山测量,2014(3):53-55.