王東，林宏，左欣

摘? 要： 探索“算法設(shè)計(jì)與分析”課程的一系列教學(xué)改革措施。將“對(duì)分課堂”的新型教學(xué)理念、教學(xué)方法和評(píng)價(jià)手段融入到教學(xué)過(guò)程中，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)靈活使用對(duì)分策略;以程序設(shè)計(jì)輔助教學(xué)系統(tǒng)為支撐，完成課程過(guò)程性考核評(píng)價(jià);建設(shè)優(yōu)質(zhì)課程試題庫(kù)、課程資源及拓展學(xué)習(xí)平臺(tái)，為學(xué)生提供全面、持續(xù)的學(xué)習(xí)服務(wù)。教學(xué)實(shí)踐證明，這些改革舉措取得較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞： 算法設(shè)計(jì)與分析; 對(duì)分課堂; 教學(xué)改革; 過(guò)程性考核

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?文章編號(hào)：1006-8228（2022）01-107-03

Exploration on the reform for "Algorithm Design and Analysis" course teaching

Wang Dong， Lin Hong， Zuo Xin

（Guizhou Education University， Guiyang， Guizhou 550018， China）

Abstract： A series of teaching reform measures for the "Algorithm Design and Analysis" course are explored. Integrate the new teaching concept， teaching methods and evaluation means of PAD Classroom into the teaching process， and flexibly use the split strategy according to the characteristics of teaching content; Complete the process assessment and evaluation of the course with the support of Programming Teaching Assistant system; Build a high-quality course question bank， course resources and expand the learning platform to provide students with comprehensive and continuous learning services. Teaching practice has proved that these reform measures have achieved good teaching results.

Key words： Algorithm Design and Analysis; PAD Classroom; teaching reform; process assessment and evaluation

0 引言

“算法設(shè)計(jì)與分析”課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門核心基礎(chǔ)課程，是“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的進(jìn)一步延伸和提升，內(nèi)容包括遞歸、分治策略、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、貪心算法、回溯法等[1]。“算法設(shè)計(jì)與分析”課程的主要目的是通過(guò)系統(tǒng)地學(xué)習(xí)算法設(shè)計(jì)的主要思想，培養(yǎng)算法設(shè)計(jì)和分析的能力，為學(xué)生利用算法解決計(jì)算機(jī)及其他學(xué)科實(shí)際問(wèn)題奠定基礎(chǔ)[2]。該課程的特點(diǎn)是理論性強(qiáng)、概念抽象、知識(shí)點(diǎn)廣、需要較扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)[3]，這使得教師既不好教，學(xué)生也不好學(xué)。

在“算法設(shè)計(jì)與分析”課程的傳統(tǒng)教學(xué)流程中，教學(xué)活動(dòng)是以教師為中心，授課教師在課堂上完成教學(xué)內(nèi)容的展示，給學(xué)生講解經(jīng)典算法的代碼，學(xué)生是被動(dòng)的“聽(tīng)中學(xué)”[4]。這種幾乎全程講授的教學(xué)模式下，師生之間基本無(wú)互動(dòng)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中如有不理解之處，就容易產(chǎn)生畏難情緒，學(xué)習(xí)主動(dòng)性就會(huì)越來(lái)越差，這樣的教學(xué)效果不甚理想。因此，如何改變教學(xué)模式，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，提高“算法設(shè)計(jì)與分析”課程的教學(xué)效果，是教師在教學(xué)實(shí)踐中必須思考和探索的問(wèn)題。我們?cè)凇八惴ㄔO(shè)計(jì)與分析”課程的教學(xué)實(shí)踐中采用了近年被廣泛應(yīng)用的“對(duì)分課堂”新型教學(xué)模式，取得了較好成效。以下討論在教學(xué)實(shí)踐中采取的一些改革舉措。

1 引入對(duì)分課堂教學(xué)模式

“對(duì)分課堂”是一種立足中國(guó)教育實(shí)情，以教育心理學(xué)理論為依據(jù)的新型教學(xué)模式，是傳統(tǒng)課堂與自主課堂的折中融合。其核心理念是將課堂時(shí)間一分為二，一半留給教師講授，一半留給學(xué)生進(jìn)行討論，實(shí)質(zhì)上是在講授（Presentation）和討論（Discussion）之間引入一個(gè)心理學(xué)中的內(nèi)化（Assimilation）環(huán)節(jié)，讓學(xué)生對(duì)講授內(nèi)容進(jìn)行吸收之后，有備而來(lái)地參與討論，簡(jiǎn)稱為 PAD課堂[5]。“對(duì)分課堂”是一種適合我國(guó)教育歷史文化背景的新型教學(xué)模式，該教學(xué)模式并不排斥講授法，它強(qiáng)調(diào)先教后學(xué)，合作探究[6]。任何一項(xiàng)新內(nèi)容的學(xué)習(xí)，都是從講授開(kāi)始，教師精講留白，充分而不過(guò)分地引導(dǎo);然后學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)，小組討論，全班交流。這種兩階段的學(xué)習(xí)通過(guò)“對(duì)分”的形式克服講授式教學(xué)中學(xué)生被動(dòng)接受的現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生參與課堂教學(xué)活動(dòng)，使學(xué)生通過(guò)聽(tīng)課、自學(xué)、作業(yè)、討論等方式對(duì)知識(shí)進(jìn)行積極建構(gòu)，增加教學(xué)中的師生交流與生生溝通，使教師和學(xué)生在教學(xué)中都發(fā)揮作用。

我們?cè)诮虒W(xué)中使用了PAD教學(xué)法。

從“算法設(shè)計(jì)與分析”課程的教學(xué)內(nèi)容看，每一章大致學(xué)習(xí)一種算法策略，首先對(duì)算法策略的基本思想、原理、基本性質(zhì)、算法框架進(jìn)行介紹，然后圍繞一系列經(jīng)典案例學(xué)習(xí)，每個(gè)案例按問(wèn)題描述、問(wèn)題分析、算法設(shè)計(jì)、算法實(shí)現(xiàn)、算法分析幾個(gè)步驟依次展開(kāi)。對(duì)每個(gè)算法策略的基本思想、原理及性質(zhì)，每個(gè)案例的問(wèn)題描述及基本分析，案例算法的基本設(shè)計(jì)思路和算法實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵要點(diǎn)由教師精講。算法的具體實(shí)現(xiàn)通過(guò)分組討論、合作探究共同完成。兩階段如何“對(duì)分”則根據(jù)案例的復(fù)雜程度選擇不同對(duì)分策略。對(duì)于比較通俗易懂的案例，采用“當(dāng)堂對(duì)分”的策略，以相鄰座位自然分組，每個(gè)小組自由交流討論、互相幫助。這樣不但可以對(duì)學(xué)生因勢(shì)利導(dǎo)、適時(shí)點(diǎn)撥，而且可以及時(shí)獲得學(xué)生學(xué)習(xí)效果的反饋信息。對(duì)于較為抽象、復(fù)雜的案例則使用“隔堂對(duì)分”策略，讓學(xué)生有充足的時(shí)間進(jìn)行知識(shí)內(nèi)化、吸收，教師將算法實(shí)現(xiàn)布置成課后作業(yè)，讓學(xué)生在課后完成，此間鼓勵(lì)小組間互助交流，教師通過(guò)輔助教學(xué)平臺(tái)以PDA“亮考幫”的形式收集學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題。對(duì)于共性的問(wèn)題，在下一次課內(nèi)組織交流討論，或由教師補(bǔ)充講解。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

“算法設(shè)計(jì)與分析”是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，其實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有舉足輕重的作用。傳統(tǒng)的算法課程教學(xué)普遍存在實(shí)驗(yàn)教學(xué)不夠深入全面的問(wèn)題，主要體現(xiàn)在教學(xué)以理論為主，實(shí)踐不足，學(xué)生的學(xué)習(xí)主要是“聽(tīng)課”，課后很少做編程練習(xí)。在實(shí)驗(yàn)課中，又主要以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，缺少設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生很容易找到現(xiàn)存答案。另外，對(duì)實(shí)驗(yàn)作業(yè)的測(cè)評(píng)仍比較傳統(tǒng)，由學(xué)生提交紙質(zhì)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，學(xué)生之間的抄襲比較嚴(yán)重，教師批改工作量大，反饋滯后。

我們?cè)趯?shí)驗(yàn)教學(xué)中采取了一些針對(duì)性的舉措。首先，在課程學(xué)時(shí)構(gòu)成上，將實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)完全獨(dú)立成一門課程來(lái)開(kāi)設(shè)，有獨(dú)立的學(xué)時(shí)學(xué)分要求，有專門的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)課考核標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)課與理論課處于同等重要的位置，實(shí)驗(yàn)課考核不合格同樣需要重修，這一定程度上會(huì)提高學(xué)生的重視程度。其次，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容適當(dāng)增加設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)。除頻繁見(jiàn)到的題目之外，使用從實(shí)際項(xiàng)目中凝練出的實(shí)驗(yàn)題目。一方面，這樣的題目新穎且難易俱備，很難從網(wǎng)上和課本上找到現(xiàn)存答案，能對(duì)學(xué)生有更全面的鍛煉和考核。另一方面，讓學(xué)生了解到實(shí)際問(wèn)題，學(xué)生會(huì)感受到“算法設(shè)計(jì)與分析”課程的實(shí)用價(jià)值，有利于提高學(xué)習(xí)積極性和培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)。

此外，使用程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱PTA）開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，該系統(tǒng)能非常方便地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)任務(wù)布置和組織測(cè)試，具有強(qiáng)大的自動(dòng)測(cè)評(píng)、查重與監(jiān)考等功能，該教學(xué)平臺(tái)不僅能減少教師批改實(shí)驗(yàn)作業(yè)的工作量，而且能快速獲得學(xué)習(xí)反饋[7]。有了PTA系統(tǒng)的支持，除了實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)之外，鼓勵(lì)學(xué)生課后利用空余時(shí)間在PTA系統(tǒng)上做題進(jìn)行鍛煉，學(xué)生有更多的時(shí)間仔細(xì)思考問(wèn)題，并且可以相互討論、協(xié)作完成，這樣更有利于鍛煉學(xué)生解決實(shí)際復(fù)雜問(wèn)題的能力。

3 課程考核評(píng)價(jià)改革

科學(xué)的考核評(píng)價(jià)方法對(duì)促進(jìn)和激勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)具有很強(qiáng)的導(dǎo)向作用。傳統(tǒng)課程考核評(píng)價(jià)常采用以期末考試成績(jī)?yōu)橹鞯慕K結(jié)性評(píng)價(jià)，這種評(píng)價(jià)方式下，學(xué)生平時(shí)的上課出勤率低，常常搞考前突擊，這種課程考核實(shí)際上是過(guò)于強(qiáng)調(diào)結(jié)果而忽視過(guò)程，并非真正的素質(zhì)教育。在“對(duì)分課程”教學(xué)模式下，應(yīng)改變課程考核機(jī)制，以過(guò)程考核為重點(diǎn)，采用更加全面、立體的課程考核方式，讓課程考核較好的發(fā)揮出診斷、導(dǎo)向、調(diào)控、激勵(lì)的功能。

我們首先將課程考核分為平時(shí)綜合和期末考試兩部分，兩部分各占50%。平時(shí)綜合由課前測(cè)試、課堂練習(xí)、課后作業(yè)、其他測(cè)試、上課出勤以及加分項(xiàng)目構(gòu)成。其中，課前測(cè)試為每次上課前使用十分鐘時(shí)間進(jìn)行測(cè)試，課前測(cè)試的目標(biāo)為考查學(xué)生對(duì)上一次課學(xué)習(xí)內(nèi)容的撐握情況。課前測(cè)試時(shí)間較短，測(cè)試內(nèi)容的選取至關(guān)重要，題型上不宜選擇函數(shù)題和編程題，因?yàn)橐皇亲鲞@兩種題型所花的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，二是這兩種題型容易在網(wǎng)上搜到答案。程序填空題則是課前測(cè)試的最佳題型，該題型將案例算法代碼完全展現(xiàn)，又在關(guān)鍵之處留白。若學(xué)生理解了算法的實(shí)現(xiàn)思路，較容易將空白處補(bǔ)充完整，反之則很難做正確。通過(guò)課前測(cè)試，可以在第一時(shí)間了解學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的掌握情況。

課堂練習(xí)安排在教師講授后的獨(dú)學(xué)和小組交流階段完成，題型以函數(shù)題為主。函數(shù)題的主函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義、輸入輸出由系統(tǒng)給出，學(xué)生只需實(shí)現(xiàn)函數(shù)接口部分。課后作業(yè)為每一章的擴(kuò)展練習(xí)，作業(yè)量較多，以編程題為主，完成時(shí)限從每一章第一次課開(kāi)始到本章最后一次課結(jié)束，學(xué)生有較充足的思考時(shí)間。其他測(cè)試則靈活安排，比如單元測(cè)試、期中測(cè)試。學(xué)生上課出勤情況也是課程考核評(píng)價(jià)的指標(biāo)之一，出勤率可由課前測(cè)試導(dǎo)出，無(wú)需額外花時(shí)間清點(diǎn)上課人數(shù)。平時(shí)綜合的幾個(gè)部分適當(dāng)分配占比權(quán)重，在開(kāi)學(xué)第一次課時(shí)就向?qū)W生公布。

課程考核中的期末考試采用在線測(cè)評(píng)系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)考，題型及試題綜合考慮覆蓋度及難易度，這一部分的考核一般是由學(xué)校統(tǒng)一組織，考核的組織比較嚴(yán)格，考試時(shí)使用測(cè)評(píng)系統(tǒng)的防作弊功能，考核結(jié)果能比較真實(shí)的反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。另外，為提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，附加了一些加分項(xiàng)目，如：課程學(xué)習(xí)期間獲得軟件設(shè)計(jì)師證書(shū)、取得MOOC優(yōu)秀證書(shū)、參加ACM-ICPC競(jìng)賽獲獎(jiǎng)均可獲得不同程度的加分[8]。

4 加強(qiáng)課程資源建設(shè)

為強(qiáng)化學(xué)生隔堂學(xué)習(xí)的內(nèi)化過(guò)程，及時(shí)偵測(cè)學(xué)習(xí)效果，獲得學(xué)習(xí)反饋，大量的練習(xí)、測(cè)試是必不可少的。為此，需要建設(shè)高質(zhì)量的試題庫(kù)，才能滿足教學(xué)活動(dòng)的需要。

首先，試題要能覆蓋不同層次的學(xué)生，要搜集具有一定趣味性、使用不同算法設(shè)計(jì)策略、具有不同難度等級(jí)的試題。這要求試題要有一定的數(shù)量。其次，從試題的搜集來(lái)源看，可以從全國(guó)青少年信息學(xué)奧賽、ACM-ICPC競(jìng)賽題、程序競(jìng)賽題、公司面試題、教科書(shū)中的經(jīng)典問(wèn)題以及實(shí)際項(xiàng)目中產(chǎn)生的算法題中選取。第三，題型選擇上，盡可能為每個(gè)試題都建立三種題型：程序填空題、函數(shù)題和編程題，這樣可以滿足不同教學(xué)場(chǎng)景的應(yīng)用需求，比如在課前測(cè)試中主要使用程序填空題，課堂練習(xí)中主要使用函數(shù)題，而課外作業(yè)以編程題為主。

除試題庫(kù)建設(shè)外，其他課程資源或?qū)W習(xí)設(shè)施也能幫助和促進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。我們整合教研室力量，精心制作課程微課及其資源，形成“微課教學(xué)資源包”，建設(shè)支撐微課展播的小程序?qū)W習(xí)平臺(tái)，進(jìn)一步拓展了課程的學(xué)習(xí)空間。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)“算法設(shè)計(jì)與分析”教學(xué)實(shí)踐中采取的一些改革舉措進(jìn)行了闡述。分別從引入“對(duì)分課堂”教學(xué)模式、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革、課程考核評(píng)價(jià)改革和課程資源建設(shè)四方面進(jìn)行了探討。這些改革舉措在教學(xué)實(shí)踐中已取得良好成效，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到了提高，課堂教學(xué)的互動(dòng)性得到增強(qiáng)，學(xué)生的實(shí)踐能力有了明顯進(jìn)步，部分學(xué)生在課程學(xué)習(xí)期間參加各級(jí)程序競(jìng)賽獲獎(jiǎng)，部分學(xué)生取得軟件設(shè)計(jì)師證書(shū)。下一步將在教學(xué)實(shí)踐中對(duì)各項(xiàng)改革舉措繼續(xù)進(jìn)行驗(yàn)證、總結(jié)與改進(jìn)，形成更加精細(xì)、有效的實(shí)施方案。

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