教學(xué)與科研關(guān)系的思考及其在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程建設(shè)中的實(shí)踐

賈海洋，楊 博，虞強(qiáng)源，朱允剛，劉大有

（1.吉林大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 吉林 長(zhǎng)春130012；2.吉林大學(xué) 軟件學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春130012；3.符號(hào)計(jì)算與知識(shí)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 吉林 長(zhǎng)春130012）

教學(xué)與科研關(guān)系的思考及其在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程建設(shè)中的實(shí)踐

賈海洋，楊 博，虞強(qiáng)源，朱允剛，劉大有

（1.吉林大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 吉林 長(zhǎng)春130012；2.吉林大學(xué) 軟件學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春130012；3.符號(hào)計(jì)算與知識(shí)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 吉林 長(zhǎng)春130012）

分析教學(xué)與科研對(duì)立與統(tǒng)一的關(guān)系問(wèn)題，指出二者關(guān)系對(duì)于社會(huì)發(fā)展、高校發(fā)展以及教師個(gè)人發(fā)展的重要意義，結(jié)合國(guó)家級(jí)精品課數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建設(shè)過(guò)程說(shuō)明如何做到教學(xué)與科研的統(tǒng)一，介紹兩則實(shí)驗(yàn)題目和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原則。

教學(xué)與科研；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

1 背 景

教學(xué)與科研是大學(xué)教師的兩項(xiàng)主要工作,也是大學(xué)核心競(jìng)爭(zhēng)力的主要體現(xiàn)。教學(xué)和科研工作二者之間存在著復(fù)雜的關(guān)系，兩者既相互促進(jìn)又相互矛盾。教學(xué)與科研之間的關(guān)系是教育研究者、實(shí)踐者持續(xù)關(guān)注的重要問(wèn)題。正確處理好兩者之間的關(guān)系，對(duì)于社會(huì)的發(fā)展、高校的發(fā)展以及教師個(gè)人的發(fā)展都具有十分重要的意義。

在大學(xué)創(chuàng)立之初，教學(xué)是大學(xué)唯一的職能，大學(xué)的主要目標(biāo)是傳授知識(shí)[1]。隨著時(shí)間的推進(jìn)，高等教育的社會(huì)價(jià)值發(fā)生了變化,大學(xué)的職能在諸多外部因素的影響下發(fā)生著轉(zhuǎn)變：大學(xué)與社會(huì)的關(guān)系由彼此遠(yuǎn)離逐漸走向相互依存；大學(xué)逐漸由精英教育走向大眾化教育[2]。

這種變革也賦予大學(xué)的教學(xué)與科研以新的意蘊(yùn)。為滿足社會(huì)對(duì)科技進(jìn)步的要求,大學(xué)被視為科技創(chuàng)新的動(dòng)力站，其科研職能不斷被強(qiáng)化,甚至有取代教學(xué)成為其基本職能的趨勢(shì)。最近幾十年來(lái)，許多國(guó)家的高校都不同程度地出現(xiàn)科研高于和重于教學(xué)的趨勢(shì)，現(xiàn)實(shí)中大學(xué)教學(xué)與科研的關(guān)系呈現(xiàn)出扭曲的發(fā)展態(tài)勢(shì),導(dǎo)致教學(xué)與科研失去了平衡[3]。教師雖普遍存在教學(xué)與科研關(guān)系相統(tǒng)一的信念，但其行動(dòng)卻呈現(xiàn)出教學(xué)與科研分離，甚至 “重科研輕教學(xué)”的傾向[4]，而且這一現(xiàn)象并非我國(guó)獨(dú)有[5]。有學(xué)者認(rèn)為，雖然兩者在大學(xué)的發(fā)展史上有過(guò)相對(duì)協(xié)調(diào)的階段，但矛盾多于協(xié)調(diào)[6]。

因此，如何處理教學(xué)與科研之間的關(guān)系，持續(xù)受到教育研究者、實(shí)踐者和管理者的思考和探討[7]。

2 探討與思考

教學(xué)與科研之間既對(duì)立又統(tǒng)一，統(tǒng)一性在于，高校教師的教學(xué)工作與科研工作目標(biāo)均是為了履行高校所承擔(dān)的職責(zé)的一部分，都是推動(dòng)高校發(fā)展的重要力量，兩者在這點(diǎn)上并沒有根本的沖突與矛盾。教學(xué)與科研之間還存在著矛盾和對(duì)立：首先，教師教學(xué)所占的時(shí)間越多，必然在科研方面的時(shí)間和精力就減少，因此，客觀上，兩者在時(shí)間和精力的分配上存在著矛盾；其次，兩者的側(cè)重點(diǎn)不同，教學(xué)主要是為了傳授知識(shí)，而科研是創(chuàng)造知識(shí)，兩者對(duì)教師能力的要求有所不同。

大學(xué)所承擔(dān)的社會(huì)職責(zé)主要有：①通過(guò)教學(xué)培養(yǎng)人才；②通過(guò)科研發(fā)展科學(xué)；③直接為社會(huì)服務(wù)。不同的大學(xué)在上述職責(zé)的側(cè)重及定位上不盡相同。例如，一些重點(diǎn)大學(xué)被政府視為科技創(chuàng)新的動(dòng)力站, 其科研職能不斷被強(qiáng)化。與此同時(shí)，為滿足培養(yǎng)應(yīng)用型人才的需求,一大批應(yīng)用型大學(xué),其教學(xué)職能居于絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位。有研究者依據(jù)大學(xué)的側(cè)重及定位不同將其劃分為4種類型：研究型；研究教學(xué)型；教學(xué)研究型；教學(xué)型。因此，高校教師在處理教學(xué)與科研之間的關(guān)系時(shí)，首先要明確自身所在學(xué)校的職責(zé)、目標(biāo)及定位，不同類型的大學(xué)應(yīng)該有所區(qū)別。在明確學(xué)校定位的基礎(chǔ)上，使得教學(xué)與科研工作統(tǒng)一于該校的定位。從而在教學(xué)與科研實(shí)踐中，教學(xué)與科研工作所需投入時(shí)間和精力的比例分配與學(xué)校的定位一致，在這一框架之下，教學(xué)與科研可以趨向于更好地履行高校職責(zé)這一總體目標(biāo)。

教師勝任力特征模型由學(xué)術(shù)能力、教學(xué)能力和教學(xué)態(tài)度3個(gè)特征因子構(gòu)成[8]。在分析教學(xué)與科研工作關(guān)系時(shí)，某些慣性思維簡(jiǎn)單地認(rèn)為科研可能會(huì)消極地影響教學(xué)，實(shí)際上這種影響往往是由于未能處理好時(shí)間和精力的分配，造成科研工作對(duì)教學(xué)態(tài)度的負(fù)面影響，并非教學(xué)能力本身[9]。教學(xué)和科研可以緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與科研相長(zhǎng)：教學(xué)為科研明確了方向；科研是教學(xué)的基礎(chǔ)。教學(xué)與科研是相輔相成、互相作用的，兩者密不可分、互相促進(jìn)[10]。適度的科研先行并不必然會(huì)造成教學(xué)的弱化；相反，提升教學(xué)質(zhì)量的一個(gè)重要途徑就是先建設(shè)好高水平的科研平臺(tái)，然后再把這種科研優(yōu)勢(shì)反哺到教學(xué)中，從而提升教學(xué)質(zhì)量。因此，要謹(jǐn)防“教學(xué)—科研”二分思維，將科研僅僅作為研究型大學(xué)的專利，削弱甚至剝奪教學(xué)研究型和教學(xué)型學(xué)校的科研職能[11]。

3 在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中的實(shí)踐

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)專業(yè)最重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程和核心課程之一，是學(xué)生進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)和開展高層次研究的學(xué)科基礎(chǔ)必修課。吉林大學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程被評(píng)為2003年度首批國(guó)家級(jí)精品課程，在課程建設(shè)與改革過(guò)程中，教學(xué)團(tuán)隊(duì)力圖激發(fā)學(xué)生興趣，提高學(xué)生的教學(xué)參與度。

我們針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行一系列嘗試，開展“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”：實(shí)驗(yàn)教學(xué)是課堂理論教學(xué)的延伸和補(bǔ)充，是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中不可缺少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問(wèn)題的能力以及編程能力，對(duì)于學(xué)生綜合素質(zhì)的提高具有十分重要的作用。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，該實(shí)驗(yàn)的目的是培養(yǎng)學(xué)生通過(guò)自學(xué)新知識(shí)，運(yùn)用所學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法和數(shù)學(xué)知識(shí)，解決科學(xué)研究中的問(wèn)題，以激發(fā)學(xué)生的科研興趣、培養(yǎng)其科學(xué)研究能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

實(shí)驗(yàn)一：

[實(shí)驗(yàn)?zāi)康腯

綜合運(yùn)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中圖的相關(guān)知識(shí)以及組合數(shù)學(xué)及算法分析的知識(shí)，在查閱文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)程序，并對(duì)算法進(jìn)行優(yōu)化和分析。

[實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求]

現(xiàn)實(shí)世界中，很多問(wèn)題可以抽象成有向無(wú)環(huán)圖（directed acyclic graph，DAG），例如，用于任務(wù)管理的AOE網(wǎng)（activity on edge network）、人工智能領(lǐng)域中處理不確定性的貝葉斯網(wǎng)（Bayesian Network）。

設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)如下程序：給定n個(gè)不同的結(jié)點(diǎn)，生成包含這n個(gè)結(jié)點(diǎn)的所有DAG，并討論DAG數(shù)量和n之間的關(guān)系，見表1，嘗試給出通項(xiàng)公式，分析算法的時(shí)間復(fù)雜性。

[測(cè)試數(shù)據(jù)]

表1 n=1…6 的有向無(wú)環(huán)圖的個(gè)數(shù)

實(shí)驗(yàn)二：

[實(shí)驗(yàn)?zāi)康腯

了解組合優(yōu)化和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中線性表、查找、排序等知識(shí)之間的關(guān)系，初步了解遺傳算法及隨機(jī)數(shù)在遺傳算法中的使用。在查閱文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)遺傳算法。

[實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求]

組合優(yōu)化（combinatorial optimization）問(wèn)題是計(jì)算機(jī)研究領(lǐng)域中的一個(gè)重要問(wèn)題，其目標(biāo)是從組合問(wèn)題的可行解集中求出最優(yōu)解。組合優(yōu)化的形式化定義為：

Ω={S1，S2，… ，Sn}為所有狀態(tài)構(gòu)成的解空間；

C(Si)為狀態(tài)Si對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值;

要求尋找最優(yōu)解S*，使得C(S*)≤C(Si)?Si∈Ω;

組合優(yōu)化過(guò)程可以近似地描述為一個(gè)搜索過(guò)程（這一描述方式并不十分準(zhǔn)確。例如，某些構(gòu)造型優(yōu)化方法并非搜索過(guò)程，但有助于我們理解組合優(yōu)化問(wèn)題）：待查找文件即為解空間，每條記錄對(duì)應(yīng)一個(gè)狀態(tài)，記錄的關(guān)鍵詞為目標(biāo)函數(shù)值，組合優(yōu)化的目的則是查找關(guān)鍵詞最小的記錄（最優(yōu)解）。

這一看似簡(jiǎn)單的問(wèn)題，在某些情況下卻是無(wú)法解決的。例如，當(dāng)解空間十分巨大，算法無(wú)法遍歷所有狀態(tài)，不能找到最優(yōu)解，在實(shí)際應(yīng)用中只能找到一個(gè)近似最優(yōu)解。目前，許多組合優(yōu)化問(wèn)題仍然是計(jì)算機(jī)科研領(lǐng)域中有待解決的開問(wèn)題（opening question），遺傳算法（Genetic Algorithm，GA）是一種解決組合優(yōu)化問(wèn)題的方法，請(qǐng)實(shí)現(xiàn)該算法并使用該算法解決任意一個(gè)自行設(shè)計(jì)的組合優(yōu)化問(wèn)題。

上述創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)在教學(xué)實(shí)踐中取得了很好的教學(xué)效果，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性、主動(dòng)性，顯著提高了學(xué)生的興趣和教學(xué)參與度。同時(shí)，將教學(xué)與科研緊密結(jié)合，充分體現(xiàn)了教學(xué)與科研的一致性，是處理好教學(xué)與科研關(guān)系的一個(gè)典型案例。

4 結(jié) 語(yǔ)

如何處理教學(xué)與科研之間的關(guān)系是重要的研究課題，這一問(wèn)題源于教學(xué)和科研實(shí)踐，而一切討論最終應(yīng)歸于實(shí)踐。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是在教學(xué)科研實(shí)踐中遵循上述理念的一個(gè)具體實(shí)例。

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（編輯：郭田珍）

1672-5913(2017)02-0038-03

G642

吉林省高等教育教學(xué)改革研究課題“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)與改革”；吉林大學(xué)青年教師教學(xué)能力發(fā)展項(xiàng)目（2015QNZD008）；吉林大學(xué)本科“十三五”規(guī)劃教材立項(xiàng)（《程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》）。

賈海洋，男，副教授，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)教育、知識(shí)工程、機(jī)器學(xué)習(xí)、概率圖模型等，jiahy@jlu. edu.cn。