摘要：教學實踐是決定“數(shù)據(jù)結構”課程學習成效的重要環(huán)節(jié)。以“數(shù)據(jù)結構”的教學目標和學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)為前提，將課程的實踐活動分為驗證、設計、綜合和創(chuàng)新四個層次；按學生和教師兩種角色討論實踐活動的實施方法；介紹服務于多層實踐活動的輔助教材和教學網站；提出構建多維一體的數(shù)據(jù)結構實踐教學系統(tǒng)。
　　關鍵詞：數(shù)據(jù)結構；實踐；多維；教材
　　
　　“數(shù)據(jù)結構”是在20世紀60年代中期才設立的一門課程。它主要討論在軟件開發(fā)過程中的分析、設計與實現(xiàn)中的若干基本問題[1]：1)問題的建模。如何把客觀世界的問題映射到計算機世界中？如何在計算機世界中表述和存儲客觀世界中的對象？它是算法處理的對象。2)問題的求解方法，即算法。3)算法的評價。評價算法的優(yōu)劣。算法是數(shù)據(jù)結構的主要研究內容。算法是計算機科學的核心，也是一種一般性的智能工具?！皩W習算法有助于人們對其他學科的理解，不管是化學、控制、甚至音樂，即使非計算機專業(yè)的學生，學習算法的理由也是非常充分的[2]。”因此，數(shù)據(jù)結構是高級程序設計、編譯原理、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、人工智能等課程的基礎，它不僅被作為計算機相關專業(yè)(如計算機科學與技術、軟件工程、網絡工程等)的一門核心的專業(yè)基礎課；也是工科、理科、醫(yī)科等學科中許多專業(yè)的必修或選修專業(yè)基礎課。
　　“數(shù)據(jù)結構”課程具有抽象性和實踐性。客觀世界中的問題在計算機中的表示與算法描述是抽象的，但算法的實現(xiàn)是實踐的，惟有通過實踐才能真正掌握課程內容，達到學習目標。通常在有限的課時內，教師主要講授的是抽象部分，此種情況下如果沒有相應的實踐，課程的學習將如同在沙漠建房，難以落成。
　　因此，如何構建能夠有效的實踐環(huán)節(jié)，一直是教師關注的問題。
　　筆者結合“數(shù)據(jù)結構”課程建設，就多維一體的“數(shù)據(jù)結構”實踐教學系統(tǒng)的構建與實現(xiàn)進行總結，以期為“數(shù)據(jù)結構”實踐教學提供一定的參考和借鑒。
　　1 “數(shù)據(jù)結構”實踐活動層次
　　實踐是一切認識活動和知識的前提[3]，學生的認識主要是在實踐活動中發(fā)展起來的[4]。筆者根據(jù)由淺入深、循序漸進和創(chuàng)新能力獲得的規(guī)律，將課程實踐活動按層次由低到高分為驗證型實踐、設計型實踐、綜合型實踐和創(chuàng)新型實踐。
　　1.1驗證型實踐
　　荀子說：“聞之，不若見之；見之，不若知之；知之，不若行之……行之，明也?！彬炞C型實踐指通過運行已實現(xiàn)的算法對書本知識及算法進行對錯性的驗證。驗證理論的實踐活動使學生充分領悟知識的內在意蘊，加深學生對基礎知識的理解，掌握基本實驗技能，為后續(xù)較高層次的實踐活動奠定基礎。驗證型實踐活動從內容上來講，它依附于課堂教學，是課堂教學的延伸和補充。
　　1.2設計型實踐
　　設計型實踐指用所學的一個或若干個知識點去解決特定的問題。通過對問題的求解，了解知識的應用場景，獲取知識的初步應用能力。智慧來源于知識，但知識不會自然而然地達成智慧，需要通過實踐活動對知識“內化”和“活化”，起關鍵作用的是人的實踐經驗[5]。這里的知識是局部的，是一個個知識點。大量的設計練習是解決較復雜的問題的基礎。
　　1.3綜合型實踐
　　綜合型實踐是指將所學的數(shù)據(jù)結構思想與方法，應用到軟件開發(fā)的分析、設計與實現(xiàn)等方面。綜合型實踐要用到課程的許多知識點。能力與智慧的獲得，絕不是簡單的累積，此處，1+1≠2。學習者可能掌握各個知識點及其各自的應用，但不等于具備解決復雜問題的能力，盲人摸象的典故正說明這一點。通過綜合實踐，引導學生從全局的觀點，認識數(shù)據(jù)結構課程的精髓和本質；指導學生如何綜合地將所學的知識應用于軟件開發(fā)過程中。
　　1.4創(chuàng)新型實踐
　　創(chuàng)新型實踐是指能夠激發(fā)和培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的實踐活動。培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的有較高綜合素質的人才是當代教育的目標，也是學校教學的出發(fā)點和歸宿。但“人的發(fā)展以人在不同經驗方式中發(fā)展為前提[5]”，創(chuàng)新型實踐旨在通過實踐活動培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，由舊知識建構新知識，達到學習的目標。
　　2數(shù)據(jù)結構實踐活動的實施
　　實踐活動的參與者有教師和學生兩方。學生是實踐的主體，旨在運用所學的知識和理論發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、嘗試解決問題，目的是提高解決問題的能力。教師是引導者，為學生提供必要的實踐環(huán)境和條件，當學生遇到困難時，給予指導；對學生的實踐成果給予評定，使他們不斷進取。
　　2.1驗證型實踐
　　對驗證型實踐的處理方式有兩種。一種是作為課程實驗內容。此法的不妥之處在于：1)在有限的實驗課時內，只能完成驗證工作的很少一部分；2)如果把驗證作為課程實驗的主要內容，那高一層次的設計型實驗就沒有時間了。另一種方式是完全由學生自我解決。持該觀點者認為，算法的實現(xiàn)是學生在學過高級程序設計語言后應該能解決的問題，不是本課程應該關注的。其實，算法描述和算法實現(xiàn)之間是有距離的，這如同一臺機器的構造和機器生產工藝流程之間的區(qū)別一樣，能夠跨越這個距離的學生很少，即使有的學生具備這個能力，但因時間、精力所限，也不可能實現(xiàn)教材中的所有算法。
　　一個人接受科學教育的最大收獲是那些能夠受用一生的智能工具。數(shù)據(jù)結構正屬于這類教育的內容。通過學習算法，學生一方面開擴眼界，培養(yǎng)正確的思維方法，更重要的是數(shù)據(jù)結構介紹的典型數(shù)據(jù)模型和實現(xiàn)，是一種可以用于解決復雜問題的工具。如果學習者的學習只是紙上談兵，就不可能學會工具的使用，就無法用工具去解決問題呢？所以，無論從學習者的認知所需還是從課程的學習目的來看，以適當?shù)姆绞綆椭鷮W生掌握典型的數(shù)據(jù)模型的實現(xiàn)是必須的。因此，上述兩種方法均不可取。我們的做法是由教師實現(xiàn)這些數(shù)據(jù)模型并把源程序提供給學生，學生利用課余時間自行進行驗證實驗，具體任務如下。
　　1) 教師。①給出教材中相應算法實現(xiàn)后的源程序；②給出程序設計說明，方便學生理解程序的結構與功能；③給出思考題，引導學生閱讀源程序和理解源程序；④給出操作說明和測試用例，引導學生進行正確性地驗證和更全面地理解算法。
　　2) 學生。①理解相關背景知識；②根據(jù)程序設計說明和思考題閱讀源程序；③根據(jù)操作說明運行源程序的測試用例，并進行結果分析；④回答思考題。
　　為了督促學生進行驗證實踐，要求學生將任務③、④的工作記錄作為作業(yè)上交；教師利用課堂提問，抽檢和討論部分源程序的運行結論。
　　2.2設計型實踐
　　設計型實踐活動分為兩個部分，一是課程實驗，二是作業(yè)。
　　2.2.1課程實驗
　　鑒于實踐對數(shù)據(jù)結構學習的重要作用，一般會拿出課時的1/5～1/4用于課程實驗。針對課程實驗，教師與學生的工作分別如下。
　　1) 教師。①給出問題描述，提出問題解決的基本要求，如采用的知識點、輸入輸出要求、算法復雜度等；②對問題進行初步分析，必要時給出邏輯設計和存儲設計的建議；③酌情給出算法描述；④給出若干測試用例，引導學生進行功能測試，領會健壯的程序設計；⑤給出實驗報告撰寫要求，包含問題描述、數(shù)據(jù)結構設計、功能劃分和算法設計、界面設計、運行與測試、總結與心得、源程序等。
　　2) 學生。①分析問題；②定義數(shù)據(jù)結構；③給出算法描述；④編程實現(xiàn)算法；⑤用測試用例測試程序，記錄運行結果；⑥寫出符合要求的實驗報告。
　　教師通過檢查源程序運行情況和批閱實驗報告，了解和評定學生的實驗情況。
　　2.2.2作業(yè)
　　作業(yè)題分為兩類：基本概念題和算法設計題。部分算法設計題要求學生編程實現(xiàn)，以彌補課堂設計實驗的不足。對于這部分實踐活動，教師布置題目，通過批改作業(yè)，檢查學生的完成情況。學生編程實現(xiàn)題目，將設計思路、算法和運行結果形成作業(yè)上交。
　　
　　2.3課程設計
　　課程設計對應于綜合實踐活動。對于計算機相關專業(yè)的學生來說，在“數(shù)據(jù)結構”課程學習結束后，通過前期的驗證和設計實踐，具備一定的綜合使用課程知識解決問題的能力和規(guī)范的程序設計能力。所以，一般在課程結束后，單獨有1～2周的“數(shù)據(jù)結構”課程設計，教師與學生的工作分別如下。
　　1) 教師。①制定課程設計實施計劃書。給出課程設計的目的和要求、日程安排、考核方法及分組情況等。②給出問題描述。區(qū)別于設計題，這里的問題一般較復雜，實現(xiàn)的源碼，一般均在500行以上，甚至千余行。③提出設計要求，引導學生進行概要分析?？煞譃榛疽蠛洼^高要求，與不同層次的學生的能力相對應。④設計提示。綜合設計的問題解決，通常包含多個算法，對其中特別難的、學生不易想到的要點給出提示。⑤提出課程設計報告的寫作要求。包含需求分析、概要設計、詳細設計、調試分析、測試分析、總結與體會、使用說明及源程序等。
　　2) 學生。①根據(jù)實施計劃書的進度要求、問題描述和設計要求進行“概要設計→詳細設計→調試測試”的問題求解；②接受系統(tǒng)檢查；③撰寫符合要求的課程設計報告。
　　教師通過作品檢查和批閱課程設計報告給出學生的課程設計成績。教師通常在課程設計的最后一天，通過運行系統(tǒng)和提問，檢查學生的系統(tǒng)設計與完成情況。
　　2.4科技活動
　　學生的創(chuàng)新能力來自科研實踐?？蒲袑嵺`要因人而異，針對學有余力的學生，通過下列三種途徑提供科研實踐活動。
　　2.4.1項目開發(fā)
　　通過項目鍛煉，培養(yǎng)學生進行科學研究的工作方法和相互協(xié)作的精神。
　　1) 輔研。教師積極向學生介紹自己的研究方向和課題，吸納有特長和興趣的學生參加自己的項目研究，根據(jù)其知識結構，給學生布置力所能及的任務，逐步深入。
　　2) 項目申報。積極鼓勵學生參與各級項目的申報。學生作為申報人并獲得資金的資助，能有效增加其完成項目的責任感與投入其中的熱情。
　　2.4.2社會實踐
　　“沒有經驗”被企業(yè)視為大學畢業(yè)生的最ovwHDD1q0Iylry6gmHuOKyCa3O+ZMKp+Zpi6dlOQu3s=大弱項。參加社會實踐，是學生獲取經驗的最好途徑。學習數(shù)據(jù)結構的學生基本上是大二和大三的，這樣，他們有1～2個暑假，可以進行社會實踐。教師向學生宣傳社會實踐的好處，介紹社會實踐場所。學生在寒暑假或平時課余時間，到某個單位短期工作或兼職工作，參與單位具體項目的工發(fā)。
　　2.4.3競賽
　　競賽是學生用理論知識解決實際問題的有效載體，是檢驗、鍛煉、提高和展示學生科技創(chuàng)新能力的很好平臺。競賽所帶來的榮譽感，能夠有效激勵學生的創(chuàng)新熱情。常見的競賽有：校級的“希盟杯”電腦技能設計大賽、網頁設計大賽等；市級的“天翼杯”電腦技能大賽、科技創(chuàng)新大賽等；省級的“富士通”杯網頁網站設計大賽、大學生軟件設計大賽等；國家級的數(shù)學建模大賽、“挑戰(zhàn)杯”全國大學生科技作品競賽、軟件人才設計大賽等。
　　教師及時地把各種競賽信息通報給學生并組織學生申報；組織好競賽作品的創(chuàng)作與指導工作；對參賽者和獲獎者給予一定的獎勵，并對參賽作品進行展示和宣傳，擴大活動效果，以吸引更多的學生參與競賽活動。
　　3 “數(shù)據(jù)結構”實踐平臺
　　為了使數(shù)據(jù)結構的實踐活動能夠順利進行，我們編寫了《數(shù)據(jù)結構實踐教程》[6]，創(chuàng)建了“數(shù)據(jù)結構實踐教學網站”作為實踐教學實施平臺。
　　3.1 《數(shù)據(jù)結構實踐教程》教材建設
　　本書含蓋了1—3層的實踐活動的素材和實施指導。全書分為三篇：驗證篇、設計篇和綜合篇。
　　1) 驗證篇。詳述《數(shù)據(jù)結構》[1]教材中相關算法的實現(xiàn)。本篇首章介紹算法到程序轉換的基本步驟及需要注意的問題；給出了進行驗證性實驗的步驟；同時介紹了實驗環(huán)境。其余各章按教材教學內容進行編排。每個應用程序的敘述采用一致的結構，由如下四個部分組成：①程序設計。給出數(shù)據(jù)的類定義和程序結構圖。②源程序。方便學習者研習程序設計思路、程序結構、改進程序以及更好地操作程序。③程序運行。給出程序操作方法介紹及程序運行界面。④思考題。引導學習者更深入地理解程序、程序所實現(xiàn)的算法、程序所采用的存儲結構以及可改進之處。
　　2) 設計篇。針對一定的知識點給出不同難易程度的設計題，作為課程實驗和課后程序設計素材。本篇介紹了設計型實驗的實驗步驟、設計內容；提供了實驗報告格式，并給出一個實驗報告案例。其余各章按教材教學內容進行編排，每個設計題由以下五個部分組成：①問題描述。給出問題背景，提出需要解決的問題。②基本要求。給出算法實現(xiàn)時對數(shù)據(jù)邏輯結構、存儲結構、功能設計、數(shù)據(jù)輸入或輸出上的要求。③實現(xiàn)提示。對算法設計給出必要的提示或偽碼描述。④測試與運行。給出測試案例。⑤思考題。提出相關問題或更高設計要求。
　　3) 綜合篇。針對一個以上的知識點給出綜合設計題，可以作為課程設計素材。全篇首章給出有關綜合設計項目涵蓋的內容、綜合設計報告格式以及綜合設計成績評定準則等。其余各章按設計任務編排，每個項目任務的敘述由以下三個部分組成：①問題描述。給出問題背景，提出需要解決的問題。②設計要求。提出項目設計與實現(xiàn)時功能上需求，分為基本要求和較高要求。③實現(xiàn)提示。對數(shù)據(jù)組成形式、相關算法設計上給出必要的提示。
　　該教材充分考慮了學習者進行1—3層次的實踐活動的可能需求。驗證程序使用菜單界面，結構統(tǒng)一，操作簡單；設計篇和綜合篇內容豐富，提供了各種難易程度、且有一定實用性或趣味性的題目，可以為學習者提供全程指導。
　　3.2數(shù)據(jù)結構實踐教學網站
　　該網站分為用戶管理、學生主頁和老師主頁三個部分，其功能如圖1所示。
　　圖1 “數(shù)據(jù)結構實踐教學平臺”系統(tǒng)功能
　　3.2.1學生主頁
　　以學生身份登錄系統(tǒng)后進入學生主頁，從中查看實踐教學內容、聯(lián)系教師，上傳作業(yè)、在線交流等。頁面中包括課程實驗、課程實訓、課程設計、作品展示等。
　　1) 課程實驗：提供實驗教學大綱、實驗指導書及實驗上傳功能。
　　2) 作品展示：提供經典算法設計案例、優(yōu)秀學生作品展示、典型數(shù)據(jù)結構及其基本操作的算法動畫演示等。
　　3) 課程實訓：提供習題、試題、典型題解、最新題庫等。
　　4) 課程設計：提供課程設計指導書、課程設計作品上傳等。
　　3.2.2教師界面
　　以教師身份登錄系統(tǒng)后進入教師主頁。教師通過該頁面，發(fā)布公告，進行實驗、實訓(即課外設計)、課程設計、作品、學生、教師等相關信息的管理。
　　1) 公告管理：實施公告的編輯、發(fā)布及公告的數(shù)據(jù)庫管理等。
　　2) 課程實驗：發(fā)布實驗指導相關內容；查看學生上傳的課程實驗源程序與報告。
　　3) 課程實訓：發(fā)布實訓設計問題及對問題庫的數(shù)據(jù)庫管理。
　　4) 課程設計：發(fā)布課設指導相關材料；對學生上傳作業(yè)進行管理。
　　數(shù)據(jù)結構實踐教學系統(tǒng)的開發(fā)為學生和教師帶來了很大的方便，通過網絡突破時間和空間的限制，方便教師與學生之間、學生與學生之間的專題交流，為學生提供豐富的素材。
　　4結語
　　實踐教學是“數(shù)據(jù)結構”教學中不可缺少的環(huán)節(jié)，對課程學習成效起著決定性的作用。筆者根據(jù)課程特點和創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標，提出按驗證、設計、綜合和創(chuàng)新四個層次的實踐活動，對教材和網站的建設進行了積極探索，構建了一個多維一體的數(shù)據(jù)結構實踐教學體系。經過多年的實踐，已經取得了明顯的成效，考研率逐年提高；學生在各級比賽中獲獎越來越多，等級也逐步提高。
　　參考文獻：
　　[1]