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“复杂系统与不确定性”的教学实践

已有 4712 次阅读 2016-2-5 21:17 |个人分类:不确定性问题和算法讨论|系统分类:科研笔记| 复杂性, 不确定性, versus, 计算机理论教学

我一直希望尝试“不确定性问题理论(NP理论)”的教学,目的是启发学生,让他们意识到学校大量课程其实是属于P(确定性问题)性质的,即所学的知识、所做练习题,其陈述明确且有确定答案,然而这只是“树木”,后面却是NP(不确定性问题)的大森林,避免在认知上不知不觉地被误导到P=NP的错误方向,给学生提供了一个更广阔的学术视野,一方面有利于对理论课程的理解,与实际问题联系起来,更重要的是希望学生结束学业走入公司企业,面对NP森林感到要“从头学起”的困境时心里有所准备,。。。

我任教大四一门课:“研究入门”,课时26小时。此课比较特别,没有固定的教学程序,内容由授课老师自定,目的是引导学生发现和体会什么是研究,此课的自由度恰好给了我尝试NP理论教学的机会,希望对现在的计算机理论基础的教学能有所改进。

“研究”不同于“学习”的地方就在于确立自己作为研究者的主动性地位,所以我的目的不是让“学生”去“学习‘研究’”,而是让一个“学者”通过寻找研究目标而确立真正属于自己的研究,第一步就要让他们知道,对“树木”的“学习”是学生达到“森林”的必要道路,但作为一个真正的学者则是面对复杂的“森林”去确定自己的研究方向。NP理论是“复杂性”这个概念在理论上的一种严格研究,是我们研究领域中的“森林”。

去年,我讲授“复杂系统”,让学生二人一组做课题设计:自选一个复杂系统研究,阅读相关文献,结合上课的内容,分析和理解此系统的“复杂性”,从开阔学生眼界的角度,授课的效果还不错,但是学生的课题设计限于文献研读,缺乏实际体验。

今年,我继续讲授“复杂系统”,仍然让学生二人一组自选一个复杂系统研究,但是把重点放在借助复杂系统来认知NP上,为此要求学生必须做系统的模拟实验,模拟所需要的工具来自开源软件。学生们对此课题设计表现出难得的积极性,所作课题设计内容丰富,答辩刚刚结束,我将此课的实践初步整理与大家分享如下:

一,课程设计

课程主题:复杂系统与不确定性。

课程结构:课堂讲授,学生作自选的课题,课题答辩。

每次二小时的课,我先给学生讲解“复杂性与不确定性”相关的内容,然后让作学生自己的课题。学期中间,学生需交“第一阶段报告”,报告他们的选题和课题初步进展情况;学期结束,学生需交“正式报告”、答辩PPT文件。

二,课堂讲授

-“复杂性与不确定性”的背景

-“P versus NP”

-判定问题

-复杂性理论和不确定性理论

-案例分析示范:生命游戏

三,课题指南

学生的课题设计分二部分:文献研读和案例研究

1,文献研读

-阅读与“复杂系统与不确定性“相关的文献

2,案例研究

-介绍自选的复杂系统,其背景知识

-系统的结构和功能分析

-系统的行为模拟实验

-分析模拟实验结果,讨论系统的不确定性

-结论

我特别强调为什么需要做系统的行为模拟实验,让他们将之与熟悉的学习经验相比较。

四,学生自选的一些课题

-三维游戏“当个创世神(Minecraft)”的地盘生成

-博弈论中的“智猪博弈”

-博弈论中的“囚徒困境”

-人工智能中的医学机器人

-天气预报

-生物世界

-蚂蚁算法

-SAT问题与密码分析

-背包问题与密码分析

-股票市场

-量子物理的波粒二象性

-量子计算

在此课程的最初阶段,学生普遍感到困惑:不知我到底要他们做什么,学生的困难曾一度让自己怀疑此教学尝试的可行性,但是随着我逐渐阐释“复杂性”和“不确定性”,并用“生命游戏”和别的例子帮助解释,学生们慢慢进入了课题,后面的进展就相对容易了,。。。

在讲授“复杂性理论和不确定性理论”时,我从经典的系统论开始,讲到当代有代表性的埃德加·莫兰(Edgar Morin)的复杂性思维,最后讲到中国思想的“阴阳原理”,学生都能比较自然的接受。

总之,此教学过程本身就是充满“不确定性”的探索过程,虽然只是一个开端,却具有启发性、鼓励性的意义,。。。




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