算法與復(fù)雜度分析案例化教學(xué)改革

畢方明　楊文嘉

摘要：《算法與復(fù)雜性分析》是一門重要的研究生培養(yǎng)方案中的課程。該課程所涉及的內(nèi)容較多，而現(xiàn)有的教學(xué)方式很難激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，提高學(xué)生處理問題的能力。因此，在結(jié)合多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行《算法與復(fù)雜性分析》課程案例化教學(xué)改革，期望完善教學(xué)方法，提高學(xué)生的計(jì)算思維能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。

關(guān)鍵詞：算法與復(fù)雜度分析；研究生教學(xué)；案例化改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）44-0102-02

一、引言

研究生教學(xué)具有深入性、研究性以及專業(yè)性等特點(diǎn)。研究生課程教學(xué)在研究生培養(yǎng)方案中起著重要作用，對創(chuàng)新人才培養(yǎng)也有著重要作用，因此加強(qiáng)課程教學(xué)不僅是研究生培養(yǎng)方案的要求，也是對研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的要求。

通過《算法與復(fù)雜性分析》課程教學(xué)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生都能夠認(rèn)識到這門課程的重要性，是他們將來的研究工作必備的基礎(chǔ)。但如果只是通過機(jī)械的教學(xué)過程，缺少對問題的深入思考，是無法真正地將方法融會貫通的。通過對研究生教學(xué)過程的總結(jié)，發(fā)現(xiàn)在《算法與復(fù)雜性分析》課程中主要存在以下幾個問題：

1.課程難度較大。《算法與復(fù)雜性分析》課程主要包括數(shù)學(xué)算法理論、算法復(fù)雜性分析和算法編程實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容，使學(xué)生了解各種算法的優(yōu)點(diǎn)與不足，在實(shí)際應(yīng)用中選擇合適方法是該課程教學(xué)過程中的難點(diǎn)。

2.學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高?！端惴ㄅc復(fù)雜性分析》課程教學(xué)過程多以授課為主，缺少動手實(shí)踐，難以提高研究生的自主學(xué)習(xí)能力。

3.教學(xué)方法落后。由于《算法與復(fù)雜性分析》課程教學(xué)內(nèi)容繁多，“填鴨式”教學(xué)成了教學(xué)的主要過程，導(dǎo)致研究生在算法設(shè)計(jì)、有效性分析和編程等方面的學(xué)習(xí)過程缺少相應(yīng)的實(shí)踐。

為了解決以上問題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，活躍教學(xué)互動性，《算法與復(fù)雜性分析》課程案例化教學(xué)改革從現(xiàn)有的教學(xué)中存在的問題入手，在案例式教學(xué)方法上進(jìn)行探索，提高學(xué)生的計(jì)算思維能力，案例選取上采用貼近研究生生活的、較流行的技術(shù)問題和方案，為他們將來的研究工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、《算法與復(fù)雜性分析》教學(xué)發(fā)展趨勢與改進(jìn)方向

基于《算法與復(fù)雜性分析》教學(xué)改革的研究與實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)計(jì)算思維的培養(yǎng)對提高研究生創(chuàng)新素質(zhì)至關(guān)重要?！端惴ㄅc復(fù)雜性分析》課程設(shè)置的主要目的在于培養(yǎng)研究生算法設(shè)計(jì)和分析能力、程序?qū)崿F(xiàn)與計(jì)算思維能力，教育部高校計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會發(fā)布《計(jì)算思維教學(xué)改革白皮書》，強(qiáng)調(diào)了在研究生教學(xué)中計(jì)算思維培養(yǎng)的重要性。近年來，國內(nèi)多所高校都在探索與實(shí)踐計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生計(jì)算思維與實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，這在《算法與復(fù)雜性分析》課程教學(xué)中主要體現(xiàn)在對學(xué)生算法思維的培養(yǎng)。在如今這個信息化的時代，計(jì)算思維已經(jīng)成為衡量計(jì)算機(jī)類研究生處理問題能力的基本要素。目前大多數(shù)高校教學(xué)過程中對計(jì)算思維的培養(yǎng)理念和手段已很難滿足現(xiàn)階段對人才創(chuàng)新能力的要求。通過近些年的教學(xué)實(shí)踐，《算法與復(fù)雜性分析》課程教學(xué)改革可以使學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性明顯增強(qiáng)，增強(qiáng)對計(jì)算機(jī)算法設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的理解，顯著提高《算法與復(fù)雜性分析》課程教學(xué)效果。近年來，隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算思維能力在計(jì)算機(jī)類研究生人才培養(yǎng)中的作用愈發(fā)重要，是軟件類高級人才能力培養(yǎng)體系不可缺少的部分。計(jì)算機(jī)類研究生如何在應(yīng)用問題與計(jì)算問題之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換、如何對問題建模與程序設(shè)計(jì)進(jìn)行抽象、如何對多種算法策略和計(jì)算復(fù)雜性進(jìn)行分析，這些思維的培養(yǎng)都與計(jì)算思維能力密切相關(guān)，這都與《算法與復(fù)雜性分析》課程教學(xué)中的算法思維特征具有很高的耦合性。

三、案例化教學(xué)方法

《算法與復(fù)雜性分析》案例化教學(xué)改革的實(shí)踐從以下幾個方面進(jìn)行開展。

1.調(diào)整《算法與復(fù)雜性分析》課程的結(jié)構(gòu)設(shè)置，加強(qiáng)創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)。創(chuàng)新能力培養(yǎng)是研究生教育的本質(zhì)，而創(chuàng)造性思維能力是創(chuàng)新能力的關(guān)鍵。通過創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)研究生的智能和思維方式，使研究生了解人類組織、運(yùn)用和分析知識的方式和手段；淘汰那些羅列現(xiàn)象的教學(xué)過程，增加那些有利于培養(yǎng)研究生分析問題、解決問題能力的教學(xué)過程，讓研究生有較強(qiáng)的能力去應(yīng)對多變的世界。

2.加強(qiáng)實(shí)踐課程設(shè)置。從過往經(jīng)驗(yàn)看，《算法與復(fù)雜性分析》相對缺乏課題研究等實(shí)踐訓(xùn)練課程。研究生教育是培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究的階段，其培養(yǎng)目標(biāo)主要著眼于對研究生能力的培養(yǎng)上。實(shí)踐是理論聯(lián)系實(shí)際的有效途徑，是誘發(fā)研究生潛在創(chuàng)造能力的有效方法。在實(shí)踐活動中，研究生將面臨各種各樣的沒有現(xiàn)成答案的問題，這就會促使他們創(chuàng)造性地運(yùn)用理論去尋求解決辦法，從而發(fā)展多種能力。

3.增加研討課教學(xué)。由教師引導(dǎo)，以小組形式進(jìn)行。教師預(yù)先布置一個題目，要求每個學(xué)生都有一個短暫的發(fā)言。一般有課堂演講、團(tuán)隊(duì)合作訓(xùn)練、案例分析、作業(yè)或課程論文等幾個環(huán)節(jié)。教師負(fù)責(zé)維持課堂討論的正常進(jìn)行，糾正錯誤，然后收集和分析不同的觀點(diǎn)，最后歸納補(bǔ)充。課程教學(xué)以探究性、研究性和自主學(xué)習(xí)為主，具有較強(qiáng)的深刻性和體驗(yàn)性。如果較多的課程都能以這種方式進(jìn)行教學(xué)，經(jīng)過不斷地課程訓(xùn)練和思想碰撞，必將有利于研究生科研素質(zhì)和創(chuàng)新能力的不斷提高。

4.設(shè)計(jì)多元考核體系。形成多樣化、有吸引力的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，可激勵學(xué)生展開主動學(xué)習(xí)。為便于進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，同時對教學(xué)產(chǎn)生實(shí)時反饋，有必要設(shè)計(jì)相應(yīng)的評價機(jī)制，以保證教學(xué)應(yīng)用的可行性和可操作性。課程評價體系也應(yīng)是多層次、多元化的。另外，為能有效反饋教學(xué)，評價體系應(yīng)是定量與定性評價相結(jié)合的多元系統(tǒng)，具有良好的可操作性。例如展開形式多樣的測驗(yàn)，持續(xù)開展算法設(shè)計(jì)系列競賽并以此作為評價指標(biāo)等。同時也應(yīng)結(jié)合定性評價，例如以項(xiàng)目小組的方式展開實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、溝通能力等評價。

課程案例化改革的目標(biāo)在于通過疏理《算法與復(fù)雜性分析》課程各章知識點(diǎn)，建立課程案例庫，并在教學(xué)過程中采用多種方法進(jìn)行實(shí)踐，使得學(xué)生從三個層次掌握算法的知識?！端惴ㄅc復(fù)雜性分析》的理論知識，這一層次主要由教師通過講授達(dá)到。第二層次是算法的設(shè)計(jì)與分析，能正確表達(dá)有關(guān)解題思路和方法。第三層次是在理解的基礎(chǔ)上加以靈活應(yīng)用。建立經(jīng)典算法案例庫的目的就是幫助學(xué)生達(dá)到第二、第三層次。案例通過解決實(shí)際問題和學(xué)生全程參與，直觀地再現(xiàn)算法設(shè)計(jì)思路、算法實(shí)現(xiàn)過程、算法的實(shí)現(xiàn)結(jié)果的場景，使得學(xué)生快速地了解經(jīng)典算法的主要思想，使學(xué)生身臨其境；通過對經(jīng)典算法的研究，及通過提供核心的編程代碼，使得學(xué)生更快地掌握算法編程技術(shù)，提升算法理解能力、實(shí)際應(yīng)用能力及研究能力。

四、結(jié)語

在當(dāng)今的信息化時代，計(jì)算思維逐漸成為軟件類研究生解決問題的基本能力之一。目前高校計(jì)算思維的培養(yǎng)理念和手段跟不上新信息化時代對高級人才的要求。計(jì)算機(jī)研究生《算法與復(fù)雜性分析》課程案例化教學(xué)改革的關(guān)鍵就是通過培養(yǎng)計(jì)算思維，提高研究生發(fā)現(xiàn)問題、轉(zhuǎn)換問題和求解問題能力，增強(qiáng)研究生學(xué)習(xí)積極性，提高創(chuàng)新能力；通過以解決實(shí)際問題為主的教學(xué)體系，形成教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間的多元互動教學(xué)方式，使研究生解決實(shí)際計(jì)算問題時，主動利用所學(xué)知識經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合新的知識點(diǎn)來合理地分析解決面臨計(jì)算問題，在不斷拓寬知識面的同時提高對所學(xué)方法的應(yīng)用能力；在教學(xué)過程中讓學(xué)生成為整個教學(xué)活動的主體，教師結(jié)合具體問題進(jìn)行知識講解，之后引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考，自主解決問題，有意識地培養(yǎng)研究生計(jì)算思維能力。因而，案例化教學(xué)的改革具有很強(qiáng)的應(yīng)用和推廣價值。未來我們還將借鑒國內(nèi)外學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和研究型大學(xué)計(jì)算思維應(yīng)用成果，不斷改革創(chuàng)新，形成基于計(jì)算思維的軟件類研究生課程體系，進(jìn)而培養(yǎng)出更多適應(yīng)時代發(fā)展的軟件類高級人才。

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Abstract："Algorithm and complexity analysis" is an important course in the graduate teaching program. This course involves much content. But the existing teaching methods are difficult to stimulate the initiative of students and improve the problem solving ability of students. Therefore，on the basis of combining many years of teaching experience，this paper puts forward the teaching reform of "algorithm and complexity analysis" based case study. It is expected to improve the teaching methods and the Computational Thinking Ability of students. Besides，stimulate enthusiasm for learning of students.

Key words：algorithm and complexity analysis；postgraduate students teach；case-based reform