基于过程控制法的算法分析与复杂性理论课程教学模式

2018-01-27 05:58马巧梅刘忠宝杨秋翔

计算机教育 2017年12期

马巧梅，刘忠宝，杨秋翔

（中北大学软件学院，山西太原030051）

0 引言

创新能力的培养是研究生教育的根本任务，创新能力的培养主要在于培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力[1]。2013年国家全面启动研究生教育综合改革，提出突出创新能力培养和实践能力培养的总体思路[2]。虽然各个高校也非常重视创新能力的培养，但是大多数高校把这一环节放在课题研究上，对于课程教学的投入还有欠缺。2014年12月，教育部发布《关于改进和加强研究生课程建设的意见》，对研究生培养质量的评价回归到课程教学上[3]。软件工程专业硕士一方面需要掌握扎实的理论基础，另一方面还需要宽广的应用型知识，能够依据实际需要自主创新，再灵活运用理论知识、方法和技术来解决问题。为了达到这一目标，过程控制非常必要[4]。

1 课程存在的问题

1.1 自辅环节没有落实

软件工程专业硕士的算法分析与复杂性理论课程的教学为40课时，课程体系中明确规定20课时授课、20课时自辅。为了了解学生自辅环节落实情况，对我校2012、2013级两个年级选修过这门课程的16名研究生发放匿名问卷调查，调查结果见表1。

表1 自辅时间调查表

从表1可以看出，只有50%的学生能自觉完成20课时的自辅任务，而6.3%的学生完成自辅任务不到规定课时的一半，40课时的教学任务不能很好地完成。

分析学生没有完成自辅任务的原因主要包括两方面：①老师安排的自辅任务是要求查阅资料书写文献综述报告，具体的细节要求不够细化，所以完成任务的质量参差不齐；②自辅任务的成果没有进行考核量化到期末成绩中，学生重视程度不够。

1.2 考核方式单一

在课程结束时要求学生结合自己的课题研究方向书写文献综述报告，目的是让学生广泛查阅文献，并把算法分析的有关知识应用到自己的课题研究中。从收到的报告发现，有一些同学只是简单地完成任务，并没有很好地去收集文献做进一步的思考。

1.3 实践能力没有强化

硕士生课题研究和实现都离不开算法，而且对专业硕士的工程实践能力要求更高，所以编程能力也是硕士阶段必不可少的能力。在算法分析与复杂性理论课程的教学环节中没有实践环节，如果课程内容能够应用到实际的科研背景中，则能够更好地体现某类算法的优势或者局限性。比如，动态规划算法、贪心算法等在什么问题中能够更好地体现该类算法的优势，遇到一个实际的算法如何分析它的复杂性？在同一个问题中，不同的算法完成后会有什么不同？如果让学生通过编程实验验证分析将会收到更好的效果，但是在教学环节中，没有进行这方面的训练和考核。

2 改革思路与对应措施

2.1 教材的选用

软件工程行业发展非常迅速，算法前沿动态也是不断更新，教材内容也需要不断更新。在课程教学时，以大纲为核心，选用多本教材的核心内容进行讲授，同时不断引进新的内容，跟上新的学科发展新内容。期刊文献资料紧跟时代，更能激发学生的兴趣。同时，也能够使学生接触较新的课程知识，提高其自我发现自我创新的能力。

2.2 授课方式

为了让学生把自辅环节充分地完成，我们把这一环节穿插到课程进行中，并利用课堂进行检查落实。

（1）课内课外相结合。要求学生在每次课前做准备，对相关知识点要求提前查阅资料，并把查阅资料之后的成果在课堂上体现出来。通过查阅资料，培养学生文献检索能力和学术创新能力。

（2）教师学生相结合。课程进行过程以教师为主和学生为主相结合，在知识点讲授过程中关注学生的学习状态，让学生真正参与到课堂中来。教师是课堂教学的引导者，学生是课堂教学的补充者和思考者。每一章后学生都可以形成一个总结报告，并把结果整理成文档。通过这一方式，培养学生文档撰写能力和团队讨论的科研意识。

（3）课后安排。每节课结束时把下次课堂需要准备的资料要点发给学生，要求全体同学都要完成资料的准备，这样在课堂教学时才能保证学生全部投入和全部参与。

（4）结合课堂知识和课题方向汇报。硕士生入学后导师会安排课题及研究方向，为此，在本门课程结束时要求学生结合自己的研究方向和算法课程内容做一个15分钟的PPT汇报。通过这一环节不仅使同学们把所学知识应用到课题中，而且通过汇报环节，同学之间交流互动，拓宽视野。

2.3 考核方式

考核方式决定最后的成绩，如果对学生的要求很多，但是在最后的考核成绩时没有体现，学生会认为完成不完成结果都一样，有些学生就会应付了事。为此，课程考核成绩由课堂参与、每章总结报告、课题结合汇报、编程能力4部分组成，总分100分，每部分占25%的比例。

（1）课堂参与。学生课堂参与程度和补充知识点的新颖程度都作为课堂参与的成绩记录下来。如果没有积极地参与课堂，这部分成绩就为0。

（2）每章总结报告。课程要求6大部分，需要6个报告。每章总结报告如果都完成，则根据完成质量在80～100分之间给出成绩；如果有的章节报告没有提交，根据比例扣除相应的分数。

（3）课题结合汇报。导师不同，课题不同，内容也不同。根据学生汇报时与课题的结合程度、对相关算法的涉及程度给分。

（4）编程能力。为了考查学生算法编程的应用能力，选取一些经典的竞赛题型让学生选做，要求独立完成，尽可能在编程实现的同时考虑算法的复杂性，选取较好的算法实现；也可以通过几种算法实现同一个问题，比较算法的优劣，最后，根据学生提交的代码以及算法复杂性分析给分。

3 改进结果分析

经过对2014级、2015级两个年级18名学生的课外自辅时间进行匿名调查，结果见表2。

从表2可以看出，所有的同学都完成了自辅要求20课时的任务，而且，很多学生表示为了完成课内和课外的相关任务，自辅时间远远大于20课时，说明改进措施有明显的作用，学生的课堂参与积极程度也有了明显的提高，最后交回的每章总结报告的质量也较往届有提高。采用环节法对课程的目标达成度进行分析，各个部分在整个成绩中权重见表3。