羅銘

摘要：針對(duì)高級(jí)算法課程的特點(diǎn)及存在的教學(xué)問(wèn)題，在課程教學(xué)中引入計(jì)算思維，并探討其在課程教學(xué)中的需求與體現(xiàn)，闡明基于計(jì)算思維的軟件類研究生高級(jí)算法課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及課程考核等3個(gè)方面的改革思路。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；高級(jí)算法；課程教學(xué)；改革

0.引言

近年來(lái)，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)算思維能力在軟件類研究生人才培養(yǎng)中的作用愈發(fā)重要，是軟件類高級(jí)人才能力培養(yǎng)體系不可缺少的部分。軟件類研究生如何在應(yīng)用問(wèn)題與計(jì)算問(wèn)題之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換、如何對(duì)問(wèn)題建模與程序設(shè)計(jì)進(jìn)行抽象、如何對(duì)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)。最近，楊曉云基于計(jì)算思維對(duì)高校研究生計(jì)算機(jī)公共課程的改革進(jìn)行了研究與實(shí)踐，指出計(jì)算思維對(duì)培養(yǎng)創(chuàng)新性人才與加快人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略具有推動(dòng)作用。

高級(jí)算法是訓(xùn)練軟件類研究生問(wèn)題轉(zhuǎn)換能力、算法設(shè)計(jì)和分析能力、程序?qū)崿F(xiàn)與計(jì)算思維能力的必修課程，如何使計(jì)算思維的培養(yǎng)滲透到高級(jí)算法的課程教學(xué)中是本文研究的重點(diǎn)。

1.高級(jí)算法課程特點(diǎn)及問(wèn)題

（1）課程難度較大。課程內(nèi)容主要涉及數(shù)學(xué)算法理論、算法復(fù)雜性分析及算法編程實(shí)現(xiàn)等知識(shí)。如何理解各種算法的優(yōu)缺點(diǎn)，并針對(duì)實(shí)際問(wèn)題選擇合適的算法是該課程教學(xué)的一個(gè)難點(diǎn)。

（2）學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高。該課程大部分學(xué)時(shí)以授課為主，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)安排較少，對(duì)研究生的自主學(xué)習(xí)能力及主動(dòng)實(shí)踐能力的要求較高。

（3）教學(xué)方法落后。由于高級(jí)算法課程教學(xué)內(nèi)容繁多，課堂上主要采用填鴨式教學(xué)，對(duì)研究生的算法設(shè)計(jì)、有效性分析以及編程實(shí)踐能力的培養(yǎng)較少。

2.高級(jí)算法課程中計(jì)算思維的體現(xiàn)

2010年10月陳國(guó)良院士倡議將計(jì)算思維引入大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)以后，計(jì)算思維得到了國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)教育界的廣泛重視。2013年7月教育部高校計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)發(fā)布《計(jì)算思維教學(xué)改革白皮書（征求意見稿）》，強(qiáng)調(diào)計(jì)算思維對(duì)研究生全面素質(zhì)與綜合能力培養(yǎng)的重要性。近年來(lái)，復(fù)旦大學(xué)、北京郵電大學(xué)及哈爾濱工業(yè)大學(xué)等高校就計(jì)算思維對(duì)計(jì)算機(jī)或軟件類專業(yè)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)進(jìn)行了探索與實(shí)踐。

從計(jì)算思維的概念可以看出，該思維強(qiáng)調(diào)實(shí)際問(wèn)題的數(shù)字化、可計(jì)算化及可執(zhí)行化。這與高級(jí)算法課程教學(xué)中的算法思維特征具有很高的耦合性。我們將討論幾種典型的算法思維，并結(jié)合實(shí)際問(wèn)題揭示其計(jì)算思維特征。進(jìn)行相關(guān)理論知識(shí)講解，然后引導(dǎo)學(xué)生按照自己的思維自主解決問(wèn)題，有意識(shí)地培養(yǎng)研究生的獨(dú)立思考、邏輯推理以及處理問(wèn)題的能力，從而逐步鍛煉和提高研究生的計(jì)算思維能力。

3.3課程考核改革

課程考核的目的不僅僅是對(duì)研究生最終考試成績(jī)的評(píng)價(jià)，還應(yīng)體現(xiàn)對(duì)研究生平時(shí)學(xué)習(xí)積極性、能力培養(yǎng)以及知識(shí)總體掌握程度的考核，還能起到督促研究生主動(dòng)學(xué)習(xí)和獨(dú)立思考的作用。而傳統(tǒng)的考核方式主要采用試卷考核方式評(píng)價(jià)研究生對(duì)課程內(nèi)容的掌握情況，忽略了對(duì)研究生計(jì)算思維的考核。這樣的考核方式很難調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，造成學(xué)生重理論輕實(shí)踐、重分?jǐn)?shù)輕能力的學(xué)習(xí)態(tài)度，很難達(dá)到較好的教學(xué)效果。

基于計(jì)算思維的軟件類研究生高級(jí)算法課程考核包括三種方式：試卷考核、實(shí)踐考核與階段考核。

（1）試卷考核通過(guò)理論考試實(shí)施，主要包括期中考試和期末考試。重點(diǎn)考核研究生對(duì)高級(jí)算法課程總體知識(shí)點(diǎn)的掌握，考核的重點(diǎn)是給出數(shù)學(xué)問(wèn)題，讓研究生分析問(wèn)題并自主利用所學(xué)知識(shí)點(diǎn)選用合適的算法策略來(lái)解決問(wèn)題，試卷考核占整體考核比率為40%。

（2）實(shí)踐考核是考核研究生利用高級(jí)語(yǔ)言程序?qū)λ惴ǖ脑O(shè)計(jì)和編碼實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐考核是一種過(guò)程考核，考核的內(nèi)容是對(duì)研究生實(shí)踐過(guò)程中提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題、成果展示以及團(tuán)隊(duì)合作所表現(xiàn)出的綜合能力的考核。該考核的目的是提高研究生的計(jì)算思維。實(shí)踐考核占整體考核比率為40%。

（3）階段考核的目的主要有兩個(gè)，一是促進(jìn)研究生的學(xué)習(xí)積極性，二是教師和學(xué)生可以對(duì)每個(gè)階段的教學(xué)和學(xué)習(xí)效果總結(jié)改進(jìn)。針對(duì)高級(jí)算法課程的階段考核分為四個(gè)階段：課程內(nèi)容前三章為一個(gè)階段，后面六章每?jī)烧聻橐粋€(gè)階段。階段考核結(jié)合學(xué)生自我考核、團(tuán)隊(duì)考核以及教師考核的多維考核方式。學(xué)生自我考核是對(duì)每個(gè)階段自身知識(shí)掌握程度以及應(yīng)用熟練度的評(píng)估，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)自己的不足。團(tuán)隊(duì)考核是對(duì)團(tuán)隊(duì)整體表現(xiàn)的考核，團(tuán)隊(duì)考核的主要目的是培養(yǎng)研究生的團(tuán)隊(duì)合作精神，促進(jìn)學(xué)生之間互幫互助，互相發(fā)現(xiàn)問(wèn)題以及互相提高的良好學(xué)習(xí)氛圍。教師考核包括兩方面，一是結(jié)合學(xué)生自我考核和團(tuán)隊(duì)考核對(duì)每個(gè)研究生在每個(gè)階段的表現(xiàn)進(jìn)行合理的評(píng)價(jià)，二是總結(jié)在教學(xué)過(guò)程中每個(gè)階段出現(xiàn)的教學(xué)問(wèn)題以及評(píng)估每個(gè)階段的教學(xué)效果，為在下一個(gè)階段達(dá)到更好的教學(xué)質(zhì)量做準(zhǔn)備。階段考核占整體考核比率為20%。

4.結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)今的信息化時(shí)代，計(jì)算思維逐漸成為軟件類研究生解決問(wèn)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(shí)代對(duì)高級(jí)人才的要求。通過(guò)近幾年的實(shí)踐，基于計(jì)算思維的軟件類研究生高級(jí)算法課程教學(xué)改革，使學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性明顯增強(qiáng)，對(duì)計(jì)算機(jī)算法設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的理解更為透徹，教學(xué)效果得到明顯提高。未來(lái)我們還將借鑒國(guó)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(shí)代發(fā)展的軟件類高級(jí)人才。