數據結構課程設計輔助教學平臺設計與實現

文章編號：1672-5913（2015）07-0043-04

中圖分類號：G642

摘要：介紹數據結構課程設計輔助教學平臺的設計過程，說明其構建思路、系統結構和實現方法，闡述該平臺集內容提供、多媒體資料庫瀏覽、流媒體播放和交流互動于一身，采用Adobe Flex、PHP、MySQL、Apache和Flash Media Server等技術，以純Flash方式展現，指出使用該平臺可以更好地發揮教師引導、啟發、監控教學過程的主導作用，同時又能充分體現學生作為學習過程主體的主動性和創造性，有利于教師啟發教學和學生自主建構知識體系。

關鍵詞：數據結構；課程設計；教學平臺

0 引 言

數據結構是計算機相關專業的核心基礎課程，根據教學大綱安排，各章節安排相應教學內容的驗證性上機實驗，還設置針對課程內容的綜合設計實驗環節，這是考查學生理論聯系實際動手能力的重要環節，對鍛煉學生發現問題、解決問題的能力也很有裨益。數據結構課程設計實驗步驟如下：需求分析——選擇并構造合適的數據結構——功能函數設計——具體編碼實現——運行測試——完成課程設計說明書。在傳統的教學安排中，實驗過程由學生獨立完成，教師的作用主要是答疑、過程監督和成果驗收等方面，這種強調學生的“學”而忽視教師主導作用的教學過程雖然會涌現出一些優秀的作品，但也存在一些問題：一是學生自由度過大，容易偏離課程設計教學目標；二是部分學生由于缺乏專業訓練，沒有形成正解的思維方法，拿到題目無從下手，只能生搬硬套基本數據結構；三是代碼編寫不夠規范，可讀性差，也不注重文檔的整理；四是存在照抄他人課程設計的現象。

數據結構課程設計是個綜合性實踐環節，不僅需要數據結構知識，還是對計算機程序設計語言、離散數學和軟件工程等課程的綜合運用。學生的自主學習和教師的主導學習相結合十分重要，為更好地發揮教師引導、啟發、監控教學過程的主導作用，結合當前互聯網應用開發的主流技術，我們設計實現了數據結構課程設計輔助教學平臺，用于指導和幫助學生完成課程設計。

1 設計過程

1.1 目的與思想

數據結構課程設計輔助教學平臺的主要目的包括：①通過優化學生自主學習環境，完善學習策略，充分發揮教師引導、啟發、監控教學過程的主導作用；②為學生自主建構知識體系創造條件，使學生系統掌握數據結構課程內容、鍛煉和提高編程能力，充分體現學生的主動性、創造性并得到成就感。設計思想主要體現在：①充分發揮互聯網作用，互聯網應用已成為學生課余生活的重要組成部分，教師應因勢利導，利用互聯網對學生進行指導和輔導；②要激發學生的興趣，興趣是最好的老師，教學平臺的界面要美觀大方和簡潔明朗，注重多媒體組件的選擇和使用；③學習環節的設計要貫穿整個課程設計過程，覆蓋不同知識層面的學生；④注重新媒介和新技術的使用，緊跟時代發展步伐；⑤尊重互聯網規律，在知識大爆炸時代，微課堂、“短平快”是主流，注重化繁為簡和突出重點。

1.2 內容構建力，規范編程風格并實踐軟件工程。

（5）注重溝通交流，授人以漁。平臺中開設釋疑解惑欄目和課程設計論壇，預留微信公眾賬號，學生可以提出問題及求解，促進和強化師生間、學生間的互動交流，從點點滴滴中積累學習。

2 實現過程

（1）教師可結合數據結構實驗環節的特點，挑選綜合性強、涉及知識面廣、適合學生自主創新的經典案例，由教師制作成設計分析講解、代碼編寫講解和運行測試講解等分段視頻，學生根據需要可自主點播。教師通過引導和啟發，開拓學生思維，鼓勵學生自主構造更合理的數據結構，實現更完善的功能。平臺選取的案例均可用多種數據結構實現，適用于不同層次的學生，同時也考查學生對于算法設計、內外排序、文件存取和實現效率等各方面知識點的掌握情況，是對學生綜合能力的考驗。

（2）為了使學生能夠學以致用，教師可通過咨詢社會上相關領域的工程師、系統分析師和從業人員并對歷屆畢業、就業的學生進行問卷調查，在資源選擇和案例講解中注重理論聯系實際，著力從項目管理、軟件工程、測試驅動開發等方面傳授從業經驗，為提高學生的就業能力打下堅實基礎。

（3）在教學資源的運用上，教師可提供視頻、音像、文檔、幻燈片、表格、圖形圖像和電子書籍等多種媒體形式，涵蓋數據結構課程設計涉及的C語言程序設計、C++語言、算法設計、離散數學等資源內容；尊重原創者的版權，培養學生的版權意識，對所有引用的資源均詳細標明來源及版權信息。

（4）注重有教無類，使不同能力水平的學生都能從中汲取養分。對于初級水平的學生，通過學習視頻講解、參考優秀作品和閱讀教師點評，找到完成課程設計的入口，自主完成課程設計；對于能力強、學有余力的學生，通過查看共享資源和在自主探索中挑戰自我，鍛煉駕馭問題的能

2.1 系統架構

數據結構課程設計輔助教學平臺的系統架構如圖1所示。

數據結構課程設計輔助教學平臺Web服務器采用Apache服務器，以純Flex技術實現，數據庫采用MySQL，由PHP從數據庫中讀取數據形成XML文件提供給Flex使用，用戶通過瀏覽器以HTTP協議訪問該平臺。媒體播放采用兩種形式：一是普通的媒體文件，均以Flash形式提供，包括幻燈片、課件、文檔和書籍等；二是流媒體，通過FMS（ Adobe Flash Media Server）流媒體服務器以RTMP協議向客戶端推送。相對于下載后觀看的網絡播放形式而言，流媒體的典型特征是把連續的音頻和視頻信息壓縮后放到網絡服務器上，用戶可以邊下載邊觀看。采用流媒體方式和流媒體服務器還可以減輕服務器的訪問壓力，使得平臺能夠同時處理更多的用戶視頻點播請求。

2.2 技術特點

（1）平臺是一個典型的富互聯網應用（richinternet application，RIA），RIA的好處在于比用HTML能實現的接口更加健壯，反應更加靈敏，可視化特性更加出色。RIA的實現技術包括Ajax、Flex和Silverlight等，本平臺使用的是Flex技術。Flex結合了音頻、視頻和實時通訊，用戶體驗極佳，具備桌面應用程序的用戶交互感和傳統網絡應用的部署便利性。

（2）平臺開發堅持跨平臺、跨瀏覽器的特性，使用技術及組件包括Adobe Flex、Apache、PHP、MySQL、Adobe Flash Media Server等，均具備良好跨平臺特性，后臺服務器支持Windows、Linux和Unix等不同操作系統。平臺以純粹的Flash形式展現，具備良好跨瀏覽器特性，只要裝有Flash Player的瀏覽器都能夠正常瀏覽，支持所有主流瀏覽器，如IE、火狐、UC、Chrome等，客戶端支持Windows、Linux等主流操作系統，同樣也支持移動互聯網以及基于Android、iOS的平板電腦、手機等便攜設備。

（3）平臺中使用到的視頻、音像、文檔、幻燈片、表格、圖形圖像和書籍等統一轉換為flv格式文件，用戶只需要通過瀏覽器就可以在線查看上述各種形式的媒體資源，不需安裝任何其他插件或應用軟件（如Word、Excel、Powerpoint等），充分考慮了客戶端的跨平臺和多樣性。

（4）視頻點播和視頻直播中采用了FMS（Adobe Flash Media Server）流媒體服務器，該技術是主流的視頻傳播實現技術。通過FMS，流媒體文件將通過RTMP協議向客戶端推送，圖像壓縮率更高，播放流暢清晰。與下載視頻文件到本地后觀看的網絡播放形式相比，流媒體的典型特征是用戶可以邊下載邊觀看，瀏覽速度快，播放中支持拖拽和定位。此外，FMS還具備良好的可擴展能力，可根據用戶群規模增加邊緣服務器（edge server）迅速提高訪問能力。

（5）流媒體視頻講解中充分利用了電子黑板軟件，結合數位板硬件，在多媒體教學結合“板書”講解，既“現代”又“傳統”，讓教師能夠把握教學的主線，學生有充分的消化時間，彌補了多媒體教學中的不足。

（6）設計細節上注重界面設計，功能分區清晰、導航明確、操作簡便、提示信息豐富；而Flash的動態特點可以增強平臺的動感效果，使得顏色搭配賞心悅目、色調把握得當并以CSS樣式表統一平臺的風格，提高學生的使用興趣。

2.3 功能模塊

平臺目前具備7個模塊，分別是首頁、影音中心、堂件集萃、資源共享、自主探索、優秀作品和釋疑解惑，如圖2所示。

1）首頁模塊。

首頁模塊（如圖3所示）是平臺的門面，介紹平臺的目的和特色，展示最新的信息和媒體介紹。首頁分為4個功能區域：1是新聞區，用來發布最新的通知、相關信息、教師布置的作業等；2是最新媒體資源展示區；3是平臺的菜單導航區；4是網絡資源鏈接區。

2）影音中心模塊。

影音中心模塊（如圖4所示）集中展現平臺中所有的媒體資源，包括flv形式的流媒體視頻，Flash形式的教學堂件、幻燈片，Flash形式的文檔、表格、書籍、代碼和資料，分為3個功能區域：1是資源類目區，以樹型結構展示；2是媒體放映區，支持各種格式的文檔（如圖5所示），也能進行視頻點播和在線視頻直播；3是資源區，顯示當前類目對應的視頻、幻燈和文檔資源。

3）堂件集萃模塊。

堂件集萃模塊（如圖6所示）以圖像列表方式展現理論課堂教學和案例視頻教學中的堂件，每個堂件均配有標題、所屬類目、內容介紹等文字信息。所有堂件都是以Flash的形式展現，支持聲音、動畫、切換等功能（如圖7所示）。

4）資源共享模塊。

資源共享模塊匯集教師和學生提供的電子書、國內外經典數據結構教材等信息資源和學習輔助材料，每個文檔均注明資源名稱、來源、所屬類目、內容介紹、版權信息等情況。該模塊以文字列表形式展現，通過點擊單條記錄可在線閱覽相應文檔。所有文檔資料均采用FlashPaper形式提供在線閱讀，不需安裝其他插件或軟件。

5）自主探索模塊。

自主探索模塊提供一些課程設計實踐環節要求之外的、富有挑戰性的課題，方便學生開拓思維、勇攀高峰、鍛煉挑戰自我能力，促進學生自學。

6）優秀作品模塊。

優秀作品模塊提供歷屆學生的優秀作品，這些作品均完成得較為出色且富有創新性，具有參考價值，可供廣大學生下載和學習。每個作品都包含作者信息，詳細注明題目要求和設計內容，有些還附有教師點評。

7）釋疑解惑模塊。

釋疑解惑模塊（如圖8所示）是師生之間、學生與學生間互助學習的園地，分為3個功能區域：1區顯示既往學生提出的問題及教師的答復；2區是學生向教師提出問題的區域；3區提供“中北大學數據結構論壇”的鏈接。

3 結語

數據結構課程設計輔助教學平臺已在3屆計算機、網絡工程、軟件工程專業學生的數據結構課程設計過程中使用。通過指導教師和每個學生進行一對一答辯的結果來看，學生的課程設計水平有了明顯提高，對數據結構的運用更加靈活，思路也更加開闊，達到了建設該輔助教學平臺的初衷。下一步，我們將設計開發與該平臺對應的微信公眾賬號，使平臺成為師生課余交流的重要途徑。