“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”(簡稱卓越計劃)旨在培養(yǎng)一批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才。在南通大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院制定的軟件工程專業(yè)卓越工程師的培養(yǎng)計劃中，算法設(shè)計與分析被設(shè)置為一門核心必修課程。通過該門課程的系統(tǒng)授課，重點培養(yǎng)學(xué)生的計算機(jī)問題求解能力，該能力是軟件工程專業(yè)學(xué)生成長為卓越工程師必備的一項核心競爭力。一個典型的計算機(jī)問題的求解一般需要經(jīng)歷5個階段:①問題的分析和建模;②算法設(shè)計方法和相應(yīng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇;③算法的實現(xiàn);④算法的正確性證明和復(fù)雜度分析;⑤算法實現(xiàn)的優(yōu)化等。
經(jīng)過多輪的教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)，學(xué)生之間水平參差不齊是教學(xué)過程中面臨的`最大問題。隨著高校招生規(guī)模的不斷增大，不同學(xué)生之間在基礎(chǔ)知識、智力水平、興趣愛好、學(xué)習(xí)動機(jī)和學(xué)習(xí)方法上存在較大的差異性。相同的教學(xué)內(nèi)容，對于一些基礎(chǔ)較好的學(xué)生來說理解難度不大，但對于一些基礎(chǔ)較弱的學(xué)生來說，則難以理解。因此，如何尊重學(xué)生個性差異、發(fā)展學(xué)生個性特長，在考慮學(xué)生整體發(fā)展的同時兼顧學(xué)生的個性特長發(fā)展，從而最終提高各個層次學(xué)生的綜合素質(zhì)是算法設(shè)計與分析課程的教學(xué)改革實踐中需要重點關(guān)注的問題。
通過多次與學(xué)生的深入交流發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在這門課程的學(xué)習(xí)過程中面臨如下問題:
1）課程教學(xué)內(nèi)容難度高。課程需要學(xué)生掌握常見的算法設(shè)計策略，如分治法、動態(tài)規(guī)劃法和貪婪法等，對設(shè)計出的算法能進(jìn)行正確性證明和復(fù)雜度分析。很多知識點抽象層次高，需要學(xué)生具備一定的數(shù)學(xué)分析能力，同時，通常算法內(nèi)部邏輯比較復(fù)雜，因此需要學(xué)生具備較強(qiáng)的編程功底。筆者在講授這些知識點時，均假設(shè)學(xué)生具備一定的數(shù)學(xué)分析能力和編程基礎(chǔ)，但實際情況卻不容樂觀，很多學(xué)生在大一和大二的時候并未重視相關(guān)課程的學(xué)習(xí)，很多知識點都已經(jīng)還給授課老師，在課堂上需要花費(fèi)一定時間幫助學(xué)生回憶這些知識點。同時，部分學(xué)生因編程經(jīng)驗較為匾乏，難以順利地將偽代碼轉(zhuǎn)化成可運(yùn)行的程序代碼。
2)學(xué)生問題求解能力弱。為輔助學(xué)生對知識點的理解，授課老師一般在實例選擇時均采用一些經(jīng)典實例，例如歸并排序、最小生成樹等。這些問題在一些預(yù)修課程(例如高級程序設(shè)計語言或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))中均進(jìn)行過講解，因此理解起來難度不大。但是，學(xué)生在上機(jī)實踐時，面對老師布置的新問題，卻很難將學(xué)到的知識進(jìn)行靈活運(yùn)用，難以選擇合理的算法設(shè)計策略，并借助熟悉的高級編程語言去解決。
3)學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識薄弱。該門課程本身課時較少(僅有犯學(xué)時)，其中8學(xué)時為上機(jī)實踐，在剩余的24學(xué)時內(nèi)，僅能講授基本的算法設(shè)計與分析策略。學(xué)生即使了解常見的算法設(shè)計與分析方法，但現(xiàn)實生活中問題千變?nèi)f化，更需要學(xué)生靈活使用學(xué)到的知識。因此，要提高學(xué)習(xí)效果和實踐能力，需要學(xué)生在課外花費(fèi)更多時間，閱讀相關(guān)資料和進(jìn)行大量編碼。但是，授課過程中發(fā)現(xiàn)，真正能夠完成自主學(xué)習(xí)的學(xué)生并不多。一方面，很多學(xué)生長期受應(yīng)試教育的影響，習(xí)慣于填鴨式的教學(xué)模式，同時，學(xué)習(xí)時具有較強(qiáng)的功利性，很多學(xué)生普遍有應(yīng)付考試和及格萬歲的思想，有的學(xué)生甚至為了應(yīng)付老師的作業(yè)檢查，大量抄襲作業(yè)，僅做一些表面上的修改來敷衍了事。另一方面，即使有少量同學(xué)對新知識比較好奇，愿意自己去積極探索，但在選擇相關(guān)經(jīng)典資料時經(jīng)驗不足、效率較低，因此，需要有經(jīng)驗的老師進(jìn)行有效引導(dǎo)。
目前高校很多教室都配有多媒體設(shè)備，造成大部分專業(yè)課程均采用多媒體課件方式進(jìn)行授課。多媒體課件雖然具有豐富的表現(xiàn)力、良好的交互性和較高的共享性，但與其他核心專業(yè)課程相比，算法設(shè)計與分析課程的理論程度更高，數(shù)學(xué)推導(dǎo)較多，因此筆者認(rèn)為，采用板書為主的教學(xué)方式可能會效果更好。為驗證該推測，對Leiserson教授和Demaine教授開設(shè)的麻省理工學(xué)院公開課的在線視頻進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)他們在授課時，絕大部分教學(xué)內(nèi)容均采用板書方式進(jìn)行講解，通過在黑板上一步一步地推導(dǎo)，在一些關(guān)鍵節(jié)點上與學(xué)生充分交互，使得學(xué)生可以更好地掌握算法設(shè)計與分析過程中的一些重要技巧。筆者在實際教學(xué)中通過精心設(shè)計板書，取得了較好的課堂效果。
綜上所述，在學(xué)生水平參差不齊的情況下，針對算法課程教學(xué)中存在的問題，提出了一系列教學(xué)改革措施以提高不同層次學(xué)生的計算機(jī)問題求解能力。其中將教學(xué)問題與教學(xué)改革措施的對應(yīng)關(guān)系，以及教學(xué)改革措施與不同層次學(xué)生的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行總結(jié)。而且具備良好的交叉學(xué)科基礎(chǔ)和文化底蘊(yùn)，能培養(yǎng)出滿足市場需要的復(fù)合型人才。
如何使相關(guān)專業(yè)的教育教學(xué)滿足將來ICT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是個相當(dāng)復(fù)雜的問題，希望筆者提出的一些改進(jìn)措施能對信息科學(xué)相關(guān)專業(yè)的工程教育具有參考意義，并對其他領(lǐng)域也有借鑒之處。
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