数据结构课程实践教学平台的设计与应用

孟佳娜，李锡祚，李 威，王玲芬，刘勇奎

数据结构课程实践教学平台的设计与应用

孟佳娜，李锡祚，李 威，王玲芬，刘勇奎

（大连民族大学 计算机科学与工程学院，辽宁 大连 116600）

论述了数据结构课程在计算机科学与技术专业课程体系中的重要性，介绍了数据结构课程实践教学改革。通过构建数据结构课程实践教学平台，形成了从平时实验、期中和期末考试、课程设计到ACM竞赛编程训练的一体化培养模式。依靠该教学平台和资源，实现了多角度的以教师为主导、学生为主体的教学改革和实践。

数据结构; 教学改革; 实践教学; 培养目标

数据结构课程是计算机专业的一门理论性和实践性都很强的核心基础课，该课程的目标是使学生掌握数据基本的逻辑和存储结构、典型的数据结构算法，学会程序设计的方法和技巧，在分析数据对象特点的基础上，为数据选择适当的逻辑结构、存储结构，并具有分析算法复杂度的基本技术和能力[1-3]。

数据结构是数据库原理、操作系统和编译原理等课程的重要基础，在计算机科学与技术专业课程体系中占据重要地位，其教学效果将直接影响学生程序设计能力和抽象逻辑思维能力的培养[4-7]。该课程既有高度抽象的概念和逻辑性很强的结构描述，还对学生的编程能力有很高要求。如何提高教学效果是教师面临的重要课题，如何掌握课程内容是学生面临的主要困难。

1 实践教学在数据结构课程中的重要性

数据结构课程的教学环节包括理论教学与实践教学，在教育部实施的“高等学校教学质量与教学改革工程”中，提出要“高度重视实践环节，提高学生实践能力”[8-9]。实践教学不仅是培养学生算法设计和实现能力的主要教学环节，更是培养学生计算思维、创新能力和团队协作精神的有效途径[10-13]。多年的授课经验发现，学生一直对上机实验颇感困惑，很难把本就难以理解的算法和抽象概念转化为可具体实现的代码。为了解决这个难题，我们设计了旨在加强实践能力培养的数据结构实践教学平台。

2 利用现代化手段加强实践能力培养

近年来，信息技术高速发展，为教学模式的变革与创新提供了强有力的推动，也促进了教育教学与信息技术的深度融合[14-15]。教育部在2018年10月颁布的《教育部关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》，强调实践育人平台建设，要求“综合运用校内外资源，建设满足实践教学需要的实验实习实训平台。加强校内实验教学资源建设，构建功能集约、资源共享、开放充分、运作高效的实验教学平台”[16]。

为此，我们进行了基于课程网络教学平台的教学模式和教学方法改革，设计和实现了数据结构课程实践教学平台，如图1所示。学生通过课堂学习和网络实践平台2种形式完成学习任务，其中在课堂上进行理论学习，在网络教学平台上完成实验、作业、考试等教学环节。学生可根据自己的学习情况和学习计划利用平台进行自主学习，增强了学习的自主性和灵活性。该平台解决了计划学时实验时间不足的问题，使学生能够在一个开放、多元的实践环境中，随时上机实验并获得实验结果，随时提出问题并得到解答，促进学生程序设计能力、计算思维能力、实践能力与创新能力的提升。

图1 数据结构课程实践教学平台架构

3 数据结构课程实践教学平台建设

3.1 总体设计

通过多年教学实践，构建了网络环境下的实践教学平台，主要包括练习模块实验教学模块、考试模块、ACM竞赛模块、分析与汇总模块，只要登录校园网，即可使用该平台进行学习和训练。

平台面向学生提供自学自测功能，测试结果即时显现。实现了在线练习和考试、竞赛和讨论，并提供范例代码、优化代码和竞技排名等。图2为学生通过用户名、密码进入系统后的界面。其中，实验教学模块为学生提供了网上编程环境，学生可根据教师布置的实验题目，按照规定时间在网上完成代码编程、调试、提交等工作；考试模块可使学生完成教学过程所要求的平时上机测验和期末上机考试；自测练习模块（见图3）可使学生在课余时间上网完成教师提供的编程练习题，加强编程能力训练，提高编程能力；分析与汇总模块以图表形式对学生实验情况和考试情况进行分析和汇总，为教师进行教学管理及教学资源重组提供了便利。

图2 学生端界面

图3 学生自测练习模块

该平台面向教师提供了学生作业和实验在线评测、代码抄袭检测、在线讨论、考试和竞赛及成绩自动管理等功能，图4为教师进入系统后的界面。通过实验教学模块，教师可上网发布实验题目和实验要求，并实时了解学生提交情况和成绩情况。图5为实验总体完成情况。教师可进行代码抄袭自动检测，把教师从繁重的评判工作中解脱出来；在线讨论功能可使教师随时与学生在线讨论教学内容，为学生答疑解惑；利用考试模块和ACM竞赛模块，教师可网上发布考试题目、竞赛题目，便于学有余力的学生进一步提高编程能力；成绩自动管理功能能够对学生的作业、实验和考试成绩进行自动汇总、导出和分析，便于教师掌握教学情况并进行及时总结和分析。

图4 教师端界面

图5 学生实验完成情况反馈

3.2 实验教学模块

教师通过该模块上传实验题目和实验要求，并设置好提交代码截止时间，学生可使用该模块利用课上或课下时间，在规定的时间内完成教师布置的这些题目。学生完成提交后，系统会根据学生完成情况进行自动评分，教师可随时进入系统查看情况，期末可在截止时间后，查看并下载学生成绩表，做好计入学生总成绩的准备。学生通过实验教学模块完成实验任务，其实验过程、学习行为和学习结果均呈现于平台以供查看，既有助于教师分析学生的个体情况，对进度较慢或质量较差的学生进行及时提醒，也有助于学生的自我了解，以便对学习时间和进度作出调整。

实践教学平台建立后，学生可以不限时间、地点地使用，可以通过系统的编译环境完成编译、运行和测试等代码调试过程，当遇到困难时，还可以通过问题发布，随时得到教师或其他学生的帮助，缓解师资力量不足问题[10]。

3.3 考试模块

数据结构课程是理论和实践并重的课程，因此既设计了理论考核环节，也设计了实验考核环节。理论考核主要为期末卷面考试，卷面分数占总成绩的40%~ 60%，实验考核主要包括实验作业、期中上机考核和期末上机考核，其中实验作业主要围绕课程知识点展开，例如设计了线性表、栈、队列、二叉树、图、查找、排序等相关实验。期中和期末上机考核利用平台集中进行，考核成绩汇入总成绩。

3.4 平台使用效果

平台的使用显著提升了学生的编程实践能力。目前平台注册人数为2712人，代码提交量达到44万次，每年近百名学生依托平台参加程序设计竞赛。近3年来，学生在ACM大学生程序设计竞赛、仿真机器人大赛等学科竞赛中获得国家级奖励26项、省级奖励33项；获得软件著作权8项；获批3项国家级和2项省级大学生创新创业训练计划项目。学生通过该平台，既提高了计算思维能力和编程能力，也提高了创新能力，为成为复合型人才打下了基础。

4 结语

数据结构课程实践教学平台10多年的使用经验表明，该平台培养和提高了学生的实践能力，达到了预期目标，实现了以教师为主导、学生为主体、教学平台和资源为保障的多角度教学改革和实践。今后还将进一步完善平台功能，改善学生学习体验，例如结合雨课堂、微课等，不断拓展学生获取学习资源的渠道，提升学生的学习兴趣和学习效果。

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Design and application of practical teaching platform for Data Structure course

MENG Jiana, LI Xizuo, LI Wei, WANG Lingfen, LIU Yongkui

(College of Computer Science and Engineering, Dalian Nationalities University, Dalian 116600, China)

The significance of the Data Structure course in the Computer Science and Technology specialty curriculum system is discussed, and the methods of the practical teaching reform of the Data Structure course are introduced. Through the construction of the practical teaching platform of the Data Structure course, an integrated training mode has been formed, which includes normal experiment, mid-term and final examination, course design and ACM contest programming training. Based on this teaching platform and resources, the reform and practice of the teacher-led and student-centered teaching from multiple perspectives are realized.

data structure; teaching reform; practical teaching; training objective

G642.0

A

1002-4956(2019)07-0182-03

10.16791/j.cnki.sjg.2019.07.044

2018-11-20

2017年辽宁省大学生实践教育基地建设项目和大连民族大学校级教改项目（20176004）

孟佳娜（1972—），女，吉林四平，博士，教授，系主任，主要研究方向为数据挖掘、大数据应用.E-mail: mengjn@dlnu.edu.cn