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        專業(yè)學(xué)位碩士算法設(shè)計課程立體案例庫設(shè)計與實踐

        2017-05-31 09:19:38陳媛盧玲
        計算機教育 2017年5期
        關(guān)鍵詞:專業(yè)學(xué)位研究生

        陳媛+盧玲

        摘 要:為實現(xiàn)計算機類專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)高層次應(yīng)用型專門人才的目標(biāo),在分析目前地方高校算法課程存在問題的基礎(chǔ)上,提出具有立體特征的“分層分類”算法設(shè)計案例庫,主要闡述案例庫內(nèi)容的選取及組織方法和案例庫實施保障機制的設(shè)計。

        關(guān)鍵詞:立體案例庫;分層分類;專業(yè)學(xué)位研究生;算法設(shè)計與分析

        文章編號:1672-5913(2017)05-0079-03

        中圖分類號:G642

        0 引 言

        為實現(xiàn)研究生教育戰(zhàn)略性調(diào)整,教育部從2009年至今,持續(xù)推行碩士研究生培養(yǎng)由學(xué)術(shù)為主型向應(yīng)用為主型轉(zhuǎn)變。2013年教育部、人力資源社會保障部《關(guān)于深入推進(jìn)專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)模式改革的意見》(教研[2013]3號)指出,專業(yè)學(xué)位研究生教育是培養(yǎng)高層次應(yīng)用型專門人才的主要途徑,其培養(yǎng)模式應(yīng)以需求為導(dǎo)向、以實踐能力為重點。算法設(shè)計與分析是計算機學(xué)科碩士研究生的專業(yè)必修課,課程通過系統(tǒng)學(xué)習(xí)常用算法分析與設(shè)計技術(shù),培養(yǎng)學(xué)生算法設(shè)計與復(fù)雜性分析的能力[1]。課程兼具理工科各專業(yè)課程的普遍特征,教學(xué)內(nèi)容具有較強的理論性,其學(xué)習(xí)效果又極大地依賴學(xué)生的實踐水平。因此,對該課程的教學(xué)模式、教學(xué)手段進(jìn)行研究和適應(yīng)性調(diào)整以契合專業(yè)學(xué)位碩士高層次應(yīng)用型的培養(yǎng)目標(biāo),是非常有必要的,對理工科其他專業(yè)學(xué)位碩士的培養(yǎng)也具有良好的借鑒意義。

        目前,普通高校專業(yè)學(xué)位研究生教學(xué)普遍存在如下問題:①教學(xué)內(nèi)容針對性不強,無法體現(xiàn)專業(yè)學(xué)位的實踐性要求,在專業(yè)性的職業(yè)技能演示方面存在缺失;②教學(xué)方法有待改進(jìn),在指導(dǎo)和教學(xué)方法方面,沒有針對學(xué)位研究生的特點進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整,照搬學(xué)術(shù)性研究生的教學(xué)方法;③重應(yīng)試、輕實踐,隨著我國高校研究生招生規(guī)模擴(kuò)大,報考人數(shù)逐年遞增,使原本以注重研究和創(chuàng)新能力發(fā)展的研究生培養(yǎng),面臨能力發(fā)展與應(yīng)試性選拔的現(xiàn)實矛盾,目前許多高校的專業(yè)學(xué)位課程不包含實踐教學(xué),使專業(yè)學(xué)位碩士培養(yǎng)呈現(xiàn)重考試、輕實踐的現(xiàn)實問題[2]。另外,地方高校專業(yè)學(xué)位研究生主要來源于三本院校,生源基礎(chǔ)參差不齊,部分源于非計算機專業(yè)。這種專業(yè)差異給計算機專業(yè)課程的教學(xué)帶來困難。

        1 立體案例庫結(jié)構(gòu)設(shè)計

        從應(yīng)用、案例類型、知識點類型3個角度劃分和延展教學(xué)案例,形成的分層分類立體案例庫的結(jié)構(gòu)見圖1。

        該案例庫應(yīng)用具有3個層次,包括在前修課程中的應(yīng)用、經(jīng)典應(yīng)用和現(xiàn)代信息處理中的應(yīng)用。三者的差異表現(xiàn)為問題規(guī)模和問題發(fā)散度各不相同。案例類型層面,分為驗證性、設(shè)計性(必選)、設(shè)計性(自選)3個層次,其差異表現(xiàn)為問題規(guī)模和難易程度各不相同。從知識點類型看,案例庫涵蓋了算法的5個策略:分治法、動態(tài)規(guī)劃法、貪心法、回溯法和分支限界法,其差異表現(xiàn)為算法適用性各不相同??傮w來看,第一層次有利于基礎(chǔ)差的學(xué)生學(xué)習(xí),第三層次方便基礎(chǔ)好的學(xué)生擴(kuò)展,從而適應(yīng)不同層次學(xué)生的需要。每層次又組織成5個類別的案例,確定其中演示(已實現(xiàn))、必選(未實現(xiàn))和自選(未實現(xiàn))案例,從而形成針對性較強的魔方式立體案例庫。

        2 分層遞進(jìn)的案例內(nèi)容設(shè)計方法

        選擇合適的案例內(nèi)容是構(gòu)建案例庫的關(guān)鍵。在案例庫內(nèi)容設(shè)計上,主要采取分層分類、一體化設(shè)計的原則。

        2.1 應(yīng)用層面的分層分類內(nèi)容設(shè)計

        從應(yīng)用角度看,案例庫包含3個層次的內(nèi)容。

        第一層次主要面向基礎(chǔ)較差的學(xué)生。由于本課程非常依賴程序設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等前修課程,因此,第一層次案例主要選取程序設(shè)計和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中函數(shù)、文件、遞歸、查找、排序等問題,稱為在前修課程中的應(yīng)用,為理解算法和設(shè)計算法打下基礎(chǔ)。

        第二層次主要源于經(jīng)典應(yīng)用,此部分案例占案例庫總量比例最大。經(jīng)典應(yīng)用作為案例具有比較明顯的優(yōu)勢:其一,經(jīng)典應(yīng)用已被大家熟悉,便于問題的理解和掌握,例如棋盤覆蓋問題,雖然學(xué)生不一定明白案例涉及的分治策略,但容易產(chǎn)生興趣;其二,經(jīng)典應(yīng)用的解決方法研究得比較透徹,而且一般有多種解法,易于資料的搜集和展開多種方法的對比性研究。

        第三層次主要源于科研和實際開發(fā)中的工程問題,更具有前沿性和實踐性,緊密聯(lián)系實際工程應(yīng)用,使學(xué)生更容易理解解決實際問題的方法。例如,基于動態(tài)規(guī)劃算法的數(shù)據(jù)壓縮算法、動態(tài)規(guī)劃算法在產(chǎn)品加工控制策略中的應(yīng)用、分治法在GIS快速合并中的應(yīng)用、貪心算法在排課系統(tǒng)中的應(yīng)用、Hadoop平臺中負(fù)載均衡貪心算法等。

        2.2 實踐層面的分層分類內(nèi)容設(shè)計

        從學(xué)生個人實踐的角度,案例庫的實現(xiàn)包括驗證性(演示)和設(shè)計性兩種,設(shè)計性案例又分為必選和自選兩類。

        驗證性案例是案例庫系統(tǒng)已實現(xiàn)完成的案例,用于解決理論與實際相結(jié)合和課程針對性不強的問題,幫助全體學(xué)生分析實際案例。例如背包問題,案例庫系統(tǒng)已按問題闡述、問題特征、算法策略選擇、關(guān)鍵算法流程、測試數(shù)據(jù)、運行結(jié)果和源代碼7個方面進(jìn)行了組織說明,詳細(xì)闡述了貪心算法在實際問題中的應(yīng)用條件和技巧。

        設(shè)計性案例是需要學(xué)生運用開發(fā)工具獨立開發(fā)完成的案例。這部分案例在內(nèi)容設(shè)置和難度設(shè)置方面具有連續(xù)性,也具有遞進(jìn)性,以引導(dǎo)學(xué)生獨立思考、獨立分析問題和解決問題為目標(biāo),逐步扭轉(zhuǎn)學(xué)生的應(yīng)試思維問題。例如0-1背包問題,系統(tǒng)只給出了問題闡述和測試數(shù)據(jù),讓學(xué)生在分析問題特征和算法策略選擇的基礎(chǔ)上,自己給出關(guān)鍵算法流程、源代碼和運行結(jié)果。通過解決0-1背包問題,學(xué)生能熟悉動態(tài)規(guī)劃算法和回溯算法在實際應(yīng)用中的條件和步驟,再與驗證性案例庫中一般背包問題進(jìn)行比較,學(xué)生能加深理解貪心算法與動態(tài)規(guī)劃算法和回溯算法的區(qū)別與聯(lián)系。

        設(shè)計性案例分為必選和自選兩類,主要為課程考核提供依據(jù),促進(jìn)學(xué)生獨立思考,提高學(xué)生獨立分析問題的能力,逐步培養(yǎng)其解決問題和自主學(xué)習(xí)能力。必選部分是課程考核時重點考察部分,每個學(xué)生必須完成,而自選部分是課程考核附加參考部分,體現(xiàn)難度和拓展性。例如0-1背包問題的遞歸回溯算法是設(shè)計性必選部分,而非遞歸回溯算法是自選部分,體現(xiàn)問題的連續(xù)性和遞進(jìn)性。endprint

        3 基于立體案例庫的教學(xué)實踐過程

        立體案例庫提供了敘述形式豐富、教學(xué)目標(biāo)清晰的教學(xué)手段。在實際教學(xué)中,需采用一定的措施以保障其實施效果。

        3.1 適應(yīng)性教學(xué)實踐過程

        在實際教學(xué)中,可結(jié)合分層分類案例庫,根據(jù)不同學(xué)生的能力特征進(jìn)行適應(yīng)性教學(xué)。

        (1)案例分析教學(xué)[3]。師生圍繞案例庫中典型的、具有專業(yè)探討價值的工程實例展開討論和學(xué)習(xí),引導(dǎo)學(xué)生分析并做出決策,最大程度地契合專業(yè)學(xué)位研究生的應(yīng)用能力需求。其過程包括案例閱讀與感知、案例分析與研討、案例總結(jié)與評述、撰寫案例報告等過程。這種教學(xué)主要針對經(jīng)典應(yīng)用中的驗證案例進(jìn)行。

        (2)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。通過必選和任選案例,結(jié)合一定的考核評價機制,促進(jìn)學(xué)生課外自主學(xué)習(xí)。其中完成必選案例是期末成績的主要考核部分,難度一般;而任選案例所占比例較少,難度較大。

        3.2 基于案例庫的教學(xué)實踐措施

        由于案例庫具有多元結(jié)構(gòu),教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)具有較大的自由度,因此,有必要提供一定的保障機制,以保障教學(xué)效果。

        1)建立多元考核體系,以解決案例庫實施的易用性和持續(xù)性問題。

        課程考核方法對學(xué)生學(xué)習(xí)方向的引導(dǎo)和學(xué)習(xí)積極性的促進(jìn)是毋庸置疑的。結(jié)合能力培養(yǎng)目標(biāo),針對專業(yè)碩士,目前課程考核采用“案例測試(40%)+論文(10%)+期末筆試(50%)”的方式,根據(jù)分層次、分類型、分難易程度遞進(jìn)的案例模塊,不同層次、不同類型的案例要求不同、分值不同,從而建立多元的考核體系,為教師評價學(xué)生的學(xué)習(xí)提供便捷、可行的手段[4]。魔方式立體案例庫為教學(xué)考核的重要參考因素之一,也激發(fā)了學(xué)生的主動參與意識。

        2)編制案例庫說明書,以解決實踐教學(xué)學(xué)時不足問題。

        由于計算機類專業(yè)學(xué)位研究生實踐教學(xué)環(huán)節(jié)要么缺失、要么時間緊張,需要學(xué)生課外進(jìn)行大量的閱讀和自主練習(xí)。案例庫說明書就是對案例庫使用方法的說明,以便學(xué)生課外學(xué)習(xí)實踐。

        3)建立課程網(wǎng)站,以解決課程資源一體化問題。

        將建立好的案例庫嵌入算法設(shè)計與分析課程網(wǎng)站,有利于學(xué)生在一個網(wǎng)站上找到所有的參考資料與學(xué)習(xí)工具,增加學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)習(xí)效率。

        4 立體案例教學(xué)實施效果

        從2012年至今,學(xué)校專業(yè)碩士算法設(shè)計與分析課程逐步實施和運用立體案例庫輔助教學(xué)。從學(xué)生各級各類論文情況看,基于案例庫的有針對性的實踐訓(xùn)練,提升了專業(yè)碩士的驗證能力、實證水平和實踐能力。從專業(yè)碩士學(xué)生第二學(xué)年發(fā)表小論文看,2011級占10%,2012級占40%,以后逐年遞增,目前基本達(dá)到70%左右。

        案例教學(xué)的應(yīng)用,大大改變了學(xué)生僅為考試過關(guān)而學(xué)的現(xiàn)象,激發(fā)了學(xué)習(xí)主動性,培養(yǎng)了較強的職場溝通能力、團(tuán)隊合作能力、語言表達(dá)能力。學(xué)生較好地掌握了計算機專業(yè)領(lǐng)域的基本理論和基礎(chǔ)知識,豐富了項目實訓(xùn)經(jīng)驗,熟悉了行業(yè)規(guī)范,加強了實踐動手能力。

        5 結(jié) 語

        隨著學(xué)校專業(yè)碩士算法設(shè)計與分析課程逐步實施和運用立體案例庫輔助教學(xué),進(jìn)一步完善和豐富了算法學(xué)習(xí)平臺,有效調(diào)動了優(yōu)質(zhì)學(xué)習(xí)資源,服務(wù)了計算機類專業(yè)學(xué)位研究生。本文方法在地方高校專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)模式方面,進(jìn)行了一次有益的探索,對理工科專業(yè)碩士學(xué)位同類課程具有良好的借鑒意義。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 王建新, 陳志泊. 基于完全案例覆蓋的專業(yè)碩士生算法教學(xué)方法[J]. 計算機教育, 2013(16): 67-71.

        [2] 蘆碧波, 雒芬, 侯守明, 等. 專業(yè)學(xué)位研究生多媒體技術(shù)課程案例庫建設(shè)[J]. 計算機教育, 2015(23): 11-13.

        [3] 林剛, 何艷. 案例教學(xué)法在研究生培養(yǎng)中的引入與創(chuàng)新: 以北京工商大學(xué)“品牌傳播方向”為例[J]. 北京教育, 2016(3): 65-67.

        [4] 盧玲, 陳媛, 洪雄. 一種多元化的分級評價模式規(guī)劃與實踐[J]. 計算機教育, 2014(4): 102-105.

        (編輯:孫怡銘 )endprint

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