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(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)。該系統(tǒng)前臺(tái)具有個(gè)人中心、微課視頻、實(shí)訓(xùn)案例、試題擂臺(tái)、社區(qū)論壇等功能，后臺(tái)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(tái)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(shí)間隨時(shí)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(tái)

　　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(dòng)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(duì)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(zhuān)業(yè)的專(zhuān)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(dòng)手能力，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中容易遇到困難和問(wèn)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(dòng)性不足。再一個(gè)就是傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式中，學(xué)生是被動(dòng)接受，且一節(jié)課容量較多，學(xué)生不容易消化，時(shí)間一長(zhǎng)也會(huì)導(dǎo)致學(xué)生興趣下降，因此導(dǎo)致教學(xué)效果不理想。基于以上事實(shí)，決定采用線上線下混合教學(xué)模式，將相關(guān)知識(shí)點(diǎn)分散，制作成微課、動(dòng)畫(huà)、習(xí)題等各種豐富資源，學(xué)生可以根據(jù)自身需要通過(guò)線上隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)，老師提供多種方式與學(xué)生互動(dòng)，及時(shí)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(tái)開(kāi)發(fā)應(yīng)用 APP 的新技術(shù)，具有無(wú)需安裝、即開(kāi)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(kāi)放能力，開(kāi)發(fā)者可以快速地開(kāi)發(fā)一個(gè)小程序。小程序可以在微信內(nèi)被便捷地獲取和傳播，同時(shí)具有出色的使用體驗(yàn)。[4]而微信是一款日登陸用戶超過(guò) 8 億的手機(jī)應(yīng)用，微信小程序的易推廣性顯而易見(jiàn)。[5]

　　基于微信用戶多、微信小程序開(kāi)發(fā)快體驗(yàn)好的特點(diǎn)，采用微信小程序開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)，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(shí)間隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)。

　　2 需求分析

　　該移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)用戶是教師和學(xué)生，因此需要分別對(duì)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(wèn)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(wú)需安裝，使用方便;(2)界面簡(jiǎn)潔，功能齊全;(3)即時(shí)交流，交互方便;(4) 數(shù)據(jù)分析，實(shí)時(shí)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(tái)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(lái)設(shè)計(jì)課程內(nèi)容和對(duì)應(yīng)的資源。師生交流是移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)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(gè)性化學(xué)習(xí)更加便利。考慮到經(jīng)常有不同學(xué)生求教相同問(wèn)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(wèn)題討論、或?qū)?wèn)題置頂或?qū)?wèn)題刪除，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(gè)教學(xué)過(guò)程的必備工具，通過(guò)它可以對(duì)教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，對(duì)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(shù)形結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的邏輯結(jié)構(gòu)特性、存儲(chǔ)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(shí)內(nèi)容較抽象，算法實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)時(shí)，需要重新設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容和形式，將教學(xué)知識(shí)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(shí)間隨時(shí)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(shí)點(diǎn)進(jìn)行分塊整理和細(xì)化。考慮到有些學(xué)生的 C 語(yǔ)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(gè)知識(shí)點(diǎn)，如下表所示。每個(gè)知識(shí)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(dòng)畫(huà)以及隨堂測(cè)試，學(xué)生可根據(jù)需要靈活選取自己學(xué)習(xí)的形式。考慮到學(xué)生要求的趣味性，測(cè)試題設(shè)計(jì)成打擂臺(tái)的形式，將參與學(xué)習(xí)的學(xué)生進(jìn)行評(píng)比排序，以激勵(lì)學(xué)生相互監(jiān)督，共同進(jìn)步。

　　4 學(xué)習(xí)平臺(tái)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(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)開(kāi)發(fā)，可以滿足師生即開(kāi)即用、無(wú)需下載、使用方便的要求，同時(shí)設(shè)計(jì)了面向?qū)W生的前臺(tái)模塊和面向教師及管理員的后臺(tái)模塊，前后臺(tái)分別又劃分為滿足功能需求的若干小模塊。通過(guò)頁(yè)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(yè)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(tái)是基于微信小程序的框架，面向開(kāi)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(gè)隱層，即系統(tǒng)層，該層被微信小程序的 MINA 框架封裝起來(lái)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(duì)于上層提供了一套完整的 JavaScript API，方便開(kāi)發(fā)者快速構(gòu)建起一個(gè)應(yīng)用。[4]系統(tǒng)架構(gòu)如圖 1 所示。

　　視圖層由一系列頁(yè)面組成，可以通過(guò) WXML 標(biāo)簽語(yǔ)言來(lái)構(gòu)建頁(yè)面的視圖結(jié)構(gòu)，通過(guò) WXSS 樣式文件來(lái)控制頁(yè)面的樣式。邏輯層主要進(jìn)行事務(wù)邏輯處理，使用 JavaScript 來(lái)實(shí)現(xiàn)頁(yè)面交互處理、網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求等操作。框架的核心是一個(gè)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(shí)只需要在邏輯層修改，視圖層就會(huì)做出對(duì)應(yīng)的更新。

　　4.2 功能模塊設(shè)計(jì)

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

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

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

　　(3)微課視頻:按知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)組織，一般時(shí)長(zhǎng)不超過(guò) 15 分鐘。

　　(4)動(dòng)畫(huà)演示:對(duì)某些操作過(guò)程設(shè)計(jì)動(dòng)畫(huà)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(guò)程說(shuō)明及代碼實(shí)現(xiàn)。

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

　　(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(shí)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(tái)，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(guò)管理員審核后，可發(fā)布。

　　(11)賬號(hào)管理:對(duì)注冊(cè)用戶的管理。

　　(12)資源管理:對(duì)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(duì)公告的增、刪、改、查操作。

　　(14)論壇管理:對(duì)論壇的審核及刪除等操作。

　　(15)統(tǒng)計(jì)分析:對(duì)知識(shí)點(diǎn)測(cè)試題、調(diào)查問(wèn)卷的發(fā)布與查看，以及對(duì)學(xué)生用戶學(xué)習(xí)過(guò)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(shù)型結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)，不同知識(shí)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(shù)的構(gòu)建，提供有微課視頻、課件、動(dòng)畫(huà)以及隨堂測(cè)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(kù)設(shè)計(jì)

　　將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)平臺(tái)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(dòng)畫(huà)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(tái)表、實(shí)訓(xùn)代碼表、測(cè)試成績(jī)表共 13 個(gè)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(guò)學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)課程和移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)均可訪問(wèn)。

　　出于安全考慮，微信小程序不能直接連接數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)操作。首先在服務(wù)器端寫(xiě)一個(gè) 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(guò) wx.request 向服務(wù)器發(fā)起請(qǐng)求，再由服務(wù)端程序來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)操作。在數(shù)據(jù)返回微信端顯示時(shí)，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(kù)間的交互都是通過(guò) JS 腳本進(jìn)行的。

　　推薦閱讀：C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教學(xué)探討

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　微信小程序提供了一種開(kāi)放能力，利用它用戶可以快速地開(kāi)發(fā)出自己的應(yīng)用，相比較傳統(tǒng)的手機(jī) APP 開(kāi)發(fā)，更快捷便利。基于微信小程序開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)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(kāi)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(guò)程中，通過(guò)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)。

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