陳媛+盧玲

摘 要：為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)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(jì)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(shí)施保障機(jī)制的設(shè)計(jì)。

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(jì)與分析

文章編號：1672-5913（2017）05-0079-03

中圖分類號：G642

0 引 言

為實(shí)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(huì)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(shí)踐能力為重點(diǎn)。算法設(shè)計(jì)與分析是計(jì)算機(jī)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(jì)技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生算法設(shè)計(jì)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(qiáng)的理論性，其學(xué)習(xí)效果又極大地依賴學(xué)生的實(shí)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(qiáng)，無法體現(xiàn)專業(yè)學(xué)位的實(shí)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(diǎn)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(shí)踐，隨著我國高校研究生招生規(guī)模擴(kuò)大，報(bào)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(shí)矛盾，目前許多高校的專業(yè)學(xué)位課程不包含實(shí)踐教學(xué)，使專業(yè)學(xué)位碩士培養(yǎng)呈現(xiàn)重考試、輕實(shí)踐的現(xiàn)實(shí)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(jì)算機(jī)專業(yè)。這種專業(yè)差異給計(jì)算機(jī)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(jì)

從應(yīng)用、案例類型、知識(shí)點(diǎn)類型3個(gè)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(gè)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(yàn)證性、設(shè)計(jì)性（必選）、設(shè)計(jì)性（自選）3個(gè)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(shí)點(diǎn)類型看，案例庫涵蓋了算法的5個(gè)策略：分治法、動(dòng)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(gè)類別的案例，確定其中演示（已實(shí)現(xiàn)）、必選（未實(shí)現(xiàn)）和自選（未實(shí)現(xiàn)）案例，從而形成針對性較強(qiáng)的魔方式立體案例庫。

2 分層遞進(jìn)的案例內(nèi)容設(shè)計(jì)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(jì)上，主要采取分層分類、一體化設(shè)計(jì)的原則。

2.1 應(yīng)用層面的分層分類內(nèi)容設(shè)計(jì)

從應(yīng)用角度看，案例庫包含3個(gè)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(jì)、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(jì)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(jì)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(shí)際開發(fā)中的工程問題，更具有前沿性和實(shí)踐性，緊密聯(lián)系實(shí)際工程應(yīng)用，使學(xué)生更容易理解解決實(shí)際問題的方法。例如，基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的數(shù)據(jù)壓縮算法、動(dòng)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(tái)中負(fù)載均衡貪心算法等。

2.2 實(shí)踐層面的分層分類內(nèi)容設(shè)計(jì)

從學(xué)生個(gè)人實(shí)踐的角度，案例庫的實(shí)現(xiàn)包括驗(yàn)證性（演示）和設(shè)計(jì)性兩種，設(shè)計(jì)性案例又分為必選和自選兩類。

驗(yàn)證性案例是案例庫系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)完成的案例，用于解決理論與實(shí)際相結(jié)合和課程針對性不強(qiáng)的問題，幫助全體學(xué)生分析實(shí)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(yùn)行結(jié)果和源代碼7個(gè)方面進(jìn)行了組織說明，詳細(xì)闡述了貪心算法在實(shí)際問題中的應(yīng)用條件和技巧。

設(shè)計(jì)性案例是需要學(xué)生運(yùn)用開發(fā)工具獨(dú)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(dú)立思考、獨(dú)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(yùn)行結(jié)果。通過解決0-1背包問題，學(xué)生能熟悉動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法和回溯算法在實(shí)際應(yīng)用中的條件和步驟，再與驗(yàn)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(dòng)態(tài)規(guī)劃算法和回溯算法的區(qū)別與聯(lián)系。

設(shè)計(jì)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(dú)立思考，提高學(xué)生獨(dú)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(shí)重點(diǎn)考察部分，每個(gè)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(jì)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(shí)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(shí)際教學(xué)中，需采用一定的措施以保障其實(shí)施效果。

3.1 適應(yīng)性教學(xué)實(shí)踐過程

在實(shí)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(jià)值的工程實(shí)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(bào)告等過程。這種教學(xué)主要針對經(jīng)典應(yīng)用中的驗(yàn)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(jià)機(jī)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(shí)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(jī)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(shí)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(jià)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(dòng)參與意識(shí)。

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

由于計(jì)算機(jī)類專業(yè)學(xué)位研究生實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)要么缺失、要么時(shí)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(shí)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(jì)與分析課程網(wǎng)站，有利于學(xué)生在一個(gè)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(shí)施效果

從2012年至今，學(xué)校專業(yè)碩士算法設(shè)計(jì)與分析課程逐步實(shí)施和運(yùn)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(shí)踐訓(xùn)練，提升了專業(yè)碩士的驗(yàn)證能力、實(shí)證水平和實(shí)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(dòng)性，培養(yǎng)了較強(qiáng)的職場溝通能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、語言表達(dá)能力。學(xué)生較好地掌握了計(jì)算機(jī)專業(yè)領(lǐng)域的基本理論和基礎(chǔ)知識(shí)，豐富了項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)經(jīng)驗(yàn)，熟悉了行業(yè)規(guī)范，加強(qiáng)了實(shí)踐動(dòng)手能力。

5 結(jié) 語

隨著學(xué)校專業(yè)碩士算法設(shè)計(jì)與分析課程逐步實(shí)施和運(yùn)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(tái)，有效調(diào)動(dòng)了優(yōu)質(zhì)學(xué)習(xí)資源，服務(wù)了計(jì)算機(jī)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。

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（編輯：孫怡銘 ）endprint