基于微信小程序的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)平臺設(shè)計(jì)

劉建粉 張海博

摘 要：為方便實(shí)施數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程線上線下混合教學(xué)模式，基于微信小程序設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)移動學(xué)習(xí)平臺。該系統(tǒng)前臺具有個人中心、微課視頻、實(shí)訓(xùn)案例、試題擂臺、社區(qū)論壇等功能，后臺具有賬戶管理、資源管理、統(tǒng)計(jì)分析等功能。運(yùn)行結(jié)果表明，該平臺節(jié)省內(nèi)存，使用流暢，方便學(xué)生利用智能手機(jī)和零碎時間隨時隨地學(xué)習(xí)，提高了學(xué)習(xí)效果。

關(guān)鍵詞：微信小程序；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；學(xué)習(xí)平臺

中圖分類號：TP311；G642文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 緒論

隨著4G和WIFI技術(shù)發(fā)展，智能手機(jī)用戶不斷增加，高校學(xué)生利用手機(jī)進(jìn)行移動學(xué)習(xí)需求不斷增加。相應(yīng)的，高校也在不斷改革教學(xué)模式，很多老師對翻轉(zhuǎn)課堂、慕課、微課等新的教學(xué)模式進(jìn)行了探索和實(shí)踐。[1-3]

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)必修課，在物聯(lián)網(wǎng)工程課程體系中具有舉足輕重的地位。然而由于該課程涉及的算法有些比較抽象，實(shí)驗(yàn)操作又要求學(xué)生具備較強(qiáng)的動手能力，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中容易遇到困難和問題，導(dǎo)致學(xué)生自信心受挫，學(xué)習(xí)興趣下降，學(xué)習(xí)主動性不足。再一個就是傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式中，學(xué)生是被動接受，且一節(jié)課容量較多，學(xué)生不容易消化，時間一長也會導(dǎo)致學(xué)生興趣下降，因此導(dǎo)致教學(xué)效果不理想?；谝陨鲜聦?shí)，決定采用線上線下混合教學(xué)模式，將相關(guān)知識點(diǎn)分散，制作成微課、動畫、習(xí)題等各種豐富資源，學(xué)生可以根據(jù)自身需要通過線上隨時隨地學(xué)習(xí)，老師提供多種方式與學(xué)生互動，及時答疑解惑，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果。

微信小程序是一種基于微信平臺開發(fā)應(yīng)用APP的新技術(shù)，具有無需安裝、即開即用、不占內(nèi)存、交互速度快等優(yōu)點(diǎn)。它提供一種新的開放能力，開發(fā)者可以快速地開發(fā)一個小程序。小程序可以在微信內(nèi)被便捷地獲取和傳播，同時具有出色的使用體驗(yàn)。[4]而微信是一款日登陸用戶超過8 億的手機(jī)應(yīng)用，微信小程序的易推廣性顯而易見。[5]

基于微信用戶多、微信小程序開發(fā)快體驗(yàn)好的特點(diǎn)，采用微信小程序開發(fā)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)移動學(xué)習(xí)平臺，可以滿足教師應(yīng)用、推廣新的教學(xué)模式，也可以滿足學(xué)生利用智能手機(jī)和碎片時間隨時隨地學(xué)習(xí)。

2 需求分析

該移動學(xué)習(xí)平臺用戶是教師和學(xué)生，因此需要分別對教師和學(xué)生的需求進(jìn)行收集整理。需求調(diào)查主要采用問卷和訪談的方式進(jìn)行，最后將調(diào)查結(jié)果進(jìn)行匯總整理。教師需求主要為：（1）無需安裝，使用方便；（2）界面簡潔，功能齊全；（3）即時交流，交互方便；（4）數(shù)據(jù)分析，實(shí)時監(jiān)控。學(xué)生需求主要為：（1）少內(nèi)存，少流量；（2）界面美觀，學(xué)習(xí)方便；（3）交互方便；（4）有趣味。

教師和學(xué)生需求的共同部分主要是關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)平臺能提供的資源共享、師生交流和數(shù)據(jù)分析部分。資源共享與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容相關(guān)，應(yīng)根據(jù)課程特點(diǎn)來設(shè)計(jì)課程內(nèi)容和對應(yīng)的資源。師生交流是移動學(xué)習(xí)平臺非常重要的功能，它是課程學(xué)習(xí)不可缺少的手段，使得為學(xué)生提供個性化學(xué)習(xí)更加便利?？紤]到經(jīng)常有不同學(xué)生求教相同問題，為減少教師工作量，避免重復(fù)回答，可考慮論壇的形式。這樣教師就可根據(jù)具體情況，發(fā)起問題討論、或?qū)栴}置頂或?qū)栴}刪除，從而更方便的管理論壇，引導(dǎo)學(xué)生參與討論、分享經(jīng)驗(yàn)、保持學(xué)習(xí)興趣。數(shù)據(jù)分析是教師掌控整個教學(xué)過程的必備工具，通過它可以對教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，對學(xué)生的線上學(xué)習(xí)進(jìn)行監(jiān)控，量化學(xué)生學(xué)習(xí)情況，分析課程數(shù)據(jù)，從而幫助教師更精準(zhǔn)地教學(xué)。

3 課程資源設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要學(xué)習(xí)線性結(jié)構(gòu)、樹形結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的邏輯結(jié)構(gòu)特性、存儲結(jié)構(gòu)定義及其基本運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)。但數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)并不是件輕松的事，其中有些知識內(nèi)容較抽象，算法實(shí)現(xiàn)對學(xué)生的編程能力有較高要求。因此在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)移動學(xué)習(xí)平臺時，需要重新設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容和形式，將教學(xué)知識點(diǎn)分散化，呈現(xiàn)形式多樣化，應(yīng)用案例豐富化，從而方便學(xué)生利用手機(jī)和零碎時間隨時隨地學(xué)習(xí)，并保持較持久的學(xué)習(xí)興趣。

采用模塊化思路，將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識點(diǎn)進(jìn)行分塊整理和細(xì)化?？紤]到有些學(xué)生的C語言基礎(chǔ)薄弱，將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中經(jīng)常用到的結(jié)構(gòu)體、指針、函數(shù)以及實(shí)驗(yàn)環(huán)境VC++6.0中新建工程、文件和調(diào)試的方法也添加進(jìn)去。最后整理出10塊共74個知識點(diǎn)，如下表所示。每個知識點(diǎn)根據(jù)需要可提供多種形式的學(xué)習(xí)資源，如順序表的插入算法，提供有微課視頻、課件、動畫以及隨堂測試，學(xué)生可根據(jù)需要靈活選取自己學(xué)習(xí)的形式?？紤]到學(xué)生要求的趣味性，測試題設(shè)計(jì)成打擂臺的形式，將參與學(xué)習(xí)的學(xué)生進(jìn)行評比排序，以激勵學(xué)生相互監(jiān)督，共同進(jìn)步。

4 學(xué)習(xí)平臺設(shè)計(jì)

基于前面的需求分析，決定采用微信小程序進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)移動學(xué)習(xí)平臺開發(fā)，可以滿足師生即開即用、無需下載、使用方便的要求，同時設(shè)計(jì)了面向?qū)W生的前臺模塊和面向教師及管理員的后臺模塊，前后臺分別又劃分為滿足功能需求的若干小模塊。通過頁面上的“我是老師”和“我是學(xué)生”的導(dǎo)航欄，可以進(jìn)入不同的頁面。下面介紹具體設(shè)計(jì)。

4.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

該平臺是基于微信小程序的框架，面向開發(fā)用戶的是兩層，即：視圖層（View）和邏輯層（App Service），其實(shí)背后還有一個隱層，即系統(tǒng)層，該層被微信小程序的MINA框架封裝起來了，其中包括客戶端的文件系統(tǒng)、任務(wù)管理、數(shù)據(jù)安全以及網(wǎng)絡(luò)通信等功能，對于上層提供了一套完整的JavaScript API，方便開發(fā)者快速構(gòu)建起一個應(yīng)用。[4]系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

視圖層由一系列頁面組成，可以通過WXML標(biāo)簽語言來構(gòu)建頁面的視圖結(jié)構(gòu)，通過WXSS樣式文件來控制頁面的樣式。邏輯層主要進(jìn)行事務(wù)邏輯處理，使用JavaScript來實(shí)現(xiàn)頁面交互處理、網(wǎng)絡(luò)請求等操作?？蚣艿暮诵氖且粋€響應(yīng)的數(shù)據(jù)綁定系統(tǒng)，讓數(shù)據(jù)和視圖保持同步，在修改數(shù)據(jù)時只需要在邏輯層修改，視圖層就會做出對應(yīng)的更新。

4.2 功能模塊設(shè)計(jì)

該平臺功能主要分為前臺和后臺，其中前臺功能有：個人中心、課程課件、微課視頻、動畫演示、實(shí)訓(xùn)案例、試題擂臺、實(shí)訓(xùn)練習(xí)、通知公告、社區(qū)論壇、資源共享；后臺功能有：賬號管理、資源管理、公告管理、論壇管理、統(tǒng)計(jì)分析。前臺功能模塊圖如圖2所示，后臺功能模塊圖如圖3所示。

（1）個人中心：包括注冊、登錄、修改個人信息以及個人學(xué)習(xí)情況。

（2）課程課件：按內(nèi)容模塊及相應(yīng)知識點(diǎn)組織課件，支持PPT、PDF、WORD等文件格式。

（3）微課視頻：按知識點(diǎn)設(shè)計(jì)組織，一般時長不超過15分鐘。

（4）動畫演示：對某些操作過程設(shè)計(jì)動畫進(jìn)行演示。

（5）實(shí)訓(xùn)案例：結(jié)合實(shí)際，提供從分析、抽象、設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)的全過程說明及代碼實(shí)現(xiàn)。

（6）試題擂臺：為強(qiáng)化知識點(diǎn)掌握，提高學(xué)習(xí)興趣，將試題庫做成擂臺賽形式，讓學(xué)生間進(jìn)行比賽排名，相互激勵。

（7）實(shí)訓(xùn)練習(xí)：提供實(shí)訓(xùn)題目，學(xué)生可上傳實(shí)訓(xùn)代碼。

（8）通知公告：通知更新的學(xué)習(xí)內(nèi)容、注意事項(xiàng)等，如上課時間和地點(diǎn)的變更、考試安排等。

（9）社區(qū)論壇：學(xué)生和老師交互的平臺，學(xué)生可以發(fā)帖，也可以回帖。

（10）資源共享：為學(xué)生提供更多的學(xué)習(xí)資源，如優(yōu)秀的慕課、學(xué)習(xí)技巧等。學(xué)生也可以上傳自己的資源，通過管理員審核后，可發(fā)布。

（11）賬號管理：對注冊用戶的管理。

（12）資源管理：對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程所有資源的增、刪、改等操作，下面又可按不同媒體分別管理。

（13）公告管理：對公告的增、刪、改、查操作。

（14）論壇管理：對論壇的審核及刪除等操作。

（15）統(tǒng)計(jì)分析：對知識點(diǎn)測試題、調(diào)查問卷的發(fā)布與查看，以及對學(xué)生用戶學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析。

學(xué)生端的學(xué)習(xí)導(dǎo)航欄按學(xué)習(xí)內(nèi)容模塊以樹型結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)，不同知識點(diǎn)提供不同媒體呈現(xiàn)形式，如有多種方式，則并列提供。如赫夫曼樹的構(gòu)建，提供有微課視頻、課件、動畫以及隨堂測試，學(xué)生可以根據(jù)自身需求，靈活選擇學(xué)習(xí)方式。

4.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)平臺中涉及的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，設(shè)計(jì)了用戶表、課件表、微課表、動畫表、案例表、試題表、實(shí)訓(xùn)練習(xí)表、公告表、發(fā)帖表、其他資源表、擂臺表、實(shí)訓(xùn)代碼表、測試成績表共13個數(shù)據(jù)表，并將這些數(shù)據(jù)存放在學(xué)校的服務(wù)器中，使得通過學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)課程和移動學(xué)習(xí)平臺均可訪問。

出于安全考慮，微信小程序不能直接連接數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)操作。首先在服務(wù)器端寫一個web應(yīng)用程序，提供https接口讓小程序調(diào)用。然后在小程序端通過wx.request向服務(wù)器發(fā)起請求，再由服務(wù)端程序來對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)操作。在數(shù)據(jù)返回微信端顯示時，還要轉(zhuǎn)換成微信能讀取的json樣式。也就是微信小程序和數(shù)據(jù)庫間的交互都是通過JS腳本進(jìn)行的。

5 結(jié)語

微信小程序提供了一種開放能力，利用它用戶可以快速地開發(fā)出自己的應(yīng)用，相比較傳統(tǒng)的手機(jī)APP開發(fā)，更快捷便利?；谖⑿判〕绦蜷_發(fā)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)移動學(xué)習(xí)平臺具備了線上教學(xué)基本功能，滿足了學(xué)生和教師的需求，為我校開展數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程線上線下混合教學(xué)模式奠定了基礎(chǔ)。在今后的運(yùn)行過程中，通過老師和學(xué)生反饋以及采集的數(shù)據(jù)分析，還可進(jìn)一步改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]渠慎明，劉珊，王青博，等.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式研究[J].計(jì)算機(jī)時代，2018（9）：66-68.

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[4]微信公眾平臺|小程序.小程序介紹[EB/OL].（2017-1-9）https：//developers.weixin.qq.com/miniprogram/introduction/index.html？t=18120420.

[5]涂相華，薛錫雅，曾志平，等."WECO課堂"：基于微信小程序的師生交互系統(tǒng)[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2018，28（5）：109-114.

作者簡介：劉建粉（1972-），女，漢族，河南西峽縣人，碩士，教授，主要研究方向：網(wǎng)絡(luò)信息處理。