自制在線判題系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)

黃龍軍 范立新

(紹興文理學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系，浙江 紹興 312000)

?

自制在線判題系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)

黃龍軍 范立新

(紹興文理學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系，浙江 紹興 312000)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性不高，學(xué)生的實(shí)踐性和主體性不夠突出。針對(duì)這些問(wèn)題，增加激勵(lì)手段及加強(qiáng)過(guò)程考核，完善以自制在線判題系統(tǒng)為主的教學(xué)平臺(tái)，并以其上的問(wèn)題為載體運(yùn)用分層教學(xué)、探究式教學(xué)和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué),達(dá)到提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，突出學(xué)生的主體性和實(shí)踐性等目的，從而提升教學(xué)效果，保障教學(xué)質(zhì)量。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；自制在線判題系統(tǒng)；實(shí)踐性；主體性

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程[1]?！稊?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》的理論知識(shí)較抽象，難以被學(xué)生理解和掌握；而且，學(xué)生在靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)有效地解決具體問(wèn)題方面存在較大的困難。[1]目前，已有很多教師就數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)進(jìn)行了積極的改革探索和實(shí)踐。例如，李月軍等人在理論教學(xué)中運(yùn)用問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，在實(shí)踐教學(xué)中引入程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽內(nèi)容；[2]孫東和陶影等人認(rèn)為在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)中，需要深化學(xué)生的算法設(shè)計(jì)及分析能力的培養(yǎng)；[3，4]范立新等人探索了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)的探究式教學(xué)方法；[1]賈銀江等人討論在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中運(yùn)用分層次教學(xué)。[5]

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》的主要內(nèi)容分為八章：緒論、線性表、棧和隊(duì)列、數(shù)組和廣義表、樹(shù)與二叉樹(shù)、圖、查找及排序。[6]《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》的學(xué)習(xí)內(nèi)容可分為三個(gè)層次：(1)基礎(chǔ)知識(shí)與基本概念；(2)算法的方法；(3)算法的實(shí)現(xiàn)。學(xué)習(xí)本課程的大部分學(xué)生在第三層次，即“算法的實(shí)現(xiàn)”方面存在較大的困難。我校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》每周教學(xué)安排為理論4課時(shí)和實(shí)驗(yàn)2課時(shí)；其中，理論課安排在機(jī)房和多媒體教室各2課時(shí)。我們以能自動(dòng)評(píng)判所提交源代碼正確性的在線判題系統(tǒng)(Online Judge，簡(jiǎn)稱OJ)為實(shí)踐平臺(tái)，[7]運(yùn)用探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法(詳見(jiàn)文獻(xiàn)[1])，教學(xué)效果相對(duì)有所提升。[1]本學(xué)期，在我們的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論教學(xué)過(guò)程中，以課題組自主開(kāi)發(fā)的快樂(lè)學(xué)習(xí)在線判題系統(tǒng)(Happy Learning Online Judge，簡(jiǎn)稱HLOJ)中的問(wèn)題為載體進(jìn)行教學(xué)，突出了學(xué)生的主體性，提高了學(xué)生的實(shí)踐能力。然而，在教學(xué)中依然呈現(xiàn)出了一些亟待解決的問(wèn)題。本文討論這些問(wèn)題并提出相應(yīng)的對(duì)策，以期在今后的教學(xué)中進(jìn)一步提升教學(xué)效果。

一、《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)現(xiàn)狀與所遇問(wèn)題

本學(xué)期的期中階段，我們通過(guò)與學(xué)生座談及調(diào)查問(wèn)卷等形式，獲得了一些教學(xué)問(wèn)題反饋；期末階段，我們?cè)趦蓚€(gè)教學(xué)班中針對(duì)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)中遇到的主要問(wèn)題進(jìn)行調(diào)查問(wèn)卷,調(diào)查結(jié)果如表1所示。

表1 教學(xué)中所遇問(wèn)題調(diào)查結(jié)果表

通過(guò)分析和梳理調(diào)查結(jié)果及教學(xué)觀察、交流與反思，我們認(rèn)為《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)所遇問(wèn)題主要包括：(1)部分學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性不高；(2)部分學(xué)生的實(shí)踐性不夠突出；(3)學(xué)生的主體性不夠突出。

(一)部分學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性不高

由于本課程與程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽密切相關(guān)，我們的教學(xué)過(guò)程緊密聯(lián)系程序設(shè)計(jì)相關(guān)競(jìng)賽。因此，有志參加各類程序設(shè)計(jì)相關(guān)競(jìng)賽(例如，浙江省大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽、ACM/ICPC亞洲區(qū)域賽、團(tuán)體程序設(shè)計(jì)天梯賽及藍(lán)橋杯軟件大賽等)的學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)充滿興趣、熱情和積極性，既積極求解HLOJ上的問(wèn)題，又盡力嘗試求解ZOJ(浙江大學(xué)OJ)和HDOJ(杭州電子科技大學(xué)OJ)上的相關(guān)問(wèn)題。但是，部分學(xué)生由于課程內(nèi)容較抽象或自身的學(xué)習(xí)目的性不強(qiáng)或畏難情緒等原因，學(xué)習(xí)的興趣和積極性都不高。小部分學(xué)生在上完課之后，并未及時(shí)鞏固所學(xué)知識(shí)，也未嘗試求解HLOJ上的問(wèn)題，對(duì)不明白的內(nèi)容聽(tīng)之任之，隨著時(shí)間的推移，相關(guān)知識(shí)的記憶越來(lái)越模糊，不明白的內(nèi)容越積越多，畏難情緒越來(lái)越大，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣和積極性進(jìn)一步下降，陷入了一種惡性循環(huán)。因此，如何全面提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性是本課程教學(xué)亟待解決的問(wèn)題之一。

(二) 部分學(xué)生的實(shí)踐性不夠突出

為了培養(yǎng)學(xué)生的算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)能力，在我們的教學(xué)過(guò)程中，《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》的“線性表”、“棧與隊(duì)列”、“樹(shù)與二叉樹(shù)”、“圖”、“查找”、“排序”這六章在HLOJ上布置了在線作業(yè)題及實(shí)驗(yàn)題，并且規(guī)定了需要完成的題量。通過(guò)對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上的表現(xiàn)的觀察及對(duì)HLOJ上在線作業(yè)及實(shí)驗(yàn)題完成情況的分析、統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生的實(shí)踐能力偏弱，實(shí)踐性不夠突出。本學(xué)期兩個(gè)教學(xué)班的72位學(xué)生中，未完成各章在線作業(yè)及實(shí)驗(yàn)要求的學(xué)生占比情況如表2所示。由表中可見(jiàn)，這部分學(xué)生的實(shí)踐性不夠突出。

表2 在線作業(yè)和實(shí)驗(yàn)的未達(dá)標(biāo)率

通過(guò)與學(xué)生當(dāng)面交流及問(wèn)卷調(diào)查等方式，了解到學(xué)習(xí)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的一大部分學(xué)生在運(yùn)用所學(xué)知識(shí)獨(dú)立編程解決問(wèn)題的方面存在較大的困難。這部分學(xué)生實(shí)踐能力較差，或者沒(méi)有真正明白相關(guān)算法的意思，或者覺(jué)得算法設(shè)計(jì)題的實(shí)現(xiàn)代碼太長(zhǎng)、太繁，或者程序調(diào)試能力弱，因此對(duì)完成在線作業(yè)和實(shí)驗(yàn)存在較大的畏難情緒。小部分學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)不夠明確、學(xué)習(xí)態(tài)度不夠端正，其中的個(gè)別學(xué)生甚至放棄學(xué)習(xí)，幾乎未進(jìn)行任何在線實(shí)踐。因此，如何進(jìn)一步突出學(xué)生的實(shí)踐性是本課程教學(xué)亟待解決的問(wèn)題之一。

(三) 學(xué)生的主體性不夠突出

在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，我們?cè)谝欢ǔ潭壬线\(yùn)用了探究式教學(xué)方法，但大部分學(xué)生的自主探究和合作探究程度較淺，學(xué)生主體性依然不夠突出。而在理論教學(xué)過(guò)程中，依然以教師講授為主，學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)。在教學(xué)過(guò)程中以教師為主體，師生之間雖有合作交流，但學(xué)生參與面不廣，交流程度不夠深入。而在理論或?qū)嶒?yàn)課堂內(nèi)，提問(wèn)題的學(xué)生較少。那么，學(xué)生是否真的沒(méi)有問(wèn)題呢？其實(shí)不然。調(diào)查表明，部分學(xué)生其實(shí)有不明白之處但卻不好意思提出，部分學(xué)生由于課前沒(méi)預(yù)習(xí)且聽(tīng)課也不認(rèn)真而無(wú)從問(wèn)起。而部分學(xué)生自以為聽(tīng)懂了授課內(nèi)容，并未及時(shí)鞏固知識(shí)，更沒(méi)有通過(guò)在HLOJ上實(shí)踐以內(nèi)化知識(shí)，導(dǎo)致知識(shí)的時(shí)效性差。究其原因，在于學(xué)生的主體性不夠突出。因此，如何進(jìn)一步突出學(xué)生的主體性是本課程教學(xué)亟待解決的問(wèn)題之一。

二、 對(duì)策

(一)增加激勵(lì)手段，加強(qiáng)過(guò)程考核

對(duì)于有志參加各類程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽的學(xué)生，在采用程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽相關(guān)內(nèi)容引導(dǎo)及對(duì)積極參加校程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽的學(xué)生獎(jiǎng)勵(lì)總評(píng)附加分的基礎(chǔ)上，我們擬進(jìn)一步增加激勵(lì)手段；例如，針對(duì)有效求解HLOJ上的應(yīng)用題和拓展題，推出“編程高手”評(píng)比活動(dòng)。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)知識(shí)點(diǎn)，精心準(zhǔn)備用于激趣的問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，在講授“隊(duì)列”時(shí)，以設(shè)計(jì)“迷宮游戲”激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以HLOJ上的4個(gè)迷宮相關(guān)問(wèn)題(HLOJ問(wèn)題編號(hào)：9532～9535)進(jìn)行問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)；在講授“圖”這一章的內(nèi)容時(shí)，以如何保障“暢通工程”為激趣問(wèn)題，以HLOJ上5個(gè)相關(guān)問(wèn)題(HLOJ問(wèn)題編號(hào)：9556～9560)進(jìn)行深度/廣度優(yōu)先搜索、最小生成樹(shù)及最短路徑等內(nèi)容的問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)；在講授“基數(shù)排序”時(shí)，以紙牌游戲“梭哈”激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在精心備課的基礎(chǔ)上，錄制本課程的微課視頻(時(shí)長(zhǎng)為5～10分鐘)，每個(gè)微課針對(duì)一個(gè)具體的知識(shí)點(diǎn)，講授相關(guān)知識(shí)及其應(yīng)用。為了進(jìn)一步激發(fā)廣大學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，擬推出“視頻之星”、“答疑之星”和“進(jìn)步之星”等評(píng)比活動(dòng)，對(duì)積極觀看教學(xué)微課、積極有效解答問(wèn)題及在各方面進(jìn)步顯著的學(xué)生進(jìn)行加平時(shí)分的激勵(lì)。在考核方面，總評(píng)成績(jī)=期中成績(jī)×15%+期末成績(jī)×45%+過(guò)程考核成績(jī)×40%。為了促進(jìn)學(xué)生積極學(xué)習(xí)，加強(qiáng)過(guò)程考核，對(duì)出勤、書面作業(yè)、在線作業(yè)、團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)完成情況等方面進(jìn)行過(guò)程考核并嚴(yán)格管理，過(guò)程考核成績(jī)=在線作業(yè)×10%+實(shí)驗(yàn)完成情況×10%+團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)×5%+書面作業(yè)×10%+出勤×5%。通過(guò)強(qiáng)化過(guò)程考核，進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，促進(jìn)學(xué)生的主體性和實(shí)踐性。

(二) 建設(shè)和完善教學(xué)平臺(tái)

我們的教學(xué)平臺(tái)主要包括HLOJ、教學(xué)網(wǎng)站和教學(xué)論壇等組成部分。原來(lái)的HLOJ上《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程相關(guān)的問(wèn)題比較分散，而且題目沒(méi)有分類；原來(lái)的教學(xué)網(wǎng)站主要提供多媒體課件、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)等資料下載及課堂教學(xué)視頻的回放等功能；而原來(lái)教學(xué)論壇的作用并不明顯，學(xué)生在教學(xué)論壇上的參與程度參差不齊。

通過(guò)整合、補(bǔ)充和完善，HLOJ上的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程在線作業(yè)、實(shí)驗(yàn)及練習(xí)已作為一個(gè)獨(dú)立的題集“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)題集(1)”，共包含100道題目(題號(hào)為9500～9599，且按章節(jié)順序編排)，其中包括基礎(chǔ)題44道、應(yīng)用題40道和拓展題16道。而正在逐步完善的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)題集(2)”主要涉及更復(fù)雜的應(yīng)用題和拓展題。其中，基礎(chǔ)題主要是線性表、棧、隊(duì)列、二叉樹(shù)、圖等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及查找、排序等方法的基本算法實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用題則是運(yùn)用各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和查找、排序方法解決有一定應(yīng)用性的題目，而拓展題主要是程序設(shè)計(jì)相關(guān)競(jìng)賽中涉及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相關(guān)知識(shí)的題目。不同類型的題目，有益于提高不同層次學(xué)生的實(shí)踐性。為了克服部分學(xué)生的畏難情緒，把分散于課件中的各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(線性表、棧、隊(duì)列、二叉樹(shù)和圖等)的基本操作實(shí)現(xiàn)代碼進(jìn)行整合并添加必要注釋，形成較完整的程序代碼，放到教學(xué)網(wǎng)站上供學(xué)生查閱。這些代碼需要學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上作一些修改，才能在HLOJ上提交，從而提高這部分學(xué)生的實(shí)踐性。通過(guò)在教學(xué)論壇中添加討論主題，并對(duì)有價(jià)值的發(fā)帖、有效回帖進(jìn)行加分等措施，促進(jìn)學(xué)生積極參與討論，激勵(lì)學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)積極性。為便于學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)，擬針對(duì)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容，根據(jù)知識(shí)點(diǎn)重新制作多媒體課件，并錄制微課形式的教學(xué)視頻，構(gòu)建微課教學(xué)視頻網(wǎng)站。

(三)改革教學(xué)方法

針對(duì)學(xué)生主體性不夠突出的問(wèn)題，在教學(xué)過(guò)程中，積極嘗試采用分層、探究式、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)方法與措施。在分層教學(xué)方面，對(duì)教學(xué)內(nèi)容、在線作業(yè)要求進(jìn)行分層，對(duì)于學(xué)習(xí)有困難的學(xué)生，在教學(xué)內(nèi)容的算法的實(shí)現(xiàn)方面僅作基本要求，在線作業(yè)中也僅需要完成部分基礎(chǔ)題，使學(xué)生增強(qiáng)學(xué)習(xí)信心并消除畏難情緒，從而提高這部分學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性；而對(duì)于中、高層次的學(xué)生則作更高層次的要求，促進(jìn)他們的學(xué)習(xí)積極性。在探究式教學(xué)方面，借鑒《高級(jí)語(yǔ)言》探究式教學(xué)[8]和《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)[1]的經(jīng)驗(yàn)，以HLOJ的問(wèn)題為核心與載體，在教師引導(dǎo)的基礎(chǔ)上，注重學(xué)生的自主探究和合作探究，突出學(xué)生的主體性和實(shí)踐性，并以學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)保障探究學(xué)習(xí)效果。在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方面，基于課前學(xué)生探究HLOJ上的問(wèn)題及微課視頻學(xué)習(xí)，在機(jī)房上課的課堂內(nèi)以學(xué)生或?qū)W習(xí)團(tuán)隊(duì)為主體進(jìn)行課堂教學(xué)，而教師以合作者、答疑者的身份參與，從而突出學(xué)生的主體性。

三、結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)過(guò)程中學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性不高、學(xué)生的實(shí)踐性和主體性不夠突出等問(wèn)題，探討以自制在線判題系統(tǒng)為主要教學(xué)平臺(tái)，增加激勵(lì)手段并加強(qiáng)過(guò)程考核、建設(shè)和完善教學(xué)平臺(tái)及改革教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、突出學(xué)生的實(shí)踐性和主體性，以期進(jìn)一步提升教學(xué)效果，保障教學(xué)質(zhì)量。

[1]范立新,黃龍軍,唐開(kāi)山.基于OJ的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索[J].紹興文理學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)),2015,35(7):91-95.

[2]李月軍, 李娟, 李英玉. 融入ACM/ICPC競(jìng)賽內(nèi)容的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)改革與實(shí)踐探討[J]. 內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報(bào)(教育科學(xué)), 2012, 25(3): 137-140.

[3]孫東. 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)方法實(shí)踐與探索[J]. 吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào), 2011, 28(6): 88-90.

[4]陶影, 張斌. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)重視算法設(shè)計(jì)與分析能力的培養(yǎng)[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2008, 27(12): 119-122.

[5]賈銀江,賀莉莉,鄭萍.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)的分層次教學(xué)[J].計(jì)算機(jī)教育,2014(4):60-62+72.

[6]嚴(yán)蔚敏, 李冬梅, 吳偉民. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(C語(yǔ)言版)[M]. 第2版. 北京: 人民郵電出版社, 2015.

[7]黃龍軍,范立新.合作式教學(xué)在高級(jí)語(yǔ)言教學(xué)中的運(yùn)用[J].紹興文理學(xué)院學(xué)報(bào)(教育教學(xué)研究),2013,33(7):17-19.

[8]黃龍軍,范立新,唐開(kāi)山.高級(jí)語(yǔ)言探究式教學(xué)[J].紹興文理學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)),2015,35(8):94-97.

(責(zé)任編輯 魯越青)

Self-made Online Judge-Based Teaching Exploration of Data Structure

Huang Longjun Fan Lixin

(Department of Computer Science and Engineering, Shaoxing University, Shaoxing, Zhejiang 312000)

In the teaching of data structure, the students show inadequate learning interest and enthusiasm and unremarkable practicality and subjectivity. In view of these problems, the paper proposes increasing incentive measures and strengthening the process of assessment, improving the teaching platform mainly including self-made online judge, and applying hierarchical teaching, inquiry teaching and flipped classroom teaching targeted at the problems with a view to enhancing the students’ learning interest and enthusiasm, highlighting their subjectivity and practicality. Consequently, the teaching efficiency can be improved and the teaching quality guaranteed..

data structure; self-made online judge; practicality; subjectivity

2016-06-22

2015年浙江省高等教育課堂教學(xué)改革研究項(xiàng)目“《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》探究式教學(xué)研究與實(shí)踐”(編號(hào)：kg2015403)；2015年紹興市高等學(xué)校精品課程：《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》(編號(hào)：紹市教高〔2015〕133號(hào))。

黃龍軍(1976- )，福建龍巖人，講師，主要研究方向：無(wú)線納米傳感網(wǎng)、博弈論。

10.16169/j.issn.1008-293x.j.2016.12.006

TP31

A

1008-293X(2016)12-0028-04