圍繞人才發展戰略目標,按照工程化建設思路,軍隊實施了“信息化素質全員提升工程”、“人才結構優化改造工程”等人才培養工程。初級指揮生長干部實行“學歷教育合訓、任職培訓分流”的組訓方式。為適應人才培養模式的轉變,學校組織制訂了新的人才培養方案。離散數學是計算機專業的核心基礎課程之一,為計算機科學與技術及相關學科專業學員提供必要的基礎理論知識。同時,該課程所提供的訓練十分有益于學員概括抽象能力、邏輯思維能力、歸納構造能力的提高,有益于學員嚴謹、完整、規范的科學態度的培養。針對離散數學在我校的教學現狀和課程組的教學體會,提出了相應的教學改革措施。
一、離散數學課程教學現狀
在制訂新的人才培養方案中,離散數學課程面向三個專業開設,分別是計算機科學與技術專業、指揮信息系統工程專業和信息安全專業。其中指揮信息系統工程專業旨在培養海軍指揮信息系統崗位技術軍官,需要學員掌握指揮信息系統基礎理論、論證設計、維護保障、組織運用等方面的專業知識和技能;信息安全專業主要是培養海軍艦艇機要、密碼管理、密碼裝備維修和監造等崗位技術軍官,需要學員掌握軍隊機要工作和信息安全等方面的專業知識和技能。這三個專業都屬于信息類專業。
目前離散數學教學中主要存在的問題有:(1) 內容多學時少。離散數學課程的教學內容通常包括四大部分內容:數理邏輯、集合論、圖論、代數系統,有些教材還加入組合數學、初等數論和離散概率等內容。要在有限學時內完成教學,需要根據具體情況對教學內容做出適當取舍。(2)生源層次有差異。計算機科學與技術專業和指揮信息系統工程專業只招收地方應屆高中畢業生。信息安全專業的招生對象包括地方應屆高中畢業生和部隊士兵。地方生和部隊生在理論基礎、學習積極性方面有一定差異。(3)考核方式單一。目前我校離散數學課程的教學考核基本采用傳統的閉卷考試方式。課程結束時采用同一張試卷對不同專業進行考核,考核結果不能全面反映學員的學習情況和效果。
二、教學改革措施
(一)編寫特色教材
在教育部教指委提出的《高等院校計算機科學與技術專業核心課程教學實施方案》[1]中明確了面向不同培養目標的離散數學定位,如表 1 所示。
根據教育部教指委的要求,課程組于 2009 年編寫了教材《離散數學》[2] ,之后對部分內容做了適當調整,于2011 年出版了第 2 版,同時還編寫了與教材配套的《離散數學(第 2 版)解題指導》[3],均由清華大學出版社出版,系高等學校計算機教育規劃教材。
除了培養目標外,《實施方案》還需考慮不同學校信息類專業的整體課程體系設計以及離散數學在其中的作用。因為各專業的研究方向是不一樣的,例如信息安全專業需要較多的數理邏輯知識和代數知識,計算機科學與技術專業則需要較多的集合論和數理邏輯的知識等。
目前,該教材涵蓋集合論、數理邏輯、組合論、圖論、抽象代數的基礎知識,可滿足計算機科學技術工程領域高層次人才,用離散結構的理論和方法對實際系統進行描述、分析的基本數學需求。按照科學型人才培養目標,教材包括了集合基數,省略了一階邏輯形式系統的一致性、合理性、完備性證明,以及計算理論等內容。該教材涵蓋應用型人才培養目標的全部內容:集合、關系與函數,基本邏輯,圖與樹,特殊的圖,證明技術,基本計數,代數系統簡介,初等數論。
教材附錄中的歷史注記更是學員不可多得的學習資料,也是本書的特色之一。這些注記記錄了離散數學中每一個分支的發展史以及許多數學家、計算機科學家的貢獻,這些注記用廣闊的視野去補足細節,它們一改日復一日與符號和過程打交道的模式,注入了崇高主題,給出了內在洞察,給人以激情。
與教材配套的題解主要包含數理邏輯、集合與關系、函數、組合計數、圖和樹、代數系統、自動機和初等數論等內容。全書分 10 章,每章包含內容提要、例題精選和習題解答。該書既可以作為主教材的配套教學用書,也可以單獨使用,為學員在解題能力和技巧訓練方面提供幫助。
(二)統分結合的教學模式
如何充分利用學員課堂之外的時間,提升學員信息化素質,即獲取、處理、運用信息的能力,同樣是一個值得思考的問題。筆者認為可以采用統分結合的教學模式,即在規定學時內按照課程標準統一授課,而在課外教學延伸時采用“因材施教、分流培養”的教學方式和手段,通過課堂內外不同教學環節的協調配合來提升教學效果。
課外延伸的分流培養方式主要有:(1) 課外開展具有針對性的講座。根據課堂教學的內容,與各專業的應用背景相結合,開展定期或不定期的專題講座。例如,面向計算機科學與技術專業開設的講座可以介紹數理邏輯在人工智能方面的應用;而在面向信息安全專業開設的講座中,則可以多講些代數系統方面的內容,以彌補課堂教學中這部分學時分配不足的遺憾。講座包括教員主講和學員報告,這樣既培養了學員查閱資料文獻的能力,又提高了學員學習的積極性。(2)布置以案例為驅動的專業特色明顯的大作業。針對專業應用背景,結合每次講座的內容布置大作業,并在大作業完成之后組織學員相互討論交流。例如讓信息安全專業的學員根據布爾運算構造簡單地加密解密系統。大作業最后可以以專題論文的形式提交,也可以以實驗報告的形式提交。完成大作業的過程既可以讓學員更深入地理解理論知識,又可以將理論聯系到實際,加深學員對本專業的認識。大作業的討論交流環節可以激發學員的學習興趣,增進學員對各專業的了解,開闊學員的視野。
(三)開展實踐教學
要積極研究、探索適合學員信息化素質提升的研討式、實驗式、開發任務牽引式、技能訓練式等培訓方法,把應用作為信息化素養訓練的重要環節。離散數學的理論性強而且抽象,可以通過增加實驗與實踐教學環節來體現理論與應用的緊密聯系。開展實踐教學是課堂教學的進一步延伸,在加深學員對課堂教學內容的理解和掌握的同時,培養學員自主分析問題和解決問題的能力。
(四)多元化的考核方式
課程結束后的總評成績不再是期末考試的一張試卷成績決定,而是更加多元化。通過平時課堂提問,考核學員獨立思考問題的能力;通過大作業和課程報告環節,考核學員查閱文獻資料和主動學習的能力;通過課程實踐環節,考核學員的分析解決問題能力和實踐能力;通過期末的課程考核,檢驗學員對所學知識的綜合運用和掌握程度。這種多元化的考核方式可以全面考查學員對所學基本知識的掌握情況和綜合應用能力。
為了更好地實現多元化的考核方式,擬在考核方法上進行如下改革探討:將對學員的考核分為三部分,即平時成績(20%)+大作業(20%)+期末考試(60%)。具體實施時,教員可以根據學員情況適當調節內容設置和比例。
三、結語
離散數學課程的教學改革應切實把握課程的特點,圍繞打牢基礎知識與注重創新能力培養,以轉變學員的學習方式為目的,以著眼學員終生發展為前提,激發學員的興趣和好奇心,充分調動學員的主觀能動性。為了提高教學質量和教學效果,我們還需要不斷地探索與實踐,為培養高素質的信息化軍事人才而服務。