基于過程控制法的算法分析與復(fù)雜性理論課程教學(xué)模式

馬巧梅，劉忠寶，楊秋翔

（中北大學(xué)軟件學(xué)院，山西太原030051）

0 引言

創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是研究生教育的根本任務(wù)，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)主要在于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力[1]。2013年國家全面啟動研究生教育綜合改革，提出突出創(chuàng)新能力培養(yǎng)和實踐能力培養(yǎng)的總體思路[2]。雖然各個高校也非常重視創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，但是大多數(shù)高校把這一環(huán)節(jié)放在課題研究上，對于課程教學(xué)的投入還有欠缺。2014年12月，教育部發(fā)布《關(guān)于改進(jìn)和加強(qiáng)研究生課程建設(shè)的意見》，對研究生培養(yǎng)質(zhì)量的評價回歸到課程教學(xué)上[3]。軟件工程專業(yè)碩士一方面需要掌握扎實的理論基礎(chǔ)，另一方面還需要寬廣的應(yīng)用型知識，能夠依據(jù)實際需要自主創(chuàng)新，再靈活運用理論知識、方法和技術(shù)來解決問題。為了達(dá)到這一目標(biāo)，過程控制非常必要[4]。

1 課程存在的問題

1.1 自輔環(huán)節(jié)沒有落實

軟件工程專業(yè)碩士的算法分析與復(fù)雜性理論課程的教學(xué)為40課時，課程體系中明確規(guī)定20課時授課、20課時自輔。為了了解學(xué)生自輔環(huán)節(jié)落實情況，對我校2012、2013級兩個年級選修過這門課程的16名研究生發(fā)放匿名問卷調(diào)查，調(diào)查結(jié)果見表1。

表1 自輔時間調(diào)查表

從表1可以看出，只有50%的學(xué)生能自覺完成20課時的自輔任務(wù)，而6.3%的學(xué)生完成自輔任務(wù)不到規(guī)定課時的一半，40課時的教學(xué)任務(wù)不能很好地完成。

分析學(xué)生沒有完成自輔任務(wù)的原因主要包括兩方面：①老師安排的自輔任務(wù)是要求查閱資料書寫文獻(xiàn)綜述報告，具體的細(xì)節(jié)要求不夠細(xì)化，所以完成任務(wù)的質(zhì)量參差不齊；②自輔任務(wù)的成果沒有進(jìn)行考核量化到期末成績中，學(xué)生重視程度不夠。

1.2 考核方式單一

在課程結(jié)束時要求學(xué)生結(jié)合自己的課題研究方向書寫文獻(xiàn)綜述報告，目的是讓學(xué)生廣泛查閱文獻(xiàn)，并把算法分析的有關(guān)知識應(yīng)用到自己的課題研究中。從收到的報告發(fā)現(xiàn)，有一些同學(xué)只是簡單地完成任務(wù)，并沒有很好地去收集文獻(xiàn)做進(jìn)一步的思考。

1.3 實踐能力沒有強(qiáng)化

碩士生課題研究和實現(xiàn)都離不開算法，而且對專業(yè)碩士的工程實踐能力要求更高，所以編程能力也是碩士階段必不可少的能力。在算法分析與復(fù)雜性理論課程的教學(xué)環(huán)節(jié)中沒有實踐環(huán)節(jié)，如果課程內(nèi)容能夠應(yīng)用到實際的科研背景中，則能夠更好地體現(xiàn)某類算法的優(yōu)勢或者局限性。比如，動態(tài)規(guī)劃算法、貪心算法等在什么問題中能夠更好地體現(xiàn)該類算法的優(yōu)勢，遇到一個實際的算法如何分析它的復(fù)雜性？在同一個問題中，不同的算法完成后會有什么不同？如果讓學(xué)生通過編程實驗驗證分析將會收到更好的效果，但是在教學(xué)環(huán)節(jié)中，沒有進(jìn)行這方面的訓(xùn)練和考核。

2 改革思路與對應(yīng)措施

2.1 教材的選用

軟件工程行業(yè)發(fā)展非常迅速，算法前沿動態(tài)也是不斷更新，教材內(nèi)容也需要不斷更新。在課程教學(xué)時，以大綱為核心，選用多本教材的核心內(nèi)容進(jìn)行講授，同時不斷引進(jìn)新的內(nèi)容，跟上新的學(xué)科發(fā)展新內(nèi)容。期刊文獻(xiàn)資料緊跟時代，更能激發(fā)學(xué)生的興趣。同時，也能夠使學(xué)生接觸較新的課程知識，提高其自我發(fā)現(xiàn)自我創(chuàng)新的能力。

2.2 授課方式

為了讓學(xué)生把自輔環(huán)節(jié)充分地完成，我們把這一環(huán)節(jié)穿插到課程進(jìn)行中，并利用課堂進(jìn)行檢查落實。

（1）課內(nèi)課外相結(jié)合。要求學(xué)生在每次課前做準(zhǔn)備，對相關(guān)知識點要求提前查閱資料，并把查閱資料之后的成果在課堂上體現(xiàn)出來。通過查閱資料，培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)檢索能力和學(xué)術(shù)創(chuàng)新能力。

（2）教師學(xué)生相結(jié)合。課程進(jìn)行過程以教師為主和學(xué)生為主相結(jié)合，在知識點講授過程中關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，讓學(xué)生真正參與到課堂中來。教師是課堂教學(xué)的引導(dǎo)者，學(xué)生是課堂教學(xué)的補(bǔ)充者和思考者。每一章后學(xué)生都可以形成一個總結(jié)報告，并把結(jié)果整理成文檔。通過這一方式，培養(yǎng)學(xué)生文檔撰寫能力和團(tuán)隊討論的科研意識。

（3）課后安排。每節(jié)課結(jié)束時把下次課堂需要準(zhǔn)備的資料要點發(fā)給學(xué)生，要求全體同學(xué)都要完成資料的準(zhǔn)備，這樣在課堂教學(xué)時才能保證學(xué)生全部投入和全部參與。

（4）結(jié)合課堂知識和課題方向匯報。碩士生入學(xué)后導(dǎo)師會安排課題及研究方向，為此，在本門課程結(jié)束時要求學(xué)生結(jié)合自己的研究方向和算法課程內(nèi)容做一個15分鐘的PPT匯報。通過這一環(huán)節(jié)不僅使同學(xué)們把所學(xué)知識應(yīng)用到課題中，而且通過匯報環(huán)節(jié)，同學(xué)之間交流互動，拓寬視野。

2.3 考核方式

考核方式?jīng)Q定最后的成績，如果對學(xué)生的要求很多，但是在最后的考核成績時沒有體現(xiàn)，學(xué)生會認(rèn)為完成不完成結(jié)果都一樣，有些學(xué)生就會應(yīng)付了事。為此，課程考核成績由課堂參與、每章總結(jié)報告、課題結(jié)合匯報、編程能力4部分組成，總分100分，每部分占25%的比例。

（1）課堂參與。學(xué)生課堂參與程度和補(bǔ)充知識點的新穎程度都作為課堂參與的成績記錄下來。如果沒有積極地參與課堂，這部分成績就為0。

（2）每章總結(jié)報告。課程要求6大部分，需要6個報告。每章總結(jié)報告如果都完成，則根據(jù)完成質(zhì)量在80～100分之間給出成績；如果有的章節(jié)報告沒有提交，根據(jù)比例扣除相應(yīng)的分?jǐn)?shù)。

（3）課題結(jié)合匯報。導(dǎo)師不同，課題不同，內(nèi)容也不同。根據(jù)學(xué)生匯報時與課題的結(jié)合程度、對相關(guān)算法的涉及程度給分。

（4）編程能力。為了考查學(xué)生算法編程的應(yīng)用能力，選取一些經(jīng)典的競賽題型讓學(xué)生選做，要求獨立完成，盡可能在編程實現(xiàn)的同時考慮算法的復(fù)雜性，選取較好的算法實現(xiàn)；也可以通過幾種算法實現(xiàn)同一個問題，比較算法的優(yōu)劣，最后，根據(jù)學(xué)生提交的代碼以及算法復(fù)雜性分析給分。

3 改進(jìn)結(jié)果分析

經(jīng)過對2014級、2015級兩個年級18名學(xué)生的課外自輔時間進(jìn)行匿名調(diào)查，結(jié)果見表2。

從表2可以看出，所有的同學(xué)都完成了自輔要求20課時的任務(wù)，而且，很多學(xué)生表示為了完成課內(nèi)和課外的相關(guān)任務(wù)，自輔時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于20課時，說明改進(jìn)措施有明顯的作用，學(xué)生的課堂參與積極程度也有了明顯的提高，最后交回的每章總結(jié)報告的質(zhì)量也較往屆有提高。采用環(huán)節(jié)法對課程的目標(biāo)達(dá)成度進(jìn)行分析，各個部分在整個成績中權(quán)重見表3。

表2 自輔時間調(diào)查表

表3 各考核環(huán)節(jié)權(quán)重Mk分配及支撐材料

每個環(huán)節(jié)得分平均分匯總情況見表4。

表4 各環(huán)節(jié)實際平均成績Sk匯總

將Mk與Sk加權(quán)平均，得到總的課程目標(biāo)達(dá)成度：

對兩個年級18名同學(xué)各項成績和總分成績匯總分析見表5。

表5 課堂情況得分情況統(tǒng)計人數(shù)

從以上分析可以看出，由于每項都計入總分，所以每個環(huán)節(jié)同學(xué)們都認(rèn)真完成，最后總評都在良好以上，課程目標(biāo)達(dá)成度86.2，取得了較好的教學(xué)效果。

4 結(jié)語

創(chuàng)新能力的培養(yǎng)根本是教育創(chuàng)新，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)為研究生完成課題及日后的工作都打下了良好的基礎(chǔ)。我們提出的改進(jìn)措施對算法分析與復(fù)雜性理論課程起到明顯的作用，還可以結(jié)合具體課程把改進(jìn)措施推廣到其他課程中，使碩士研究生從各門課程的各個環(huán)節(jié)都得到提升。

[1]付麗芳,湯巖,張戰(zhàn)國.以研究生教學(xué)課程體系與教學(xué)模式改革促進(jìn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊,2014(11):154-155.

[2]王福全,常國威,劉鐵錚,等.綜合改革形勢下研究生創(chuàng)新教育的分析與思考[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版）,2016(6):

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[3]賈勇,李冬姝.面向創(chuàng)新能力培養(yǎng)的開放式研究生課程教學(xué)模式研究[J].生產(chǎn)力研究,2015(10):61-64.

[4]王茂柱.教學(xué)過程的控制——行為導(dǎo)向教學(xué)法的應(yīng)用實踐[J].教學(xué)方法,2008(10):41-42.