摘 要：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計算機(jī)專業(yè)的基礎(chǔ)核心課程，實(shí)踐教學(xué)是其必要的組成部分。本文針對新疆大學(xué)學(xué)生在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的一些問題，提出了規(guī)范的實(shí)習(xí)操作步驟。通過規(guī)范的實(shí)習(xí)操作步驟培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)化的工作作風(fēng)，有效地避免課程實(shí)踐中的錯誤，指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計良好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及算法，編寫出優(yōu)美的程序。
　　關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；精品課程；實(shí)踐教學(xué)；算法
　　基金項(xiàng)目：新疆大學(xué)2008年精品課程建設(shè)項(xiàng)目(2008[146號])。
　　作者簡介：崔青，女，講師，研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及程序設(shè)計；劉淑嫻，女，講師，研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；張振宇，男，副教授，研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
　　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對計算機(jī)程序設(shè)計要求較高的電子信息類各專業(yè)的基礎(chǔ)核心課程，有著較強(qiáng)的技術(shù)性和實(shí)踐性。它主要是培養(yǎng)學(xué)生的算法設(shè)計與分析的基本理論知識與技能，該課程強(qiáng)調(diào)理論和實(shí)踐的統(tǒng)一，突出的是對學(xué)生動手能力的培養(yǎng)。為了幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面的知識，充分理解和掌握算法設(shè)計所需要的技術(shù)，為信息類后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下一個好的基礎(chǔ)，上機(jī)實(shí)習(xí)就顯得十分重要。實(shí)習(xí)過程中，要求學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識，結(jié)合一些典型問題，經(jīng)過分析、設(shè)計、編碼、調(diào)試等各環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，去深刻理解、進(jìn)而達(dá)到牢固掌握所用到的一些技術(shù)，提高學(xué)生組織數(shù)據(jù)及編寫大型程序的能力。
　　如今，隨著計算機(jī)技術(shù)以及計算機(jī)性能的提高，軟件開發(fā)的復(fù)雜度也日趨增加，一種常用的軟件開發(fā)方法是將開發(fā)過程按工程化理論分為四個階段：分析、設(shè)計、實(shí)現(xiàn)和維護(hù)。雖然數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門課程的實(shí)習(xí)題的復(fù)雜度遠(yuǎn)不能跟實(shí)際中真正的軟件系統(tǒng)比較，但為了培養(yǎng)一名軟件工作者所應(yīng)具備的科學(xué)工作的方法和作風(fēng)，規(guī)范的實(shí)習(xí)操作步驟是必不可少的[1]。
　　1 實(shí)習(xí)操作規(guī)范的重要性
　　上機(jī)實(shí)習(xí)是對學(xué)生的一種全面綜合訓(xùn)練，是與課堂教學(xué)、自主學(xué)習(xí)和課后練習(xí)相輔相成的必不可少的一個教學(xué)環(huán)節(jié)。實(shí)習(xí)能夠幫助學(xué)生學(xué)會如何把書上學(xué)到的知識用于解決實(shí)際問題，培養(yǎng)他們開發(fā)軟件所需要的動手能力。實(shí)習(xí)操作還能使書上的知識變“活”，幫助學(xué)生深化理解和靈活掌握教學(xué)內(nèi)容。實(shí)習(xí)題通常是軟件設(shè)計的綜合訓(xùn)練，包括分析問題、總體設(shè)計、界面設(shè)計、程序設(shè)計基本技能和技巧、協(xié)同合作、乃至一整套軟件工作規(guī)范的訓(xùn)練。此外，更重要的一點(diǎn)是：計算機(jī)是比任何教師都嚴(yán)格的檢查者[3]。
　　在以往的教學(xué)實(shí)踐中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生抱怨說這門課學(xué)不明白，實(shí)習(xí)操作時不知從何下手，設(shè)計算法時沒有任何頭緒，甚至有些已經(jīng)用偽代碼表示的算法都很難用具體的程序設(shè)計語言實(shí)現(xiàn)，程序出錯了，有時花一兩個小時才找出一個錯誤，甚至是一無所獲，使學(xué)生很受打擊。實(shí)際上，在實(shí)習(xí)操作過程中按步驟規(guī)范有效的展開程序設(shè)計是有效克服這種情況的重要手段之一。但是，真正在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時，我發(fā)現(xiàn)有些學(xué)生不屑于按實(shí)習(xí)步驟規(guī)范去做，他們有些人直接在電腦前編寫代碼，甚至對于實(shí)習(xí)步驟的要求和建議看都不看一遍，認(rèn)為那是浪費(fèi)時間，這對該課程的學(xué)習(xí)是及其有害的。正確的實(shí)習(xí)步驟規(guī)范不僅可以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)化的工作作風(fēng)，而且還能有效地避免錯誤[2]。
　　2 實(shí)習(xí)操作步驟規(guī)范
　　從多年來教學(xué)實(shí)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)看，在初學(xué)階段執(zhí)行嚴(yán)格的實(shí)習(xí)步驟規(guī)范(包括上機(jī)操作規(guī)范)，機(jī)時利用率會大大提高，有助于養(yǎng)成良好的程序編制風(fēng)格，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)、高效的工作方式。根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的特點(diǎn)，以及多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)我總結(jié)出以下具體的實(shí)習(xí)步驟規(guī)范[3]。
　　首先建議3～4個同學(xué)組成一個小組，設(shè)組長一人，由組長負(fù)責(zé)提交階段成果，組員之間明確各自的任務(wù)，以達(dá)到相互研究、討論、互相學(xué)習(xí)、共同提高的目的。這也是以后程序設(shè)計人員所要具備的最基本素質(zhì)之一：團(tuán)隊協(xié)作素質(zhì)。
　　1) 問題分析與任務(wù)定義[1]。
　　一般地，實(shí)習(xí)題目的語言敘述相對來講比較簡單，或者不同的人理解時會產(chǎn)生歧義。因此，在進(jìn)行設(shè)計之前，最重要的是充分分析和理解問題，明確問題任務(wù)：要求做什么，限制條件是什么。注意：這個步驟強(qiáng)調(diào)的是做什么，而不是怎么做。所以，在對問題進(jìn)行描述時應(yīng)避開算法和所涉及的數(shù)據(jù)類型，而是對所需完成的任務(wù)作出明確的回答。明確規(guī)定：
　　輸入的形式和值的范圍；
　　輸出的形式和值的范圍；
　　程序所能達(dá)到的功能；
　　準(zhǔn)備測試數(shù)據(jù)：包括正確的輸入及其輸出結(jié)果和非法的輸入及其輸出結(jié)果；
　　提交相應(yīng)階段文檔。
　　2) 結(jié)構(gòu)設(shè)計與算法設(shè)計。
　　在設(shè)計這一步驟中，按照以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為中心的原則劃分模塊，對問題描述中涉及到的操作對象定義相應(yīng)的數(shù)據(jù)類型，并按照算法所要達(dá)到的功能劃分模塊，定義主程序模塊和各抽象數(shù)據(jù)類型；定義主程序的流程以及各程序模塊之間的層次(調(diào)用)關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，寫出算法框架。算法設(shè)計時考慮的因素較多，這一步的工作將直接影響最終程序的性能和執(zhí)行效率。要綜合考慮系統(tǒng)功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要簡單、合理、清晰并且易于調(diào)試。設(shè)計算法過程中，圍繞原則：正確性、可讀性、健壯性、高效率和低存儲量，提交相應(yīng)項(xiàng)目規(guī)劃文檔。
　　3) 詳細(xì)設(shè)計和編碼。
　　詳細(xì)設(shè)計的目的是對算法設(shè)計的進(jìn)一步求精。實(shí)現(xiàn)算法設(shè)計中定義的所有數(shù)據(jù)類型，用IF、WHILE和賦值語句等對每個操作按照算法規(guī)范只需要用偽代碼表示過程或函數(shù)。利用偽代碼的目的是避免過早陷入語言細(xì)節(jié)。最后再對詳細(xì)設(shè)計的結(jié)果進(jìn)一步求精，用高級語言表示出來。
　　編碼時要考慮如何編寫才能較快地完成調(diào)試是特別要注意的問題。一般地，每個子程序(或過程、函數(shù))通常不要太長，不要超過40行為宜，最長不要超過60行，必要時可再分割成較小的過程，子程序(或過程、函數(shù))包含的程序行數(shù)太多，易于造成理解上的困難?？刂苅f、while 等語句的連續(xù)嵌套的深度，分支過多時應(yīng)考慮使用switch語句。對每一段程序完成的功能和重要變量都應(yīng)加以注釋，這會對程序的調(diào)試提供很多方便。另外，根據(jù)情況可以在程序中設(shè)立若干調(diào)試點(diǎn)，可以輸出若干提示信息，用于驗(yàn)證和自己的設(shè)想是否一致。對于必要的輸入輸出，必須對它們的作用加以注釋說明，否則，在調(diào)試程序時無法了解需要輸入什么，輸出的又是什么。同時，一定要按格式書寫程序，分清每條語句的層次，便于發(fā)現(xiàn)語法錯誤。
　　4) 靜態(tài)檢查。
　　在上機(jī)前，學(xué)生需要將程序編碼以高級語言文本的形式實(shí)現(xiàn)，自己對程序先做認(rèn)真的靜態(tài)檢查。大多數(shù)初學(xué)者編好程序后處于以下兩種狀態(tài)之一：一是對自己“精心制作的程序”的正確性深信不疑；另一種則是認(rèn)為上機(jī)前的任務(wù)已經(jīng)完成，尋找錯誤是上機(jī)的工作，這兩種態(tài)度都是不可取的。對初學(xué)者來說，當(dāng)編寫的程序長度超過40行時，通常大多會含有語法錯誤或邏輯錯誤，上機(jī)動態(tài)調(diào)試絕對代替不了靜態(tài)檢查，否則調(diào)試的效率將是極低的。靜態(tài)檢查一般有兩種方法：一是用一組測試數(shù)據(jù)手動執(zhí)行程序(通常先檢查單個模塊)；二是通過與同學(xué)一起或給別人講解自己的程序而深入全面地理解程序的邏輯。
　　5) 上機(jī)準(zhǔn)備和上機(jī)調(diào)試程序。
　　上機(jī)準(zhǔn)備應(yīng)做到以下幾個方面：首先，熟悉機(jī)器的用戶手冊；其次，熟悉高級語言用戶手冊或程序設(shè)計指導(dǎo)書；熟悉最常用的命令；最后，掌握好調(diào)試工具，考慮調(diào)試方案。如果機(jī)器上沒有現(xiàn)成的調(diào)試工具可供利用，可以自己先設(shè)計一些以供使用。上機(jī)調(diào)試時分模塊進(jìn)行，應(yīng)該做到自底向上，先調(diào)試底層模塊(過程或函數(shù))，再調(diào)試上層模塊，必要時可另寫一個調(diào)用驅(qū)動程序。這種表面看上去麻煩的工作實(shí)際上可以大大降低調(diào)試所面臨的復(fù)雜性，從而提高調(diào)試的工作效率。調(diào)試過程中遇到的各種異?，F(xiàn)象往往是預(yù)料不到的，此時不要糾結(jié)，應(yīng)該借助系統(tǒng)提供的調(diào)試工具確定錯誤，最后，整個程序進(jìn)行聯(lián)調(diào)。調(diào)試正確后，認(rèn)真整理源程序及其注釋，將帶有完整注釋且格式良好的源程序清單、測試用例和運(yùn)行結(jié)果加以打印輸出。
　　
　　6) 實(shí)習(xí)報告的整理。
　　最后是實(shí)習(xí)報告的整理。在程序開發(fā)過程中，逐步形成各種必要的文檔及資料。主要包括以下幾個部分的工作：首先進(jìn)行需求及規(guī)格說明 ，進(jìn)行問題描述，弄清求解的問題是什么；其次，說明存儲結(jié)構(gòu)、主要的算法設(shè)計思想，并進(jìn)行子程序(過程或函數(shù))的規(guī)格說明，通過調(diào)用關(guān)系圖表示它們之間的調(diào)用關(guān)系；第三，在詳細(xì)設(shè)計過程中，主要算法的框架要能夠?qū)崿F(xiàn)；第四，形成用戶手冊，進(jìn)行程序的使用說明，并用調(diào)試報告來體現(xiàn)問題是如何解決的；最后，認(rèn)真進(jìn)行實(shí)習(xí)總結(jié)，在調(diào)試過程中與同學(xué)之間的討論和分析、對程序的改進(jìn)設(shè)想、收獲的經(jīng)驗(yàn)與體會、主要算法的時空復(fù)雜度等方面都可以寫進(jìn)報告中。做好這一步工作非常重要，通過整理和填寫實(shí)習(xí)報告的過程，學(xué)生能夠更深刻的認(rèn)識到自己在實(shí)驗(yàn)中存在的問題，加強(qiáng)自身設(shè)計思維的訓(xùn)練，也能不斷提高和積累解決實(shí)際問題的動手能力，是學(xué)生對自身進(jìn)行修正和完善的過程[4]。
　　3 結(jié)語
　　以上是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門課程經(jīng)過多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)形成的具體的實(shí)習(xí)步驟規(guī)范。掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的基本理論是很重要的，同時利用面向?qū)ο蟮姆椒?，進(jìn)行數(shù)據(jù)抽象、設(shè)計抽象數(shù)據(jù)類型，編寫優(yōu)美的程序的能力訓(xùn)練同樣是非常必要的。這對于進(jìn)一步引導(dǎo)同學(xué)獨(dú)立完成和解決工程實(shí)踐中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的問題，靈活運(yùn)用所學(xué)的理論知識，做到融會貫通，是很有意義的。目前在教授該課程時，要求學(xué)生能夠做到正確利用實(shí)習(xí)步驟規(guī)范，以此來提高學(xué)生算法設(shè)計與分析的技能以及上機(jī)實(shí)踐的效率，真正達(dá)到理論與實(shí)踐的統(tǒng)一，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的工作作風(fēng)和動手能力，效果不錯。
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1] 顧翔.“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”實(shí)踐教學(xué)探討[J]. 信