基于“超星学习通+希冀Online Judge”的多平台立体化教学模式在“数据结构” 教学中的实践

梁晶晶 张新刚

关键词 数据结构 超星学习通 希冀 Online Judge多平台

1引言

“数据结构”研究的是数据与数据之间的关系，并根据结构特征和操作需求对其进行有效的存储，从而为后续高效的算法设计提供了保障，其是数据组织、算法设计与优化、程序设计和系统开发的关键技术，为大数据、人工智能等技术的发展奠定了坚实的基础，如图1 所示。因此，“数据结构”一直以来都是计算机及信息技术类相关专业的核心基础课程，也是各个高校硕士、博士研究生录取的必考科目和毕业生求职面试的重点考核内容[1] 。

2现状分析

作为一门重要的计算机专业核心课程，“数据结构”具有抽象性、逻辑性强、概念多且容易混淆等特点，同时对实践能力又有较高的要求。目前，应用型高校本科生在“数据结构”学习中如下问题。

第一，学习目的不明确。对于大多数计算机专业的本科生来说，能够快速上手、学以致用的开发类课程无疑具有更大的吸引力，一个网站、一款手机APP或者微信小程序的开发都能让他们获得不小的成就感。但是学了“数据结构”之后可以做什么？ 有什么立竿见影的效果？ 很少有学生可以回答这些问题。目的不明确会直接导致动力不足，这是现阶段要解决的主要问题。

第二，课程内容过于抽象。“数据结构”涉及大量的抽象结构和算法，特别是关于指针、递归的使用，很多学生普遍反映难以理解。如何用更有效的可视化手段展示这些抽象的知识？ 如何在课前、课中、课后三个阶段采用多元融合的教学手段来提升教学效果？是现阶段“数据结构”教学中一个很大的挑战。

第三，代码能力不足。“数据结构”对代码能力有较高的要求，因为数据存储和算法的实现都需要编写程序来验证，把抽象的思想变成具体的结果。代码能力可以说是学习“数据结构”的“看家本领”“敲门砖”。但是现阶段，相当一部分学生的代码能力不够扎实，通俗来讲就是“手跟不上脑子”。有了思路之后，不知道如何去印证和实现，这样会使“数据结构”的学习流于表面，不能深入挖掘算法的核心，使抽象概念和应用脱节。如何在学习过程中，同步提高学生的代码能力，是教学改革的一个重要目标[2] 。

在信息技术飞速发展的今天，传统的“数据结构”教学模式已经不能满足学生的学习需求。本文提出的基于多平台融合的多元立体教学方法针对应用型高校本科生的学习“痛点”，融合了超星学习通和希冀Online Judge 两个平台，进行了全方位、行之有效的教学改革。

3超星学习通———“ 数据结构” 的“ 自习室”

现阶段的教育一直致力于学生自主学習能力的培养，对于抽象的“数据结构”来说，网络技术的发展和层出不穷的教学资源是课堂教学的有力补充。笔者在教学实践中主要采用超星学习通作为课前预习、作业发布和提交、在线考试的教学平台。

3.1超星学习通简介

超星学习通是由超星集团开发的基于微服务架构打造的课程学习软件，是目前各大高校广泛采用的辅助学习平台，为广大学子提供了海量的学习资源。

作为课堂教学的有力补充，教师可以通过超星学习通创建“数据结构”在线课程，并批量导入学生信息、组建学习班级、发布课程资源。

通过在该课程平台发布录制好的教学视频和PPT 课件、Flash 动画等教学资源，供学生预习或复习，如图2 所示。

3.2基于超星学习通的课前预习

以“数据结构”课程为例，笔者采用严蔚敏编写的“数据结构”（人民邮电出版社）作为教材，从绪论、线性表、栈、队列、串、数组、树、二叉树、图、查找、排序等几个知识模块来划分章节[3] ，每个知识点录制大约3～5 分钟的微课视频，并插入任务点，在适当的时候以选择题或者投票的形式进行课堂互动。每个视频相对独立又有着内部联系，可供学生课前预习，并作为课堂教学的有力补充。

对于抽象的算法，比如各种排序算法，除了视频讲解之外，还上传了可视化模拟视频，以加深学生对算法思想和过程的理解。除了视频点播之外，该平台还支持课件和资源的下载。允许学生评教和在线督导等功能全方位保障了在线教学效果。为了检验预习效果，每节课开始展开以小组为单位的讨论，自行梳理重点知识和算法，提出需要解决的问题，在课堂上有针对性地解决。

3.3基于超星学习通的作业管理

传统的作业布置和批改方式由于资源浪费和效率低下，已经不能适应网络时代的需求。超星学习通提供的无纸化作业和自动批改系统，不仅可以把老师从繁重的作业批改工作中解放出来，还可以实时反馈作业正确性，并对整体作业完成的情况进行可视化统计[4] 。

通过超星学习通的作业管理功能，针对“数据结构”每一章节的主要教学内容，以选择题、判断题、简答题（综合题和算法设计题均可以以此类型创建）等题型创建作业习题库，并设置标准答案。在创建结束后可以选择作业发布到指定的班级，如图3 所示。学生提交作业后，教师可以在后台看到作业提交情况，客观题由系统根据设置好的答案自动批改，主观题则由教师或助教在线批改[5] ，并进行在线反馈，如图4所示。

3.4基于超星学习通的在线考试

在线考试是在线教学的一个重要环节。基于超星学习通的“数据结构”在线考试，大大节省了人力物力，使疫情期间的远程教学手段更加完善。

教师可以采用手动组卷和自动组卷两种方式来创建试卷[6] ，如图5 所示。和作业题型类似，教师可以设置单选题、多选题、填空题、判断题、简单题等多种题型，并给出标准答案，供系统自动阅卷。对于“数据结构”中的综合题和算法设计题等答案相对灵活的题型，可以要求学生在纸上完成之后拍照上传，供教师手动批阅。

4希冀Online Judge———“ 数据结构”的“练兵场”

“数据结构”具有实践性强的特点，对学生的代码能力有较高的要求。“数据结构”的实现以及算法的验证和设计都需要大量的编程练习，可以说，“数据结构”应用能力是由代码累积起来的。如何有效地进行编程练习，是“数据结构”教学的重要环节。

4.1希冀Online Judge 简介

为了提高学生的代码能力，本课程的实践教学采用郑州云海科技有限公司开发的希冀Online Judge 程序在线评测系统。该系统支持本地部署、安全稳定以及支持高并发、算法可视化和大数据性能评判。

一直以来，如何避免作业的抄袭都是老师们最头疼的问题。希冀Online Judge 的在线查重功能可检测出常量替换、重新排版、标识符重命名、代码块重排序、代码块内语句重排序、修改注释、改变表达式中的操作符或者操作数顺序、改变数据类型、增加冗余的语句或者变量、表达式拆分、控制结构等价替换，共12种学生最常用到的抄襲手段，是目前最精准的相似性检测算法之一[7] 。

4.2希冀Online Judge 在“数据结构”中的应用

“数据结构”不依赖于程序设计语言，换言之，用C、Java、Python 等任何一种编程语言都可以实现数据结构的相关算法。希冀Online Judge 平台支持C、C++、Java、Python、C#、Go、Matlab、Scala 等高级编程语言的自动评判。

在希冀Online Judge 平台创建教师账号之后，教师可以批量导入学生账号信息，并设置好题目，以此让学生自主完成教师发布的程序设计题目，如图6 所示。系统会根据学生提交的代码，自动评判代码的正确性[8] 。

在希冀Online Judge 中设置题目，需要给出问题描述、输入形式、输出形式、样例输入、样例输出、样例说明等几个部分，可以对学生的答题思路进行有效引导，如图7 所示。

教师可以随时打开系统，在后台数据中看到学生的在线状态、每道题的完成情况和学生的刷题排行榜，如图8 和图9 所示。利用希冀Online Judge 平台，学生可以最大限度地发挥自主学习能力，同时也便于任课教师及时掌握学生的学习情况，以便于随时调整教学方法和进度。

在设置题目的同时，教师可以给出标程，即每道题的代码样例，便于学生在无法解决问题的时候提供参考，如图10 所示。

希冀Online Judge 的学生刷题数据可以客观真实地反映其学习态度和能力，可以作为期末测评中平时成绩的重要依据。利用平台，极大地激发了学生们的学习热情，不仅提高了大家的“数据结构”成绩，更是培养了大量的程序设计竞赛人才。

5总结

在信息时代，网络化智能化平台的使用可以最大限度地发挥学生的主观能动性，真正让学生成为教学的主体。超星学习通和希冀Online Judge 相结合给“数据结构”的“教”与“学”带了更多全新的体验。学生可以根据自身的能力，并针对自己的薄弱环节，进行有效的自主学习。平台后台的数据管理以及作业自动评判系统也在相当程度上减轻了教师的负担，是“教”与“学”的双赢。