淺析《算法導(dǎo)論與體系結(jié)構(gòu)》的教學(xué)改革

馬漢杰++馮杰++黃海

【摘 要】《算法導(dǎo)論與體系結(jié)構(gòu)》課程是電子信息技術(shù)類的基礎(chǔ)課程，但也比較強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性。本文針對當(dāng)前該課程教學(xué)中存在的問題，探索基于案例驅(qū)動的算法導(dǎo)論與體系結(jié)構(gòu)教學(xué)改革，探索算法導(dǎo)論與體系結(jié)構(gòu)教學(xué)中案例設(shè)計(jì)，并將其應(yīng)用于實(shí)際教學(xué)過程中。

【關(guān)鍵詞】算法 體系結(jié)構(gòu) 案例驅(qū)動 教學(xué)改革

IT技術(shù)已成為社會發(fā)展的主要核心技術(shù)之一，在過去短短的幾十年時(shí)間里，IT技術(shù)涉及通信領(lǐng)域（移動通信的交換設(shè)備、基站和手機(jī)、IP電話等）、消費(fèi)類電子設(shè)備（數(shù)字照相機(jī)、攝像機(jī)、機(jī)頂盒、家庭影院系統(tǒng)等）、機(jī)器人及各種自動控制系統(tǒng)等典型應(yīng)用，這些都離不開算法實(shí)現(xiàn)。對電子信息類學(xué)生而言，《算法導(dǎo)論與體系結(jié)構(gòu)》課程的開始，能夠使其了解和掌握算法與體系相關(guān)的實(shí)用技術(shù)。但是算法與體系結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展，其速度都超出我們的預(yù)料。同時(shí)，應(yīng)用的發(fā)展又不斷地對技術(shù)的發(fā)展提出許多新的更高的要求，形成一個相互促進(jìn)的良性循環(huán)。

1. 課程特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀

《算法導(dǎo)論與體系結(jié)構(gòu)》順應(yīng)這一發(fā)展方向而為電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)信號處理方向?qū)W生開設(shè)的專業(yè)課。但是就目前的課程內(nèi)容和教學(xué)體系來看，本課程雖然介紹了一些經(jīng)典算法相關(guān)的知識，但針對性不強(qiáng)，無法有效激發(fā)學(xué)生主觀能動性，而且當(dāng)前所采用教材主要還是以傳統(tǒng)理論，與本系其他課程如數(shù)字圖像處理、智能信息處理、模式識別等方面聯(lián)系不是很緊密，并且也不符合目前IT技術(shù)新的應(yīng)用特別是多媒體相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展方向。因此，如何利用《算法導(dǎo)論》課程平臺，使學(xué)生能對數(shù)字信號處理、數(shù)字圖像處理、模式識別等方面有一個更為深入的認(rèn)識，并使本專業(yè)畢業(yè)生具有利用實(shí)際算法解決實(shí)際問題的實(shí)踐能力是本教改項(xiàng)目所要解決的重要問題。

針對上述問題，從C語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)知識介紹入手，以面向應(yīng)用為導(dǎo)向進(jìn)行課程開發(fā)和設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐教學(xué)行動的過程屬性，按照典型的實(shí)踐項(xiàng)目開發(fā)過程邏輯編排課程內(nèi)容，設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，組織教學(xué)過程。通過該課程的實(shí)踐探索，開發(fā)一套行之有效的課程教學(xué)體系，進(jìn)而推廣到其他類似課程，全面提升學(xué)生的就業(yè)競爭能力

2. 算法導(dǎo)論與體系結(jié)構(gòu)教學(xué)中案例設(shè)計(jì)探索

在案例教學(xué)中，教師根據(jù)課堂教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容的需要，以現(xiàn)實(shí)生活中的一些應(yīng)用為藍(lán)本，通過設(shè)計(jì)具體教學(xué)案例，讓學(xué)生把自己納入案例場景，引導(dǎo)學(xué)生參與分析、討論、實(shí)踐等，通過討論或者研討來進(jìn)行學(xué)習(xí)的一種教學(xué)方法。

案例教學(xué)首先要有明確的教學(xué)計(jì)劃，主要包括特定的教學(xué)對象、明確的教學(xué)目的、具體追求的教學(xué)效果和對教學(xué)過程的整體設(shè)計(jì)及其控制。課程教學(xué)中所使用的案例既不是編出來講道理的故事，也不是寫出來闡明事實(shí)的事例，而是為了達(dá)成明確的教學(xué)目的，基于一定的事實(shí)而編寫的故事。

在《算法導(dǎo)論與體系結(jié)構(gòu)》課程中，我們采用了以下幾個方面來探索案例設(shè)計(jì)：

2.1 課程定位與目標(biāo)

《算法導(dǎo)論與體系結(jié)構(gòu)》在強(qiáng)調(diào)算法原理的基礎(chǔ)理論的同時(shí)，與實(shí)踐和應(yīng)用緊密結(jié)合，在教學(xué)中占有舉足輕重的地位。在課程設(shè)計(jì)上本著以“實(shí)際、實(shí)用、實(shí)踐”為原則，淡化理論知識，突出應(yīng)用技術(shù)。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生較系統(tǒng)地掌握算法開發(fā)編程環(huán)境，對其編程語言和開發(fā)流程有基本的了解，具備基本的算法設(shè)計(jì)開發(fā)與實(shí)現(xiàn)能力。

以應(yīng)用實(shí)踐引領(lǐng)知識、技能和態(tài)度，讓學(xué)生在完成具體應(yīng)用的過程中學(xué)習(xí)相關(guān)知識，發(fā)展學(xué)生的綜合能力；掌握用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的方法與手段，增強(qiáng)對各種問題能以多角度探尋解決問題的道路的素質(zhì)；并具有良好的科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新精神，合理地提出新思想、新概念、新方法的素養(yǎng)。

2.2課程內(nèi)容與教學(xué)設(shè)計(jì)

《算法導(dǎo)論與體系結(jié)構(gòu)》課程的內(nèi)容設(shè)計(jì)應(yīng)體現(xiàn)連續(xù)性、實(shí)用性和前沿性，旨在使學(xué)生了解業(yè)界最新的算法技術(shù)發(fā)展動態(tài)和發(fā)展方向并具備一定的實(shí)踐能力，因此必須緊跟國際潮流重新選擇課程內(nèi)容。另外，由于學(xué)生在之前的學(xué)習(xí)過程中已經(jīng)修完了數(shù)字信號處理、數(shù)字圖像處理等必修課程，也有模式識別、機(jī)器視覺和多媒體技術(shù)之類的選修課程，因此在教學(xué)設(shè)計(jì)中也充分考慮與前面的課程相融合，從實(shí)際的角度來鞏固所學(xué)知識。同時(shí)也注重教學(xué)內(nèi)容的實(shí)用性和針對性，以實(shí)踐性知識為主，陳述性知識為輔，使學(xué)生能更充分地了解相關(guān)算法在各個領(lǐng)域的應(yīng)用狀況。

在教材內(nèi)容的篩選上，盡量選用近兩年比較新的教材作為主要教材，以在網(wǎng)絡(luò)中及時(shí)更新的IT公司筆試題目作為輔助材料，并將算法應(yīng)用的成熟案例（如業(yè)界比較成熟的方案或自己的橫向課題）作為實(shí)例介紹給學(xué)生。力求選擇的案例來自生產(chǎn)實(shí)際，同時(shí)充分考慮其復(fù)雜度和實(shí)用性，以保證學(xué)生在完成時(shí)態(tài)度認(rèn)真，并能有效促進(jìn)學(xué)生興趣，拓展學(xué)生能力。

在教學(xué)方法上，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體、以教師為引導(dǎo)，將理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)集成化，使課堂學(xué)習(xí)融“教、學(xué)、做”為一體。在教學(xué)過程中注重學(xué)生學(xué)習(xí)方案的設(shè)計(jì)，運(yùn)用自學(xué)、講授、答辯、咨詢、示范、操作多種形式進(jìn)行教學(xué)。在具體的教學(xué)方案中要注重目標(biāo)、過程、情感、結(jié)果的設(shè)置，充分調(diào)動學(xué)生個體和班、組團(tuán)體的主觀能動性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生能力得到全面的發(fā)展和提高。

2.3實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

在前期的課程如數(shù)字圖像處理、智能信息處理等都具有相應(yīng)的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，在這一環(huán)節(jié)中，學(xué)生會根據(jù)教師要求用Matlab或C語言實(shí)現(xiàn)一個比較系統(tǒng)的算法或方案。而在《算法導(dǎo)論與體系結(jié)構(gòu)》的實(shí)踐環(huán)節(jié)，可以充分利用這些算法或方案設(shè)計(jì)的結(jié)果，與實(shí)際的IT應(yīng)用相結(jié)合，讓學(xué)生真正體會算法是如何實(shí)現(xiàn)的。選擇比較成熟的項(xiàng)目或案例都，可以充分地把理論知識、實(shí)踐技能與實(shí)際應(yīng)用環(huán)境結(jié)合在一起。在課程實(shí)踐過程中要充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，給學(xué)生以足夠發(fā)揮的空間，讓學(xué)生真正動起來，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力、自我控制與管理能力、做計(jì)劃的能力和評價(jià)的能力。同時(shí)，以小組協(xié)作式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，有利于發(fā)揮學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)調(diào)人際關(guān)系能力，增強(qiáng)社會責(zé)任感。通過完成典型項(xiàng)目或任務(wù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)，使之獲得完成工作任務(wù)所需要的綜合能力，提高自身素質(zhì)。

2.4 教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)

在《算法導(dǎo)論與體系結(jié)構(gòu)》課程建設(shè)的教師團(tuán)隊(duì)中，進(jìn)一步加強(qiáng)與行業(yè)、企業(yè)及各種社會教育資源的深度合作，選擇長期在一線從事相關(guān)科研工作的教師作為主體，同時(shí)邀請業(yè)界資深技術(shù)人員做補(bǔ)充。教師團(tuán)隊(duì)自于實(shí)際企業(yè)，有著豐富的、實(shí)實(shí)在在的企業(yè)生產(chǎn)、管理經(jīng)驗(yàn)，這些教師的經(jīng)歷本身就是很好的案例。業(yè)界專業(yè)人士參與實(shí)踐課程設(shè)計(jì)，直接走上講臺，把技術(shù)開發(fā)崗位中需要的技術(shù)能力以及開發(fā)過程真實(shí)的描述出來，加深學(xué)生融入案例場景。

3. 結(jié)語

《算法導(dǎo)論與體系結(jié)構(gòu)》課程是電子信息技術(shù)類的基礎(chǔ)課程，但也比較強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性。一定要與當(dāng)前飛速發(fā)展的機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘等IT技術(shù)相結(jié)合，將導(dǎo)航、機(jī)器人、移動互聯(lián)網(wǎng)等實(shí)際應(yīng)用加入案例，才能不斷完善該課程教學(xué)內(nèi)容，提高案例教學(xué)效果。

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