兼具科教融合理念與計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)改革

楊松 高亞男 王雪 李凡

摘? 要：文章以算法與算法復(fù)雜性理論課程為例，探討科教融合視域下，培養(yǎng)學(xué)生新型計(jì)算思維的課程教學(xué)改革。文中綜合分析計(jì)算機(jī)類課程當(dāng)前教學(xué)中的不足，針對分析結(jié)果重新定義教學(xué)改革的目標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，文章分別從授課主體和學(xué)習(xí)主體的角度出發(fā)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)成果產(chǎn)出、課程考核和課程評價(jià)反饋五個(gè)方面出發(fā)，提出融合科學(xué)研究、計(jì)算思維培養(yǎng)的，具有多元性、協(xié)同交叉性的教學(xué)改革舉措。通過文章提出的算法與算法復(fù)雜性理論課程的教學(xué)改革舉措，以期提高課程教學(xué)時(shí)間利用率，為培養(yǎng)具備新型計(jì)算思維并兼具科研特性的計(jì)算機(jī)人才提供有力保障。

關(guān)鍵詞：科教融合;計(jì)算思維;算法與算法復(fù)雜性理論;教學(xué)目標(biāo);教學(xué)方法;教學(xué)評價(jià)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）09-0089-06

Abstract： Taking an example of Algorithms and Algorithm Complexity Theory， this article， from the view of the integration of research and education and computational thinking， explores and analyzes the weaknesses of this curriculum teaching. It redefines the objectives of this curriculum reform and proposes reform measures of five aspects： including curriculum content， teaching methods， teaching outputs， teaching examination， and teaching assessment， which improves the teaching efficiency， and provides a strong guarantee for cultivating excellent students with novel computational Thinking and Research Interest.

Keywords： integration of research and education; computational thinking; Algorithms and Algorithm Complexity Theory; teaching targets; teaching methods; teaching assessment

科教融合是世界一流大學(xué)的核心辦學(xué)理念，是我國高等教育強(qiáng)國建設(shè)的必然選擇[1-2]。不同于科研成果向生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化，科教融合強(qiáng)調(diào)科研成果向人才培養(yǎng)資源的轉(zhuǎn)化，其本身是一個(gè)知識傳授教學(xué)的過程。推動(dòng)科教融合，有利于推動(dòng)教師打破原先的教學(xué)方法，直接培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、解決問題能力，從根本上解決高校課堂教學(xué)內(nèi)容無法適應(yīng)高速的社會變革的情況，真正實(shí)現(xiàn)科研融入教學(xué)，教學(xué)推動(dòng)科研的目標(biāo)[3]。近年來，AI賦能下的云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)以及移動(dòng)計(jì)算等新一代信息通信技術(shù)的高速發(fā)展為各行各業(yè)帶來了巨大的產(chǎn)業(yè)革新和廣闊的應(yīng)用前景。計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中，培養(yǎng)計(jì)算思維也由單純地利用基礎(chǔ)概念建立計(jì)算模型的過程，轉(zhuǎn)變?yōu)橐罁?jù)原始學(xué)科領(lǐng)域特點(diǎn)，建立定制化計(jì)算模型，來解決各領(lǐng)域特定問題的過程，被稱為計(jì)算思維2.0[4]。新型計(jì)算思維旨在培養(yǎng)學(xué)生具備能夠適配未來的思維模式，即能夠靈活解決人類在未來社會中遇到的問題，而不是像計(jì)算機(jī)一樣機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)?？平倘诤侠砟钪笇?dǎo)下，培養(yǎng)學(xué)生的新型計(jì)算思維，是計(jì)算機(jī)專業(yè)適應(yīng)新一代信息技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)革新、推進(jìn)高校人才培養(yǎng)模式轉(zhuǎn)型、培養(yǎng)引領(lǐng)社會發(fā)展創(chuàng)新型人才的必然要求和必經(jīng)之路。其對計(jì)算機(jī)專業(yè)相關(guān)課程的教學(xué)實(shí)踐和人才培養(yǎng)提出了新要求。

算法與算法復(fù)雜性理論是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)中研究生培養(yǎng)過程中的核心課程，也是面向問題建模、多門計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)課、數(shù)學(xué)理論課的關(guān)鍵銜接[5]。該課程旨在向?qū)W生教授計(jì)算機(jī)經(jīng)典算法和現(xiàn)代算法的方法原理、設(shè)計(jì)和復(fù)雜度分析，增強(qiáng)學(xué)生算法理論基礎(chǔ)和算法設(shè)計(jì)思維，并借助數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)解決實(shí)際應(yīng)用中或科學(xué)研究中的非數(shù)值型計(jì)算問題[6]。本門課程對培養(yǎng)計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐能力，培養(yǎng)算法思維，形成職業(yè)技術(shù)支撐具有重要意義。如圖1所示，以該課程為例，以培養(yǎng)具備新型計(jì)算思維人才為指導(dǎo)改革和驗(yàn)證改革效果的工具，從科教融合角度出發(fā)，分析算法與算法復(fù)雜性理論課程教學(xué)中存在的不足、重新定義其課程目標(biāo)并提出課程改革新舉措。

圖1 新型計(jì)算思維與科教融合的交互

一、教學(xué)過程中存在的問題及其分析

（一）科研“零”參與的知識傳授

傳統(tǒng)的算法與算法復(fù)雜性理論課程主要涵蓋的內(nèi)容有NP理論、圖論算法以及各類經(jīng)典算法的算法設(shè)計(jì)原理和算法復(fù)雜性分析，涉及常用數(shù)學(xué)工具、初級數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算理論等先修基礎(chǔ)知識儲備。教師雖投入地講述系統(tǒng)性知識，但學(xué)生則只能通過“聽記”“看記”“偶爾答”的參與方式“被動(dòng)”地接收，前沿科學(xué)研究和新技術(shù)的缺乏、陳舊且難以理解的課程內(nèi)容極難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，造成學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)的獨(dú)立性、主動(dòng)性和探索性，進(jìn)而形成“背誦”算法而不是“理解”算法的思維慣性。

（二）課程學(xué)習(xí)與導(dǎo)師科研任務(wù)的差異性

在整個(gè)研究生學(xué)習(xí)過程中，課程學(xué)習(xí)只占學(xué)習(xí)時(shí)間花費(fèi)的極小比例。大多數(shù)研究生以導(dǎo)師的科研項(xiàng)目和完成畢設(shè)論文為主要任務(wù)。課堂上的大部分學(xué)生不會完全沉浸思考并享受學(xué)習(xí)算法分析與設(shè)計(jì)的樂趣，而是以結(jié)課后獲取“學(xué)分”或“高分”為目的。這種目標(biāo)導(dǎo)向的差異性導(dǎo)致學(xué)生在課程上的投入與其自身的主要任務(wù)之間無法同頻共振，甚至存在時(shí)間利用上的沖突。

（三）“高聚合式”的課程內(nèi)容設(shè)置

課程模塊間較低的內(nèi)容相關(guān)性導(dǎo)致了獨(dú)立的、單元式的、低耦合的教學(xué)課時(shí)分配。這使得每個(gè)模塊學(xué)習(xí)結(jié)束后，學(xué)生難以對整體教學(xué)內(nèi)容前后聯(lián)系而產(chǎn)生斷層式的知識遺忘。尤其“傳統(tǒng)”算法與“現(xiàn)代”算法（強(qiáng)化學(xué)習(xí)、區(qū)塊鏈、圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）的模塊獨(dú)立，讓學(xué)生無法從中體會算法之間的共通性和差異性，無法理解不同算法在解決同一個(gè)問題時(shí)的內(nèi)在聯(lián)系和有機(jī)統(tǒng)一。而先前學(xué)習(xí)的知識往往在結(jié)課后的考核復(fù)習(xí)中才被重新拾起學(xué)習(xí)。這種“一終一考”式的學(xué)習(xí)方法，不利于學(xué)生系統(tǒng)化學(xué)習(xí)和全局掌握課程內(nèi)容，更無法做到溫故知新和靈活運(yùn)用。

（四）教師的科教“矛盾”

科研驅(qū)動(dòng)式的高校建設(shè)指標(biāo)，使得教師在時(shí)間和精力有限的前提下，必須投入更多的科研精力以保證科研指標(biāo)完成。陳舊的課程內(nèi)容無法匹配教師重點(diǎn)關(guān)注的前沿科研動(dòng)態(tài)。教師的科研投入和教學(xué)投入之間同時(shí)存在此消彼長的“矛盾”現(xiàn)象[7]。此外，機(jī)械式教學(xué)方法使教師的教學(xué)主動(dòng)性與學(xué)生的學(xué)習(xí)參與性之間產(chǎn)生負(fù)向相抵消的循環(huán)依存關(guān)系。

（五）高等教育與社會發(fā)展“脫節(jié)”

大學(xué)作為從事知識研究的機(jī)構(gòu)，其學(xué)術(shù)性及相對獨(dú)立性應(yīng)為引領(lǐng)社會發(fā)展提供現(xiàn)實(shí)可能，應(yīng)培養(yǎng)能引領(lǐng)社會發(fā)展的人才[8]。然而近年，學(xué)校教授的陳舊知識已不能適應(yīng)社會的飛速發(fā)展，導(dǎo)致眾多開創(chuàng)性的技術(shù)、產(chǎn)品、學(xué)科融合理念大多出自企事業(yè)單位，由單位內(nèi)研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)生，反過來反哺學(xué)校，出現(xiàn)了企業(yè)帶動(dòng)大學(xué)發(fā)展、引領(lǐng)社會進(jìn)步的社會性現(xiàn)象，違背了大學(xué)建立的初衷。

二、課程改革目標(biāo)

在科教融合理念指導(dǎo)下，以培養(yǎng)學(xué)生新型計(jì)算思維為目的驅(qū)動(dòng)，以算法與算法復(fù)雜性理論課程為例，結(jié)合上述對目前課程教學(xué)過程中存在不足的分析，本文提出“雙度雙念”的課程教學(xué)改革目標(biāo)。

（一）教學(xué)科研關(guān)聯(lián)度

教學(xué)應(yīng)融合不同科研應(yīng)用場景，借助同一算法理論從不同角度解決多個(gè)方向的科研問題，將傳統(tǒng)單一維度的算法教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)楦呔S度、多方位、橫向融合、縱向深入的綜合性教學(xué)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與科研有機(jī)統(tǒng)一，將新知識、新思想引入到傳統(tǒng)課程教學(xué)過程中來，依托前沿科研，為培養(yǎng)新型計(jì)算思維的科研人才提供快速成長的捷徑，并形成“教師講授-師生研討-學(xué)生探究”的研究性教學(xué)模式。

（二）計(jì)算思維多維度

從邏輯思維、實(shí)證思維、融合思維等多方面思維角度出發(fā)，定義計(jì)算機(jī)人才培養(yǎng)的新型計(jì)算思維。將課程教學(xué)或課程學(xué)習(xí)與計(jì)算思維培養(yǎng)方式相結(jié)合，采取能夠使學(xué)生新型思維形成過程更深刻、思維培養(yǎng)方式更具體、形成的計(jì)算思維適應(yīng)性更強(qiáng)的教學(xué)舉措，并產(chǎn)出內(nèi)容創(chuàng)新、形式多樣的教學(xué)成果，提升學(xué)生課程學(xué)習(xí)的成就感和滿足感，提高學(xué)生的課程參與度和教師講課的積極主動(dòng)性。

（三）“多元性”理念

教學(xué)的多元性體現(xiàn)于教學(xué)過程的方方面面。該理念主張教學(xué)過程的多樣性、靈活性和應(yīng)變性，要求教學(xué)主體和學(xué)習(xí)主體在不同的教學(xué)階段中，具備自主選擇能力、自主驅(qū)動(dòng)能力、自主評價(jià)能力和自主規(guī)劃能力，進(jìn)一步提高課堂教學(xué)效率，進(jìn)而激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)的能力，實(shí)現(xiàn)教師課程教學(xué)的靈活適應(yīng)和學(xué)生課程學(xué)習(xí)效益的長期價(jià)值反饋。

（四）“協(xié)同交叉性”理念

該理念旨在通過科研與教學(xué)、計(jì)算思維培養(yǎng)與教學(xué)、科研與計(jì)算思維培養(yǎng)的兩兩雙向融合，針對課程教學(xué)的不同階段，實(shí)現(xiàn)三者的“協(xié)同交叉”，循序漸進(jìn)地激發(fā)學(xué)習(xí)主體的科研能力培養(yǎng)、計(jì)算思維培養(yǎng)和教學(xué)主體的參與積極性。該理念要求教學(xué)過程的不同階段能相互融合，實(shí)現(xiàn)內(nèi)容維度和時(shí)間維度協(xié)同創(chuàng)新的雙向教學(xué)模式。

三、課程改革舉措

以算法與算法復(fù)雜性理論為例，本文探討了科教融合視域下，培養(yǎng)具備新型計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的課程教學(xué)改革舉措。文章分別從教學(xué)主體和學(xué)習(xí)主體出發(fā)，從“教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)成果產(chǎn)出、課程考核和教學(xué)過程評價(jià)”五個(gè)方面，以體現(xiàn)教學(xué)科研關(guān)聯(lián)度、思維培養(yǎng)方式多維度、教學(xué)“多元性”和教學(xué)過程的“協(xié)同交叉”理念為目標(biāo)，提出如圖2所示的綜合教學(xué)改革舉措。

由“課程內(nèi)容”出發(fā)，使用內(nèi)容的層次化設(shè)置構(gòu)建算法模塊間的內(nèi)容和課時(shí)關(guān)聯(lián)。學(xué)生根據(jù)課上講述內(nèi)容，調(diào)整“學(xué)習(xí)模式”，使用線上、線下方式輔助課程學(xué)習(xí)。層次化分組后的學(xué)生群體，一方面通過“提出問題-歸一化問題-解決問題”重塑算法案例庫。案例庫被“備案記錄”用于更新課程內(nèi)容設(shè)置。同時(shí)，依據(jù)制訂的“成果產(chǎn)出”，不同小組針對各自的感興趣算法模塊，完成“階段性”科研問題報(bào)告、問題解決方案、算法改進(jìn)方案等課程成果產(chǎn)出?！八季S導(dǎo)向+科研突出”的課程考核方法，被用于考核產(chǎn)出成果，并將得到的考核成績反饋給“學(xué)生主體”?！皩W(xué)生主體”在得到成績后，登錄“教務(wù)評價(jià)系統(tǒng)”，根據(jù)“定制模塊化”的指標(biāo)評價(jià)體系，對課程學(xué)習(xí)過程進(jìn)行指標(biāo)評價(jià)，進(jìn)而反饋給課程內(nèi)容，用于課程的內(nèi)容更新。

這種“多元性”“協(xié)同交叉性”的綜合改革機(jī)制，在算法與算法復(fù)雜性理論的課程教學(xué)過程中，貫徹落實(shí)了科教融合理念，考慮了培養(yǎng)新型計(jì)算思維人才的教學(xué)改革措施。從課程內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性、學(xué)生主體的差異性兩方面入手，融合科研教育和新型計(jì)算思維培養(yǎng)，本文調(diào)整了學(xué)生學(xué)習(xí)模式、課程成果產(chǎn)出、課程考核以及課程評價(jià)四個(gè)方面的規(guī)則設(shè)置，充分體現(xiàn)了該課程教學(xué)的前沿性、創(chuàng)新性、連貫性、自適應(yīng)性、多元性和協(xié)同交叉性。

（一）教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)內(nèi)容的改革措施依托于教學(xué)主體，主要包括課程內(nèi)容的層次化設(shè)置和基于課程內(nèi)容構(gòu)建的教學(xué)案例庫的實(shí)時(shí)重塑。

1. 課程內(nèi)容的層次化設(shè)置。根據(jù)課程內(nèi)容輔助理解整體課程內(nèi)容的重要程度和各模塊內(nèi)容的相關(guān)性，將算法與算法復(fù)雜性理論的課程內(nèi)容分為“淺層”“中間層”和“深層”，見表1。

其中，“深層”表示該課程的核心內(nèi)容和算法設(shè)計(jì)思想的源頭，需占據(jù)大多數(shù)課時(shí)且實(shí)行貫穿式教學(xué)，對全局內(nèi)容理解起關(guān)鍵作用?！爸虚g層”表示隨著數(shù)據(jù)規(guī)模增大能權(quán)衡算法時(shí)空復(fù)雜度和結(jié)果準(zhǔn)確率的算法內(nèi)容。該層的內(nèi)容應(yīng)被詳細(xì)教授、討論，讓學(xué)生充分掌握算法原理?！皽\層”則表示已在本科階段學(xué)習(xí)過的、無法適應(yīng)新型計(jì)算思維培養(yǎng)的傳統(tǒng)經(jīng)典算法內(nèi)容?！皽\層”內(nèi)容能讓學(xué)生在快速理解內(nèi)容的同時(shí)，思考與“中間層”算法的聯(lián)系，對算法的演進(jìn)過程產(chǎn)生新的認(rèn)識。

這種伴隨貫穿式的、由復(fù)雜到簡單的層次化內(nèi)容設(shè)置能讓學(xué)生更易從全局角度理解不同模塊間算法內(nèi)容的相關(guān)性，對比分析經(jīng)典算法與現(xiàn)代算法間的優(yōu)劣性，且通過深層核心內(nèi)容的不斷反復(fù)學(xué)習(xí)，進(jìn)而產(chǎn)生交互啟發(fā)式科研興趣。

2. 重塑案例化教學(xué)。從學(xué)生接收知識的角度看，案例庫的使用大多遵循教師講授、算法理解和學(xué)生動(dòng)手實(shí)現(xiàn)三個(gè)階段。而傳統(tǒng)的案例，如背包問題、棋盤覆蓋問題、蓄水池問題等，大多取材于分治、減治、排序等經(jīng)典算法問題。問題約簡嚴(yán)重，解決方案固定，無法與前沿科研問題建立直接相關(guān)關(guān)系，是該課程內(nèi)容不能被創(chuàng)新應(yīng)用于科研推動(dòng)的主要原因。科研轉(zhuǎn)化型實(shí)驗(yàn)具有綜合性強(qiáng)、精準(zhǔn)度高的特點(diǎn)，且在教學(xué)過程中，可以采取多種途徑來達(dá)到科研知識傳授的教學(xué)目標(biāo)[9]。

課程應(yīng)將傳統(tǒng)被動(dòng)式的解決問題轉(zhuǎn)化分解為“提出問題-歸一化問題-解決問題”的過程。比擬經(jīng)典案例算法用于解決現(xiàn)實(shí)生活中遇到問題的設(shè)計(jì)理念，學(xué)生根據(jù)各自的研究方向或工作涉及的方向，提出相應(yīng)的科研問題或找工作過程中涉及的企業(yè)相關(guān)的有趣應(yīng)用問題，來擴(kuò)充案例庫。如A同學(xué)在面試百度時(shí)，對面試官問到的大數(shù)據(jù)量下關(guān)鍵詞檢索的問題，可進(jìn)行相應(yīng)算法約簡，構(gòu)建一個(gè)涉及“Hash散列表”和“排序算法”相結(jié)合的實(shí)用性算法問題;B同學(xué)的研究方向?yàn)樘摂M化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)調(diào)度，則可將該問題建模為具有網(wǎng)絡(luò)知識背景的“0-1”背包或多元背包問題，再融入到算法案例庫中。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對經(jīng)典算法問題、科研問題、工業(yè)界問題的算法歸一化和并行建模分析。

（二）教學(xué)方式

從學(xué)習(xí)主體出發(fā)，教學(xué)方式的改革舉措包括學(xué)習(xí)主體的個(gè)體基礎(chǔ)層次化設(shè)置和學(xué)習(xí)主體的混合型學(xué)習(xí)模式設(shè)置。

1. 個(gè)體基礎(chǔ)層次化設(shè)置。美國心理學(xué)家桑代克充分肯定了“成人對學(xué)習(xí)的興趣并不弱于兒童和青年”且“年齡對學(xué)習(xí)速率的影響近乎為零”[10]。學(xué)生水平參差不齊是影響研究生課程教學(xué)效果的重要問題。以興趣為引導(dǎo)的學(xué)生自主選擇式的教學(xué)過程，更能發(fā)揮課程教學(xué)的價(jià)值。

學(xué)習(xí)主體的層次化設(shè)置分為兩步：（1）在課程初期，依據(jù)課程設(shè)計(jì)簡單考核問卷。問卷內(nèi)容包括：經(jīng)典算法內(nèi)容的基礎(chǔ)知識、研究方向、感興趣的內(nèi)容。（2）根據(jù)問卷答題結(jié)果，對授課群體進(jìn)行層級劃分，將全體學(xué)生按“學(xué)習(xí)基礎(chǔ)平均、研究方向不同、感興趣內(nèi)容一致”的分配準(zhǔn)則劃分小組。經(jīng)典算法內(nèi)容的基礎(chǔ)考核能讓教師全面把握學(xué)生整體基礎(chǔ)知識的掌握程度，在后續(xù)課程教學(xué)中實(shí)現(xiàn)有的放矢的內(nèi)容教授;相同的“感興趣內(nèi)容”統(tǒng)一了組內(nèi)學(xué)生間算法深度的共同探索需求;研究方向的差異性能幫助提出不同的前沿性科研場景問題，擴(kuò)展組內(nèi)學(xué)生算法學(xué)習(xí)的寬度;基礎(chǔ)知識、學(xué)習(xí)能力層級的平均化能幫助均衡組間課程內(nèi)容理解的進(jìn)度控制。由組內(nèi)不同層次學(xué)生的啟發(fā)式帶動(dòng)，各小組能完成高效率的算法理解和方法創(chuàng)新。

2. 混合型學(xué)習(xí)模式?；旌闲蛯W(xué)習(xí)模式對培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維和應(yīng)對學(xué)生基礎(chǔ)的參差不齊具有重要意義[11]?；旌闲蛯W(xué)習(xí)模式按時(shí)間劃分為課上學(xué)習(xí)和課下學(xué)習(xí)兩個(gè)學(xué)習(xí)區(qū)間。

課上學(xué)習(xí)以教師教授、教師學(xué)生互動(dòng)和學(xué)生小組間討論為主。受有限課時(shí)的影響，課上學(xué)習(xí)時(shí)間區(qū)間短、個(gè)體參與度較低。但交互式學(xué)習(xí)方式的學(xué)習(xí)效率高，對課程內(nèi)容的掌握程度較好。

課下學(xué)習(xí)的途徑則豐富多樣，可分為線上和線下兩種模式。線上學(xué)習(xí)內(nèi)容包括課程內(nèi)容重復(fù)學(xué)習(xí)、課程案例自主搜索和學(xué)術(shù)會議觀看。學(xué)生可以通過網(wǎng)易公開課或MOOC平臺中的MIT、斯坦福、清華大學(xué)、國科大等的算法在線開放課程教學(xué)視頻，進(jìn)行課程內(nèi)容的重復(fù)學(xué)習(xí)和查漏補(bǔ)缺。課程經(jīng)典案例的鞏固學(xué)習(xí)則可以通過各高?；蚩蒲袡C(jī)構(gòu)、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)等公開的在線測試平臺，如北京大學(xué)OJ、力扣等。學(xué)術(shù)會議則可通過各學(xué)術(shù)會議官網(wǎng)、騰訊在線會議等方式進(jìn)行觀看。學(xué)生課下的線下模式學(xué)習(xí)，主要根據(jù)各自的科研方向進(jìn)行課程內(nèi)容的選擇性學(xué)習(xí)。

（三）教學(xué)成果產(chǎn)出

OBE（Outcome-based Education）教育模式強(qiáng)調(diào)“成果產(chǎn)出”能檢測、激勵(lì)學(xué)生的課程學(xué)習(xí)并輔助修正教師的教學(xué)方法和教學(xué)進(jìn)度[12]。階段性成果產(chǎn)出能滿足學(xué)生的短期心理需求，為下一階段的課程學(xué)習(xí)產(chǎn)生內(nèi)在動(dòng)力[13]。學(xué)生及時(shí)的階段性思考和反思也能促進(jìn)后期的知識接收效果和學(xué)習(xí)效率[14]。

1. 階段性成果產(chǎn)出。階段性成果產(chǎn)出包括：課堂教師交互式提問情況和OJ測驗(yàn)題目;各同學(xué)依據(jù)科研方向提出的針對該模塊算法的科研問題、模塊對應(yīng)算法用于解決所提出科研問題的描述過程。其中，依據(jù)“科研成果”轉(zhuǎn)化來的案例，問題模型更復(fù)雜，但更具有前沿性和探索性，與導(dǎo)師布置的科研任務(wù)相關(guān)，能快速激發(fā)學(xué)生的科研探索欲并同時(shí)推進(jìn)導(dǎo)師科研項(xiàng)目進(jìn)展，做到“一產(chǎn)兩用”。

2. 結(jié)課成果產(chǎn)出。結(jié)課成果內(nèi)容主要包括：依據(jù)小組的感興趣算法，各小組成員按照科研方向所建立的案例解決方案、全體同學(xué)OJ案例作業(yè)提交方案和課堂交互式提問、各小組成員根據(jù)自身科研問題作出的解決方案和算法改進(jìn)方案（小論文或報(bào)告）、最終的大作業(yè)基礎(chǔ)知識考核及額外成果（科研成果轉(zhuǎn)化的報(bào)告、專利、論文等）。每屆學(xué)生所產(chǎn)出的科研成果案例可用于擴(kuò)展案例庫。隨著不同方向科研進(jìn)展的不斷推進(jìn)，課程積累的案例庫被不斷刷新，相應(yīng)算法則被不斷創(chuàng)新改進(jìn)。額外成果的產(chǎn)出能幫助提升同學(xué)的課程學(xué)習(xí)成就感和獲得感。

（四）課程考核

課程考核能及時(shí)檢測課程教學(xué)效果，并能診斷和反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)情況[15]。課程考核以學(xué)習(xí)主體為依托，從考核周期和考核組織形式兩個(gè)方面進(jìn)行課程教學(xué)改革，分別有利于推進(jìn)算法課程的科教融合進(jìn)程，并培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。

1. “思維導(dǎo)向”的考核周期制訂。計(jì)算思維是奠基性思維、問題求解思維、邏輯思維、實(shí)證思維等多種具體思維模式的交叉融合[16]。

依據(jù)表1中課程內(nèi)容的層次化設(shè)置，“深層”內(nèi)容用于培養(yǎng)學(xué)生的奠基性思維，需要貫穿課程教學(xué)始終，教師通過提問、抽查等方式不定期考核該層次內(nèi)容?！爸虚g層”和“淺層”內(nèi)容主要用于培養(yǎng)學(xué)生的問題求解思維。其需要在模塊算法結(jié)束后，對該模塊算法對應(yīng)的學(xué)習(xí)小組（組內(nèi)人員共同感興趣的算法模塊）中相關(guān)科研問題的提出，通過報(bào)告提交或口頭限時(shí)陳述等方式進(jìn)行階段性特定小組考核。以各同學(xué)提交小論文和以小組為單位匯報(bào)的形式，進(jìn)行“結(jié)課大作業(yè)”考核。該階段主要考核的指標(biāo)是學(xué)生對科研方向和整個(gè)課程內(nèi)容的邏輯實(shí)證思維。作業(yè)內(nèi)容需具有完整性、全局性和準(zhǔn)確性。

2. “科研突出”的考核內(nèi)容制訂。依據(jù)上述課程改革措施，最終的課程考核內(nèi)容包括科研問題提出、問題解決和課程算法知識三部分，設(shè)置見表2。

科研問題提出發(fā)生在課程的前期階段，由組內(nèi)成員相互討論產(chǎn)生。每個(gè)算法模塊學(xué)習(xí)結(jié)束后，以小組為單位提交的問題設(shè)計(jì)報(bào)告為考核內(nèi)容。隨著課程內(nèi)容模塊不斷增加，每個(gè)學(xué)生的科研問題被反復(fù)思考、討論，最終形成更加明確、完備的創(chuàng)新型研究問題。問題解決則以學(xué)生個(gè)人小論文和以小組為單位的PPT匯報(bào)為考核內(nèi)容。該部分考核從小組提交科研問題報(bào)告并確定報(bào)告不再更改時(shí)開始，到組內(nèi)每位成員完成小論文和組代表匯報(bào)為止，發(fā)生在課程教學(xué)的中后期階段。課程算法知識考核發(fā)生在上課間隙，由教師在課堂上交互啟發(fā)式提問完成。

（五）教學(xué)評價(jià)

大部分高校的課程評價(jià)依賴于教務(wù)處成立的專門教學(xué)質(zhì)量評價(jià)系統(tǒng)，包括評價(jià)指標(biāo)設(shè)置、評價(jià)過程實(shí)施、評價(jià)結(jié)果計(jì)算和評價(jià)結(jié)果運(yùn)用[17]。課程評價(jià)的反饋只重視學(xué)生群體對教學(xué)效果的“一元式”評價(jià)結(jié)果。這種僅以學(xué)生為主體的、單向的評價(jià)方式過于籠統(tǒng)，不能“點(diǎn)對點(diǎn)”地展現(xiàn)教學(xué)過程中存在的問題。

1. “三方式”評價(jià)模式構(gòu)建。課程應(yīng)構(gòu)建“施教方-受教方-導(dǎo)師方”的三方評價(jià)機(jī)制，形成有效反饋的閉環(huán)評價(jià)保障體系。

“受教方”指學(xué)生群體的課程反饋，可根據(jù)教務(wù)評價(jià)系統(tǒng)的結(jié)果進(jìn)行反饋。而“施教方”為教師。學(xué)校需建立面向教師端的教務(wù)課程評價(jià)系統(tǒng)，教師可通過該系統(tǒng)對不同層級內(nèi)容教學(xué)過程中學(xué)生的積極性、認(rèn)可度、參與度、成果產(chǎn)出率進(jìn)行評估記錄。該記錄結(jié)果可用于兩方面：（1）教師自身后續(xù)課程的教學(xué)改進(jìn)參考。（2）教務(wù)系統(tǒng)對“施教-受教”雙方進(jìn)行評價(jià)對比分析，提出均衡的課程教學(xué)改進(jìn)建議。“三方導(dǎo)向”中的“導(dǎo)師方”，也可稱為“目的方”或“社會方”，即課程教學(xué)對外形成的社會性、目的性反饋評價(jià)。研究生的“導(dǎo)師方”在對本門課程的授課期望、學(xué)生學(xué)習(xí)后的收獲和在科研方向上的應(yīng)用情況進(jìn)行反饋，促使該課程的教學(xué)成果能切實(shí)參與到學(xué)生的科研成果產(chǎn)出中。

2. “定制模塊化”評價(jià)指標(biāo)。依據(jù)學(xué)生群體的層次化設(shè)置小組，為不同的“感興趣方向”小組提供定制化的課程評價(jià)指標(biāo)。

以“前沿科研算法”中的“強(qiáng)化學(xué)習(xí)”算法為例，可設(shè)置三級評價(jià)指標(biāo)，如圖3所示。“一級指標(biāo)”從實(shí)驗(yàn)背景、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)收獲三方面采集學(xué)生對各模塊的評價(jià)情況，以此計(jì)算學(xué)生在“背景-過程-收獲”中的課程學(xué)習(xí)所得。“二級指標(biāo)”用于對“一級指標(biāo)”作展開評價(jià)采集，用具體教學(xué)過程中的抽象指標(biāo)描述學(xué)生的評估情況，可用于反眏教師、課程內(nèi)容設(shè)置、成果產(chǎn)出、科研進(jìn)度等方面的課程教學(xué)效果。“三級指標(biāo)”是“二級指標(biāo)”在學(xué)習(xí)背景、課程內(nèi)容、學(xué)習(xí)成果上的具體描述。以“內(nèi)容難易程度”和“內(nèi)容理解程度”為例，分別展開針對強(qiáng)化學(xué)習(xí)各模塊的三級指標(biāo)，可得出模塊內(nèi)容的教學(xué)差異化評估結(jié)果。

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