基于MOOC的竞赛机制实验教学改革

葛芳，蔡绍峰

摘 要：算法设计与分析实验课是培养学生动手能力的重要手段。文章首先分析了实验教学中的问题，然后提出引入计算机程序类竞赛激励机制，同时改革考核方式，提高学生根据问题设计算法、优化算法的能力，旨在提高教学质量，为培养工程化应用型人才提供技术支撑。

关键词：算法设计与分析；课程教学；竞赛

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：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

《算法分析與设计》是计算机相关专业的专业进阶课，该课程可以锻炼学生设计实际问题的解题思路，此外，还能够进一步帮助学生优化解题思路，是专业核心课程[1]。同时，该课程具有非常强的应用性，是程序编写、数据结构和软件设计的中间课程[2]。编写程序，不仅需要程序代码编写能力，更需要良好的数据结构组织能力，高效算法的设计能力。该实验课中不但要求学生掌握经典的算法设计与实现，更要求学生在掌握基本算法的基础上，针对实际问题，优化算法，进而分析算法的时空复杂度。为学生从事计算机软件开发、算法设计等工作提供扎实的理论和实践基础。

在“工程化”的人才培养教育背景下，本文以“算法设计与分析”为例，探究一种将混合式教育、程序设计竞赛、及考核方式改革等方面相结合的新型教学模式。该模式汲取各自的优势，在混合式教学模式下，引入程序设计大赛等赛事的参赛激励机制，旨在提高教学质量，为培养工程化应用型人才提供环境支撑。

一、实验课程改革必要性

（一）实验目标

在实验课时教学中，学生在老师的引导下，将课程中的经典算法依次还原，学生可以使用C、C++，Java或C#等编程语言。举一反三，教师提出相似实际问题，要求学生在算法的基础上，根据实际问题，修改、优化算法。通过不同数据的输入，验证算法的鲁棒性。分别分析经典算法与优化后算法的时空复杂度。教师根据学生完成的情况，分别评价算法修改的合理性。

（二）存在问题

1. 在教学过中，教师一般会讲解较为经典的算法，如贪心算法、分治法、动态规划算法、搜索法等，每种算法的讲解均需要较多的课程，学生在相对较短的时间内被灌输较多较难理解的内容，这往往导致学生未经过消化和理解，从而导致较难按要求编程实现相应的算法。

2. 在以往的实验课中仅仅要求学生还原或验证已有实验，学生缺少创造性学习的机会，并且整个实验过程枯燥无味。学生往往会出现不愿意去做，或者直接拷贝其他同学已完成的代码，这便失去了实验课的目的。

3. 算法设计与分析作为与应用实践密切相关的课程，学生应该能够通过这门课程了解到学习的知识能有哪些应用，能解决哪类实际问题。如若将理论与实践相分离，大部分学生会认为学习算法无用，从而便逐渐失去学习的兴趣。

二、改革措施

（一）引入竞赛

程序设计类竞赛对学生的智力具有相当的挑战性，有助于促进学生学以致用，使用学习的基础算法理论去解决实际问题，并且在团队合作的前提下，创造性地考虑和解决问题。参与此类竞赛不仅能够增加学生在有限时间内的编程经历，为从事该方面工作打下基础，此外良好的学习风气能够促进整个学校形成更好的校风。

近些年，计算机程序编写竞赛越来越多，如ACM-ICPC（ACM International Collegiate Programming Contest）[3]，百度之星，安徽省“合财杯”大学生程序设计大赛[4]，google挑战赛等，详细信息见表1。

该类竞赛综合考察在校大学生的分析实际问题，针对问题设计算法，并编程实现。通常需要使用一种编程语言，如C、C++、Java或Pascal，在几个小时内，综合运用数据结构、组合数学、概率论、计算几何、图论、人工智能、操作系统、算法设计与分析、计算机图形学、数理逻辑等方面的知识，编程实现搜索、字符串处理、贪心算法、分治法、动态规划算法、几何等类问题。在该模式下，学生用所学算法解决问题的意识和能力得到提升。

（二）MOOC教学资源

MOOC（Massive Open Online Courses）[5]突破了大学学历、区域的限制，对传统教育的人才培养模式和教学方式将被迫改革。此间，国内外许多从事网络在线教育和远程教育培训的专家学者们，一直都在寻求一种新的教育模式用以适应MOOC的到来。

目前，大多数高等院校都存在师资匮乏、大班教学质量不高、无法满足学生的个性化需求以及学习受时间和空间限制等问题。以MOOC发展为契机，国内高等教育需要加快教学和管理的根本改革，以积极的姿态加入此场改革中，化危为机。有学者认为，实体大学急需要解决资源共享和学习模式两方面的问题。通过MOOC可以共享全世界的优质课程资源，而大学需要思考的是：如何利用此模式，资源如何与传统教育教学模式结合。因此，思考如何改变传统教学方法，更新教育教学理念。

（三）考核方式

通常情况下，该课程的考核成绩为：期末考试+平时成绩，比列通常为7：3，且一般情况下，平时成绩：上课考勤+作业+实验报告成绩，很难考察学生对算法改进的思想创新性，故将平时成绩部分的分值调整如表2所示。鼓励学生积极参加计算机程序编写类竞赛，增加程序设计的经验。

三、实验课程改革方案

该课程的实验课时较少，因此在不增加课时的情况下，如何最大限度地利用现有课时，使学生在有限的课时内学到最多的知识，这将是具有挑战性的问题。

1. 在所有实验课开始前，尽量多地收集各类程序设计类竞赛的题目，并归纳总结，将考察的知识点相同或类似的题目归为一类，并对应到相应的章節。

2. 每次实验课开始前，教师将事前准备好的题目展示给学生，让其先思考题目所考察的知识点，并对应到相应的算法中。

3. 针对竞赛题目，根据已学算法基础，设计算法，并根据输入和输出数据，分析算法的正确性和算法的健壮性。

4. 教师引导学生思考针对问题，算法有无改进措施，若有，编程实现，并验证改进算法的正确性，进而优化问题解决方式。

5. 在实验过程的任何环节，学生均可以通过MOOC课程群增加自身对算法的掌握程度，及时了解所学算法的应用和改进算法。

6. 教师在授课过程中，密切关注程序设计类竞赛的比赛时间，并组织学生积极备战，最大限度帮助同学们将所学理论知识应用于实践。

四、结束语

在“工程化”人才培养教育背景下，本文尝试着在MOOC

教学环境下，引入程序设计竞赛激励机制，并将竞赛结果作为期末考核的组成部分，提高学生根据实际问题，分析问题、设计算法、优化算法的能力，为培养工程化应用型人才提供技术支撑。

参考文献：

[1]赵晓丽.应用型本科院校《算法设计与分析》课程实践教学改革研究[J].长治学院学报，2016，33（2）：72-74.

[2]林 ，戴波.项目驱动型算法设计与分析课程教学方法[J].计算机教育，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.以大学生程序设计大赛为依托的创新人才培养模式研究[J].吉林省教育学院学报旬刊，2014，30（11）：78-79.

[5]常莎莎.MOOC的发展及其对高等教育的影响[J].教育：文摘版， 2015（9）：00289-00290.

[6]谢海燕.引进MOOC对独立学院人才培养质量的提升[J].高教学刊，2015（09）：66-67.