基于计算思维的软件类研究生高级算法课程教学研究

罗铭

摘要：针对高级算法课程的特点及存在的教学问题，在课程教学中引入计算思维，并探讨其在课程教学中的需求与体现，阐明基于计算思维的软件类研究生高级算法课程在教学内容、教学方法及课程考核等3个方面的改革思路。

关键词：计算思维；高级算法；课程教学；改革

0.引言

近年来，随着大数据、云计算及物联网技术的发展，计算思维能力在软件类研究生人才培养中的作用愈发重要，是软件类高级人才能力培养体系不可缺少的部分。软件类研究生如何在应用问题与计算问题之间进行转换、如何对问题建模与程序设计进行抽象、如何对多种算法策略和计算复杂性进行分析，这些思维的培养都与计算思维能力密切相关。最近，杨晓云基于计算思维对高校研究生计算机公共课程的改革进行了研究与实践，指出计算思维对培养创新性人才与加快人才强国战略具有推动作用。

高级算法是训练软件类研究生问题转换能力、算法设计和分析能力、程序实现与计算思维能力的必修课程，如何使计算思维的培养渗透到高级算法的课程教学中是本文研究的重点。

1.高级算法课程特点及问题

（1）课程难度较大。课程内容主要涉及数学算法理论、算法复杂性分析及算法编程实现等知识。如何理解各种算法的优缺点，并针对实际问题选择合适的算法是该课程教学的一个难点。

（2）学生的学习积极性不高。该课程大部分学时以授课为主，实验学时安排较少，对研究生的自主学习能力及主动实践能力的要求较高。

（3）教学方法落后。由于高级算法课程教学内容繁多，课堂上主要采用填鸭式教学，对研究生的算法设计、有效性分析以及编程实践能力的培养较少。

2.高级算法课程中计算思维的体现

2010年10月陈国良院士倡议将计算思维引入大学计算机基础教学以后，计算思维得到了国内计算机教育界的广泛重视。2013年7月教育部高校计算机课程教学指导委员会发布《计算思维教学改革白皮书（征求意见稿）》，强调计算思维对研究生全面素质与综合能力培养的重要性。近年来，复旦大学、北京邮电大学及哈尔滨工业大学等高校就计算思维对计算机或软件类专业学生实践创新能力的培养进行了探索与实践。

从计算思维的概念可以看出，该思维强调实际问题的数字化、可计算化及可执行化。这与高级算法课程教学中的算法思维特征具有很高的耦合性。我们将讨论几种典型的算法思维，并结合实际问题揭示其计算思维特征。进行相关理论知识讲解，然后引导学生按照自己的思维自主解决问题，有意识地培养研究生的独立思考、逻辑推理以及处理问题的能力，从而逐步锻炼和提高研究生的计算思维能力。

3.3课程考核改革

课程考核的目的不仅仅是对研究生最终考试成绩的评价，还应体现对研究生平时学习积极性、能力培养以及知识总体掌握程度的考核，还能起到督促研究生主动学习和独立思考的作用。而传统的考核方式主要采用试卷考核方式评价研究生对课程内容的掌握情况，忽略了对研究生计算思维的考核。这样的考核方式很难调动学生的学习热情，造成学生重理论轻实践、重分数轻能力的学习态度，很难达到较好的教学效果。

基于计算思维的软件类研究生高级算法课程考核包括三种方式：试卷考核、实践考核与阶段考核。

（1）试卷考核通过理论考试实施，主要包括期中考试和期末考试。重点考核研究生对高级算法课程总体知识点的掌握，考核的重点是给出数学问题，让研究生分析问题并自主利用所学知识点选用合适的算法策略来解决问题，试卷考核占整体考核比率为40%。

（2）实践考核是考核研究生利用高级语言程序对算法的设计和编码实现。实践考核是一种过程考核，考核的内容是对研究生实践过程中提出问题、分析问题、解决问题、成果展示以及团队合作所表现出的综合能力的考核。该考核的目的是提高研究生的计算思维。实践考核占整体考核比率为40%。

（3）阶段考核的目的主要有两个，一是促进研究生的学习积极性，二是教师和学生可以对每个阶段的教学和学习效果总结改进。针对高级算法课程的阶段考核分为四个阶段：课程内容前三章为一个阶段，后面六章每两章为一个阶段。阶段考核结合学生自我考核、团队考核以及教师考核的多维考核方式。学生自我考核是对每个阶段自身知识掌握程度以及应用熟练度的评估，可以及时发现自己的不足。团队考核是对团队整体表现的考核，团队考核的主要目的是培养研究生的团队合作精神，促进学生之间互帮互助，互相发现问题以及互相提高的良好学习氛围。教师考核包括两方面，一是结合学生自我考核和团队考核对每个研究生在每个阶段的表现进行合理的评价，二是总结在教学过程中每个阶段出现的教学问题以及评估每个阶段的教学效果，为在下一个阶段达到更好的教学质量做准备。阶段考核占整体考核比率为20%。

4.结语

在当今的信息化时代，计算思维逐渐成为软件类研究生解决问题的基本能力之一。目前高校计算思维的培养理念和手段跟不上新信息化时代对高级人才的要求。通过近几年的实践，基于计算思维的软件类研究生高级算法课程教学改革，使学生的学习积极性明显增强，对计算机算法设计和实现的理解更为透彻，教学效果得到明显提高。未来我们还将借鉴国内外学术机构和研究型大学计算思维应用成果，不断改革创新，形成基于计算思维的软件类研究生课程体系，进而培养出更多适应时代发展的软件类高级人才。