《計算機算法設計與分析》教學方法探究

馬昌威

(阿壩師范高等專科學校，四川，623002)

伴隨著計算機的應用日漸廣泛，信息技術也相繼在全球范圍內(nèi)應用起來，隨之而來是，各種應用軟件的需求量的增加。如何在最短的時間內(nèi)，以最低的成本，開發(fā)出符合實際需要的應用軟件，是軟件開發(fā)的主要任務。一個高效且符合實際需要的軟件，在設計中，不僅需要耗費技巧的編程，同時高效的算法和合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也非常重要，而這正是由于計算機算法設計的主要研究內(nèi)容。為此，《計算機算法分析與分析》是高校計算機專業(yè)高年級學生所必須掌握的一門知識，同時也是系統(tǒng)工程、管理信息以及應用數(shù)學等非計算機專業(yè)需要學習的一門課程。該課程主要是通過對計算機算法進行系統(tǒng)的研究，來幫助學生掌握計算機算法的設計，以及對計算機算法進行分析的能力，為將來算法的設計奠定基礎。

1 教學內(nèi)容的選擇

計算機算法設計與分析這門課程主要難在，需要學生在對算法設計基本思想充分理解后，并以此為基礎進行舉一反三，且對靈活思維有非常高的要求，死記硬背是無法掌握該課程的。為了能夠使學生對該課程的興趣得到激發(fā)，關鍵在于教師課程內(nèi)容的選擇。筆者認為在教學內(nèi)容的選擇上，應以“難度適中，實際與理論應有并重?！?/p>

1.1 難度適中

首先，我們在考慮學生所掌握的知識時，應對學生的層次進行設置，不同的學生層次所采用的教學內(nèi)容當然有所差異。對高年紀以及基礎較好的學生，則教學內(nèi)容則應以經(jīng)典算法設計的講解為主，其中應包括動態(tài)規(guī)劃、遞歸與分治策略、回溯法、貪心算法以及分支限界法。相對來說，這方面知識的難度較為適中。并以此為基礎，適當對教學內(nèi)容進行擴展，例如：并行算法、現(xiàn)代啟發(fā)式算法那、分布式計算以及網(wǎng)格計算等知識的講解。而針對基礎知識較弱的學生來說，由于他們所掌握的基礎知識層次不同，故在教學中應適當增加基礎知識，并適當安排課時重新對基礎知識進行講解，再以此為基礎，對相關知識進行擴展。

1.2 理論與實際應用并重

在向?qū)W生傳授算法設計思想的過程中，教師一定要注意實際與理論并重。無論是何種算法設計，都必然存在諸多問題，在對策略進行講解時，應通過較為典型的實例來進行分析，這不僅可使抽象的理論知識形象化，同時還可以通過實例來吸引學生的興趣，再以此來對算法策略基本思想進行總結(jié)，然后逐漸延伸出其它例子，對其共性進行總結(jié)。例如：在學習動態(tài)規(guī)劃法時，需要對最長公共序列、矩陣連乘問題、電路布線、最大子段和、流水作業(yè)調(diào)度以及圖像壓縮等進行分析。在對該算法進行講解的過程中，應當重點對矩陣連乘問題的動態(tài)規(guī)劃算法進行講解，使學生能夠?qū)λ惴ㄔO計有初步的認識，再隨著問題的深入，使學生在實例分析中，理解動態(tài)規(guī)劃算法。

2 教學方法與教學手段

筆者認為在該課程的教學中，應打破傳統(tǒng)教育模式，結(jié)合啟發(fā)式、自學兩種教學方法，輔以實驗課程的配合，可大大有效調(diào)動學生的學習興趣，并達到較好的教學目的。

2.1 打破傳統(tǒng)教學，促進學生學習興趣

在教學中，通過靈活多樣的教學方法來提高學生的主動性和積極性，是達到教學目的的關鍵。培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，可讓學生的創(chuàng)造力得到提升，同時學習算法設計也有著重要作用。教學工作中，教師應當有意識地去加強學生的創(chuàng)新思維，引導學生靈活思維，舉一反三。例如：我們可用導彈防御系統(tǒng)為實例來幫助學生對動態(tài)規(guī)劃問題進行理解，并提出如何對敵國導彈入侵進行防御的問題。啟發(fā)學生自行調(diào)動思維，去考慮這個實際問題如何通過動態(tài)規(guī)劃算法實現(xiàn)，進而在問題解決中掌握算法的知識。教師在知識講解時，可通過問題式、啟發(fā)式以及參與式等方法來充實教學知識，讓理論知識能夠融合到實際中，讓實際來展現(xiàn)理論知識，使學生的邏輯思維能力得到不斷強化，自主學習能力得到提高。與此同時，在實施教學時，我們應始終堅持“以學生為本，讓學生做學習的主人”為教學原則。相比之下，大學的思維已經(jīng)較為成熟，且具備了解決和分析問題的能力。為此，課堂中教師可通過課堂討論以及課前收集資料等方法相結(jié)合的方式來開展。同時結(jié)合問題引導，來刺激學生的求知欲望；分組討論則可使學生都參與到課堂學習中，有助于學生之間的溝通交流，帶動思維的靈活變化，讓學生能夠?qū)﹄y點和重點進行感知，進而逐漸掌握算法的精髓。

2.2 教學過程

本文以筆者課堂中開展貪心算法的教學過程為例，對課程的教學方法進行分析，主要是通過以下五大環(huán)節(jié)來實現(xiàn)教學內(nèi)容的推進，取得了非常好的實際成效。

2.2.1 新課導入

筆者根據(jù)學生的基礎知識水平，結(jié)合生活實例，提出了“找零錢問題”這一實例，來引導學生進入貪心算法的課程中。例：[找零錢]某超市內(nèi)，小孩選購了一些糖，但總面值不足10 元，小孩拿出10 元交給售貨員。售貨員如何以數(shù)目最少的貨幣來找補。柜臺所有面值數(shù)目均較為充足，求解售貨員如何分步驟來完成零錢找補，每次僅需加入一張貨幣。

通過實際問題的聯(lián)系，學生的思維自然而然被調(diào)動起來，也成功將學生的好奇心帶動了起來，唯有產(chǎn)生了興趣，才能夠真正將學生帶入到算法研究的學習中，進而主動去學習、去分析問題、掌握問題。

2.2.2 創(chuàng)設情境

將問題拋給學生，讓他們自己去分析問題，探討問題的解決方法與途徑。得出：每次在對零錢進行選擇時，都盡可能選擇最大的面值。為保證解法的可行性（即：能夠正確完成零錢的找補），故在對硬幣進行選擇時，不能夠使零錢總數(shù)大于最終所需的數(shù)目。在找補的過程中，大多以直覺來進行零錢的找補，且使其貨幣數(shù)目能夠最少，至少應當確保其能夠滿足數(shù)量達到最少。教師在對得出結(jié)論進行點撥時，提出：“該問題的分析，我們就用到貪心算法的基本思想。”在對上述問題分析的過程中，盡管教師并未提出貪心算法的相關知識，但卻讓學生在實際例子的分析中，對貪心算法的基本思想進行總結(jié)，且有了非常清晰的條理。

2.2.3 任務實施

此階段，筆者主要是通過自主探究、分組寫作以及教師引導這三大環(huán)節(jié)來實現(xiàn)課程的推進。主要采取的措施如下：教師對情境進行創(chuàng)設，讓學生能夠依照所創(chuàng)設的情境自行提出問題，再通過合作學習來分析問題，同時輔以分組交流，讓學生各抒己見，最后，教師再通過參與到討論中，對課堂內(nèi)容進行總結(jié)。

2.2.4 任務評價

課后主要是通過實踐來對學生的掌握情況進行判斷評價。在這個階段，教師同樣需要以實際例子來引導學生，讓學生判斷實例所能夠用到的最佳算法，在這個過程中，還可以建立數(shù)學模型，再結(jié)合編程來實現(xiàn)模型的構(gòu)建。

2.2.5 小結(jié)與作業(yè)

課后作業(yè)能夠使學生的對所學過的知識進行總結(jié)回顧，即個體作業(yè)和小組作業(yè)，最低要求必須完成個體作業(yè)的實驗，即選擇某些經(jīng)典問題，采用不同算法實現(xiàn)，輸入大量數(shù)據(jù)，測試程序運行時間，與理論結(jié)果進行比較。如旅行商問題問題，可以選用回溯法、分支限界法等算法，將三個算法的實際執(zhí)行時間進行比較，從實驗結(jié)果證明理論分析的正確性。小組作業(yè)是在個體作業(yè)完成的前提下，提出一個綜合性問題，利用所學的知識，設計出新的算法，并用實驗模擬驗證。

3 結(jié)論

《計算機設計與分析》是相關專業(yè)學習的基礎課程之一，該門課程盡管以理論知識為主，使得不少學生對其了解出現(xiàn)誤差，提不起學習興趣，導致學習進度和教學目標嚴重滯后。教師在教學中如何通過有效措施，激發(fā)學生的學習興趣，改變對該課程的認知，讓學生掌握各種經(jīng)典算法的基本思想，為將來的實際應用打下基礎是工作的主要任務。

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