基于MOOC的競賽機制實驗教學改革

葛芳，蔡紹峰

摘 要：算法設計與分析實驗課是培養學生動手能力的重要手段。文章首先分析了實驗教學中的問題，然后提出引入計算機程序類競賽激勵機制，同時改革考核方式，提高學生根據問題設計算法、優化算法的能力，旨在提高教學質量，為培養工程化應用型人才提供技術支撐。

關鍵詞：算法設計與分析；課程教學；競賽

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）18-0128-03

Abstract： The experimental lesson of algorithm design and analysis is the important means to improving students' manipulative ability. This paper proposes a method that adds programming contest incentive mechanism to the experimental course， and meanwhile puts forwards an examination mode intended to improve students' initiative and creative learning， aiming to improve the quality of teaching and provide environmental support for cultivating engineering talents.

Keywords： algorithm design and analysis； course teaching； competition

引言

《算法分析與設計》是計算機相關專業的專業進階課，該課程可以鍛煉學生設計實際問題的解題思路，此外，還能夠進一步幫助學生優化解題思路，是專業核心課程[1]。同時，該課程具有非常強的應用性，是程序編寫、數據結構和軟件設計的中間課程[2]。編寫程序，不僅需要程序代碼編寫能力，更需要良好的數據結構組織能力，高效算法的設計能力。該實驗課中不但要求學生掌握經典的算法設計與實現，更要求學生在掌握基本算法的基礎上，針對實際問題，優化算法，進而分析算法的時空復雜度。為學生從事計算機軟件開發、算法設計等工作提供扎實的理論和實踐基礎。

在“工程化”的人才培養教育背景下，本文以“算法設計與分析”為例，探究一種將混合式教育、程序設計競賽、及考核方式改革等方面相結合的新型教學模式。該模式汲取各自的優勢，在混合式教學模式下，引入程序設計大賽等賽事的參賽激勵機制，旨在提高教學質量，為培養工程化應用型人才提供環境支撐。

一、實驗課程改革必要性

（一）實驗目標

在實驗課時教學中，學生在老師的引導下，將課程中的經典算法依次還原，學生可以使用C、C++，Java或C#等編程語言。舉一反三，教師提出相似實際問題，要求學生在算法的基礎上，根據實際問題，修改、優化算法。通過不同數據的輸入，驗證算法的魯棒性。分別分析經典算法與優化后算法的時空復雜度。教師根據學生完成的情況，分別評價算法修改的合理性。

（二）存在問題

1. 在教學過中，教師一般會講解較為經典的算法，如貪心算法、分治法、動態規劃算法、搜索法等，每種算法的講解均需要較多的課程，學生在相對較短的時間內被灌輸較多較難理解的內容，這往往導致學生未經過消化和理解，從而導致較難按要求編程實現相應的算法。

2. 在以往的實驗課中僅僅要求學生還原或驗證已有實驗，學生缺少創造性學習的機會，并且整個實驗過程枯燥無味。學生往往會出現不愿意去做，或者直接拷貝其他同學已完成的代碼，這便失去了實驗課的目的。

3. 算法設計與分析作為與應用實踐密切相關的課程，學生應該能夠通過這門課程了解到學習的知識能有哪些應用，能解決哪類實際問題。如若將理論與實踐相分離，大部分學生會認為學習算法無用，從而便逐漸失去學習的興趣。

二、改革措施

（一）引入競賽

程序設計類競賽對學生的智力具有相當的挑戰性，有助于促進學生學以致用，使用學習的基礎算法理論去解決實際問題，并且在團隊合作的前提下，創造性地考慮和解決問題。參與此類競賽不僅能夠增加學生在有限時間內的編程經歷，為從事該方面工作打下基礎，此外良好的學習風氣能夠促進整個學校形成更好的校風。

近些年，計算機程序編寫競賽越來越多，如ACM-ICPC（ACM International Collegiate Programming Contest）[3]，百度之星，安徽省“合財杯”大學生程序設計大賽[4]，google挑戰賽等，詳細信息見表1。

該類競賽綜合考察在校大學生的分析實際問題，針對問題設計算法，并編程實現。通常需要使用一種編程語言，如C、C++、Java或Pascal，在幾個小時內，綜合運用數據結構、組合數學、概率論、計算幾何、圖論、人工智能、操作系統、算法設計與分析、計算機圖形學、數理邏輯等方面的知識，編程實現搜索、字符串處理、貪心算法、分治法、動態規劃算法、幾何等類問題。在該模式下，學生用所學算法解決問題的意識和能力得到提升。

（二）MOOC教學資源

MOOC（Massive Open Online Courses）[5]突破了大學學歷、區域的限制，對傳統教育的人才培養模式和教學方式將被迫改革。此間，國內外許多從事網絡在線教育和遠程教育培訓的專家學者們，一直都在尋求一種新的教育模式用以適應MOOC的到來。

目前，大多數高等院校都存在師資匱乏、大班教學質量不高、無法滿足學生的個性化需求以及學習受時間和空間限制等問題。以MOOC發展為契機，國內高等教育需要加快教學和管理的根本改革，以積極的姿態加入此場改革中，化危為機。有學者認為，實體大學急需要解決資源共享和學習模式兩方面的問題。通過MOOC可以共享全世界的優質課程資源，而大學需要思考的是：如何利用此模式，資源如何與傳統教育教學模式結合。因此，思考如何改變傳統教學方法，更新教育教學理念。

（三）考核方式

通常情況下，該課程的考核成績為：期末考試+平時成績，比列通常為7：3，且一般情況下，平時成績：上課考勤+作業+實驗報告成績，很難考察學生對算法改進的思想創新性，故將平時成績部分的分值調整如表2所示。鼓勵學生積極參加計算機程序編寫類競賽，增加程序設計的經驗。

三、實驗課程改革方案

該課程的實驗課時較少，因此在不增加課時的情況下，如何最大限度地利用現有課時，使學生在有限的課時內學到最多的知識，這將是具有挑戰性的問題。

1. 在所有實驗課開始前，盡量多地收集各類程序設計類競賽的題目，并歸納總結，將考察的知識點相同或類似的題目歸為一類，并對應到相應的章節。

2. 每次實驗課開始前，教師將事前準備好的題目展示給學生，讓其先思考題目所考察的知識點，并對應到相應的算法中。

3. 針對競賽題目，根據已學算法基礎，設計算法，并根據輸入和輸出數據，分析算法的正確性和算法的健壯性。

4. 教師引導學生思考針對問題，算法有無改進措施，若有，編程實現，并驗證改進算法的正確性，進而優化問題解決方式。

5. 在實驗過程的任何環節，學生均可以通過MOOC課程群增加自身對算法的掌握程度，及時了解所學算法的應用和改進算法。

6. 教師在授課過程中，密切關注程序設計類競賽的比賽時間，并組織學生積極備戰，最大限度幫助同學們將所學理論知識應用于實踐。

四、結束語

在“工程化”人才培養教育背景下，本文嘗試著在MOOC

教學環境下，引入程序設計競賽激勵機制，并將競賽結果作為期末考核的組成部分，提高學生根據實際問題，分析問題、設計算法、優化算法的能力，為培養工程化應用型人才提供技術支撐。

參考文獻：

[1]趙曉麗.應用型本科院校《算法設計與分析》課程實踐教學改革研究[J].長治學院學報，2016，33（2）：72-74.

[2]林 ，戴波.項目驅動型算法設計與分析課程教學方法[J].計算機教育，2014（9）.

[3]Zhao L. Based on of ACM/ICPC Reform and Discussion on the Teaching Reform of the Program Design[J].Computer Knowledge & Technology，2015.

[4]戚爽.以大學生程序設計大賽為依托的創新人才培養模式研究[J].吉林省教育學院學報旬刊，2014，30（11）：78-79.

[5]常莎莎.MOOC的發展及其對高等教育的影響[J].教育：文摘版， 2015（9）：00289-00290.

[6]謝海燕.引進MOOC對獨立學院人才培養質量的提升[J].高教學刊，2015（09）：66-67.