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2025 年 12 月 10 日 Computer Education 257
文章编号：1672-5913(2025)12-0257-05 中图分类号：G642
任务牵引的数据结构与算法在线实训建设
张俭鸽，刘晨阳，杨奎武，金凯忠
（信息工程大学，河南 郑州 450001）
摘 要：针对数据结构与算法课程实践现状，提出任务牵引的在线实训模式，介绍在线实训建设思路，
阐述在线实训设计策略，从实训内容、实训设计、实训模式 3 个方面介绍任务牵引的在线实训建设，
最后进行效果分析，总结在线实训建设特色及优势。
关键词：数据结构与算法；任务牵引；在线实训
0 引 言 调用时，经常会出现参数类型赋值不正确而导致
无法进行参数传递的情况，尤其是双向传递的参
新工科背景下对高等院校人才培养提出了更 数，还经常会出现在函数中处理后不能将结果正
高要求，要培养具有更强实践能力、创新能力的 常传回的现象，致使学生不愿意使用参数进行双
高素质复合型人才。 向传递，编写出的程序的性能不太理想。
实训教学是高等教育教学体系的重要组成部 （3）复杂算法理解困难无法实现。对于复杂
分，是人才培养的重要环节，是实现人才知识、 的算法，由于教材提供的算法不完整，不能透彻
能力、素质协调发展的重要途径和手段。强化实 理解算法思想，不能很好地利用计算思维将算法
践教学环节，提高实践教学质量，培养学生实践 思想转换为计算机世界的实现。
能力和创新意识，已经成为高校教育教学改革的 为了提高学生的实践能力及创新能力，高等
重要方向。 教育工作者对实验教学、案例教学等进行教学改
数据结构与算法是一门重要的专业背景必修 革及探索。文献 [1] 中总结了大学生创新实验的
课程，是高阶的程序设计课程，是后续专业课的 成效和体会，文献 [2] 中提出四位一体的实验教
基础，具有很强的实用性，因此，该课程实验环 学新模式，文献 [3] 中提出全方位全过程课程实
节的重要性显得尤为突出。 践设计思路，文献 [4] 中提出了迭代式案例教学
的课程设计思路。
1 课程实践教学中存在的问题
2 任务牵引的在线实训建设
（1）对照教材编写的代码不能正确执行。该
课程使用教材上的算法属于伪代码，而学生习惯 任务牵引的在线实训主要是通过设定明确的
了前序课程 C 语言程序设计的编程方法，使用 C 任务目标引导学生通过不断努力和尝试完成实验
语言实现时，要么是出现大量语法错误，要么是 操作并学习到相关知识和技能，提升学生的理解
执行结果不正确，学生没有获得感，会在很大程 程度和掌握程度，提升学生的实践能力、创新能
度上降低学习积极性。 力，培养高素质复合型人才。
（2）多种算法共同应用时组合难。同时使用 建设原则
多种算法时，特别是算法要使用带有参数的函数 任务牵引的数据结构与算法在线实训建设应
基金项目：信息工程大学教育教学研究课题（JXYJ2024C049）。
第一作者简介：张俭鸽，女，副教授，研究方向为大数据，******@。
计算机教育
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具有下述 4 个建设原则。 务成绩的占比情况；教师随时查看学员实训的评
（1）建设具有新质新域特色的实训案例。在典 测次数、时长、评测结论等过程性实训情况。通
型数据结构与经典算法的基础上，建设综合案例、 过多维可控的过程化考核使形成性考核结果更加
大数据案例，既将专业基础课与后续的专业课有 公平、公正、可靠。
效衔接，又体现新域新质特色，提升学员的抽象 建设思路
思维能力、算法分析与设计能力、实践动手能力。 依据建设原则，通过 3 个粒度设计建设思路。
（2）构建任务牵引的在线实训过程。通过任 （1）整体任务。针对数据结构与算法课程内
务描述、相关知识介绍、编程要求、测试说明等 容，从全局知识设计整体任务，首先建设线性结
设计统一标准的实训任务要求，并对典型数据结 构、二叉树、图、集合等结构的实训及相关典型
构设计完整的数据操作流程，循序渐进提升学员 算法，然后建设综合案例，最后建设大数据案例。
的计算思维能力。 （2）局部任务。针对部分知识单元，从具体
（3）形成“三方联动”的实训模式。教师通 知识设计局部任务，包含构造、销毁、重置、判
过实训平台设置实训关卡、评测样例及成绩占 空、取长度、获取、定位、插入、删除、合并等
比，学员通过平台对教师设置的实训“打榜通 数据操作。
关”，平台自动评测并反馈评测结论，教师、平 （3）任务详情。针对单个知识点，规范设计
台、学员“三方联动”的实训模式，既能提高学 任务详情，包含任务描述、相关知识、编程要
员的学习主动性，又能提高实验教学效率。 求、测试说明等实训要求。
（4）建立多维可控的过程化形成性考核机制。 实训任务通过游戏闯关、自动评测的实训模
教师根据学员的学习情况设置实训任务是必做还 式实施，形成任务牵引的课程在线实训。建设思
是选做，灵活控制实训任务的维度及各项实训任 路如图 1 所示。
实训模式 实训设计 实训内容
提升实验教学效率 提升计算思维能力 提升实践动手能力
自动反馈结果 实
自 测试说明 教育领域 通信领域 医疗领域 综合案例 大数据案例 多元线性回归 成分分析
自动测试 训
动
平台 编程要求 任
自动运行 评
务
自动编译 相关知识
测 要
学员 提交代码 任务描述 求 提升抽象思维能力 提升算法分析与设计能力
插入排序 交换排序 选择排序 归并排序 基数排序
教师 设置评测样例 任务详情 集合 数
据 算 顺序查找 折半查找 哈希查找
合并 数
结 法
平台 显示TOP5 游 插入 删除 据 图 图遍历 拓扑排序 最小生成树 关键路径 最短路径
戏 操 构
学员 打榜通关 获取 定位
闯 作 二叉树 二叉树遍历 Huffman编码
判空 取长度
教师 设置实训关卡 关 流 线性表 栈 队列 数组 朴素模式匹配 KMP
构造 销毁 重置 程
局部任务 整体任务
图 1 任务牵引的数据结构与算法在线实训建设思路
实训任务设计策略 任务可以涉及更复杂的算法实现、数据结构的应
在确保实训内容的深度和广度基础上，任务 用等，以满足对深度和广度的要求。
牵引的在线实训任务主要通过以下 3 个策略进行 （2）实训任务实现项目化。设定项目化的实
设计。 训任务，要求学生将所学知识应用于解决实际问
（1）实训任务设计体现层次性。设计实训任 题中。这类任务不仅能够确保实验内容的深度，
务时，应充分考虑学生的知识水平和能力差异， 因为解决问题要深入理解数据结构的原理和算
将任务划分为不同的层次和难度。基础层次的任 法；还能够拓展实验的广度，因为解决实际问题
务可以涵盖数据结构的基本概念、基本操作等， 通常涉及多个知识领域。
确保学生对基础知识的理解和掌握。更高层次的 （3）任务之间具有关联性。实训任务之间应
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具有逻辑上的关联性，学生在完成一个任务后， 确补充代码区域，促使学员高效编程；最后是测
能够自然地过渡到下一个任务。这种关联性可以 试说明，分别对输入、输出进行测试说明，并给
帮助学生逐步深化对数据结构知识的理解和掌 出测试输入样例及预期输出。
握，同时也能够扩展知识面的广度。 3）实训模式。
任务牵引的在线实训 依据数据操作流程，教师灵活设置实训关
任务牵引的课程在线实训主要通过对实训内 卡，对数据处理严格要求先后次序的实训设置不
容、实训设计、实训模式 3 个方面进行研究，提 允许跳关。通过游戏闯关模式，学员可以“打榜
高学生的学习兴趣、学习主动性、实践动手能力 通关”，并且平台实时显示 TOP5 的“明星学员”，
和创新能力，最终达到良好的教学效果。 激发学员的学习兴趣和勇争第一的战斗精神，提
1）实训内容。 高了学员的学习主动性。
实训内容全面覆盖典型数据结构与经典算 依据评测规则，教师合理设置评测输入、输
法，并包含综合案例、大数据案例，全面提升学 出样例，并设置每个样例成绩占该实训成绩的百
员的抽象思维能力、算法分析与设计能力、实践 分比。学生提交代码后，在线教学实验平台立即
动手能力。 自动编译、运行、测试，依据多个测试样例对比
典型数据结构包含线性表的顺序、链式表示 分析给出评测结论，并反馈评测次数及时长，大
与实现，栈的表示与实现，队列的表示与实现， 大提高了实验教学效率。
数组的表示与实现，二叉树的顺序、链式表示与
实现，图的存储表示与实现；经典算法包含串的 3 任务牵引的实训案例
朴素模式匹配算法、KMP 算法、二叉树的遍历、
依据任务牵引的数据结构与算法课程在线
Huffman 编码、图的遍历算法、拓扑排序、 最小
实训建设原则和建设思路，结合在线实训任务设
生成树（Prim 算法、Kruskal 算法）、关键路径、
计策略，共建设了 13 个章节，107 个实训项目，
最短路径（Dijkstra 算法、Floyd 算法），顺序查
132 个实践关卡，7 项综合案例，4 项大数据案例，
找、折半查找、二叉排序树、哈希查找，插入排 为该课程的在线实训提供了良好资源。
序、交换排序、选择排序、归并排序、基数排 以线性结构的链式表示与实现为例，教师以
序，置换选择排序等实践项目。 任务为牵引建设实训任务，针对该知识单元，建
综合案例涉及数据结构与算法在教育、通 设了链表的基本操作作为局部任务，每个局部任
信、医疗等领域的实际应用。 务包含任务描述、相关知识、编程要求、测试说
大数据案例涉及数据结构与算法在多元线性 明等。教师发布任务后，学生按照实训任务进行
回归、成分分析等大数据分析处理方面的应用。 “通关打榜”，通过任务牵引的实训过程完成课程
2）实训设计。 实训。
依据数据操作流程对实训任务要求进行设
计，逐步提升学员的计算思维能力。 4 效果分析
针对典型数据结构，设计了完整的数据操作
流程，如线性表的基本操作，包含了线性表的构 将建设的在线实训与线下理论讲授相结合，
[5]
造、销毁、重置、判空、取长度、元素获取、元 可形成线上线下混合教学相长的教学模式 。任
素定位、插入、删除、合并等。 务牵引的数据结构与算法在线实训，不仅改善了
针对某一数据操作的实训任务，设计了统 实践手段，提升了教学效率，在提升学生实践能
一标准的任务要求。首先是任务描述，简洁明了 力及创新能力方面也发挥了重要作用，有效解决
的描述风格使学员快速获取任务；其次是相关知 了课程实践教学中存在的问题。
识，详细介绍要重点掌握的知识，让学员对所学 （1）通过层次化的实训内容，设计基础的数
的理论知识进行温习巩固；然后是编程要求，明 据结构、算法实训任务，增强了学生的获得感，
计算机教育
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提高了其编程积极性。 进了学生对算法的透彻理解，提高了算法分析与
（2）通过实训任务分解将多种算法组合在一 设计能力。
起，每个子任务对应一个算法，并给出算法的形 为了对实训效果进行比较，我们对两个教学
式参数，尤其加强了双向传递参数的训练，提高 班的实训成绩进行了对比。对于 B 班，教师依据
了学生编程能力。 传统方式开展实训。对于 A 班，教师依据建设
（3）一方面通过项目化实训任务的相关知识 的在线实训任务开展实训。图 2 显示了 A 班和 B
介绍加强了学生对复杂算法的理解，另一方面通 班的学生在不同等级人数占总人数的百分比对比
过关联化的子任务设计将复杂算法进行分解，促 情况。
/
A B
100 89
80
64
60
40 34
20 10
0 1 1 1
0
优秀 良好 及格 不及格 等级
图 2 实训成绩比较
从图 2 可以看出，在优秀、良好、及格、不 5 结 语
及格 4 个等级中，A 班的百分比分别是 89%、0%、
1%、10%，B 班的百分比分别是 64%、1%、1%、 对任务牵引的在线实训建设进行探索，将
34%。优秀等级的百分比 A 班明显高于 B 班，提 理论与实践紧密结合，为学生提供了一个更加
高了 25%；不及格等级的百分比 A 班明显低于 B 贴近课程知识、富有挑战性的学习环境，有效解
班，降低了 24%。这些结果表明 A 班学生的实 决了数据结构与算法课程实践教学中存在的问
训成绩优于 B 班学生。 题。这种实训方式不仅关注学生的知识掌握，更
经过实践，学生的现实表现和能力培养都取 注重学生能力的培养和素质的提升，符合新时代
得了良好效果。在学生的现实表现方面，学生的 对高素质人才的需求。在能力培养方面，学生得
参与度大幅提高、学习积极性明显提升、学习兴 以运用数据结构与算法的基本理论，在相关领域
趣显著增强、学习主动性充分调动；在能力培养 中精准地分析问题、高效地解决问题，其算法
方面，培养了学生在本专业及相关领域中分析问 分析和设计能力得到显著提升，抽象思维和计
题、解决问题的能力，提高了学生的实践能力， 算思维也得到了有效锻炼。同时，这种实训方
培养了学生的抽象思维和计算思维，强化了学生 式极大地激发了学生的学习兴趣，强化了学生
的创新意识，培养了创新能力。 的实践动手能力，更在潜移默化中提高了学生
此外，任务牵引的在线实训还得到了教评专 的创新能力。在线实训建设的研究对形成性考
家、同行专家的一致好评，较好地落实了培养具 核、线上考核也具有良好的借鉴意义，有助于完
有更强实践能力、创新能力的高素质复合型人才 善考核体系，进而提升计算机类人才培养的整体
培养要求。 质量。
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在未来的研究与探索中，一方面要结合大数 评价方式；另一方面结合知识图谱技术手段构建
据分析技术手段进行教情、学情分析，形成科学 教育图谱，实现立体式学习。
参考文献：
[1] 宗林林, 于红, 刘馨月, 等. 数据结构与算法创新实验教学实践: 以跨模态检索为例[J]. 实验室研究与探索, 2023, 42(6): 169-
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[5] 张俭鸽, 侯雪梅, 杨奎武. 数据结构与算法线上线下混合教学模式探索[J]. 计算机教育, 2022(6): 74-78.
（编辑：孙怡铭）
Task-driven online training construction of data structure and
algorithm
Jiange Zhang, Chenyang Liu, Kuiwu Yang, and Kaizhong Jin
(Information Engineering University, Zhengzhou 450001, China)
Abstract: According to the practice status of