算法設計與分析課程教學改革

何迎生　段明秀　周鐵　王從銀

摘 要 算法是計算機的“靈魂”，《算法設計與分析》對軟件開發(fā)有著不可替代的作用。針對該課程目前教學的實際情況和存在的問題，筆者結合多年教學經(jīng)驗 ，對課程的教學內(nèi)容、教學方法等進行改革，并且應用項目驅(qū)動式教學方法對該課程的實踐教學進行改革。

關鍵詞 算法設計與分析 算法 教學內(nèi)容 教學方法 實踐教學

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A

算法是計算機的“靈魂”，它決定了計算機軟件性能的優(yōu)劣，因此，《算法設計與分析》是計算機科學與技術、軟件工程等信息類相關專業(yè)重要的基礎課程和核心課程。通過該課程的學習，讓學生掌握算法設計的基本策略，理解和掌握算法設計的主要方法，培養(yǎng)學生對算法的復雜性進行正確分析的能力、獨立分析和解決問題的能力，為將來從事軟件設計與開發(fā)或相關領域科學研究工作奠定堅實的基礎。

1算法設計與分析課程教學存在的問題

在多年的課程教學過程中，筆者發(fā)現(xiàn)有相當一部分學生對該課程的認識不夠，學習熱情不高，缺乏學習的主動性，甚至對該課程在計算機人才培養(yǎng)中的地位產(chǎn)生懷疑，由于這些問題的存在，從而導致課程教學效果不佳，課程的教學很難達到預期的目標。經(jīng)過調(diào)查和分析，我們發(fā)現(xiàn)造成這一狀況的原因主要表現(xiàn)為以下幾點：

（1）課程對先修課程的要求高：該課程需要學生具有較好的c/c++程序設計、離散數(shù)學、計算數(shù)學、數(shù)據(jù)結構等先修課程的基礎。學生必須扎實掌握這些課程的基礎知識后，才能更好的進行算法的設計及實現(xiàn)。

（2）課程知識點多，內(nèi)容抽象，難度大： 本課程涉及大量的算法設計技術和方法，例如遞歸技術與分治法、貪心法、動態(tài)規(guī)劃法、回溯法、分支限界法等，而且都比較抽象，同時靈活性強，因此學生很難掌握。

2改革措施

為了讓學生更好的掌握算法設計方法，并且靈活運用這些方法解決實際問題，結合筆者多年的教學實踐經(jīng)驗，在教學內(nèi)容的選擇、教學方法的改進、實踐教學內(nèi)容的組織等方面進行了一些探索和改革，并取得了較好的效果。

2.1針對學生的實際情況，合理的選擇教學內(nèi)容

由于受生源質(zhì)量和前期基礎課程學習情況的影響，我校計算機專業(yè)學生離《算法設計與分析》課程對理論知識和編程能力的要求有一定的距離，因此選擇合適的教學內(nèi)容對提高教學效果就起著決定性的作用。我們的整體思路是“寧缺勿濫，精講細講，舉一反三”。

2.2采用多種教學方法，提高教學質(zhì)量

（1）采用案例教學法，讓抽象地算法具體化，激發(fā)學生學習興趣。

從實際的案例出發(fā)引入算法問題，通過抽象與總結，使得抽象的算法變得具體，拉近課程與現(xiàn)實的距離，激發(fā)學生的學習興趣。例如在講解時間復雜度和空間復雜度時，我們以百度之星的嘟嘟熊數(shù)列為實例進行講解?？吹竭@道題時，學生最容易想到的是常規(guī)的窮舉法，其時間復雜度O（n）。此時可以提問學生該方法有何缺陷有學生提出當n為109時存儲空間過大，于是進一步啟發(fā)學生應該如何去解決。通過引導，最后發(fā)現(xiàn)數(shù)列只會出現(xiàn)2種循環(huán)節(jié)：1123581347和1459，序列的非循環(huán)字符最多20位，開辟的存儲空間30個足夠，算法的復雜度為0。通過此例的講解學生對時間復雜度就有了深刻的理解，顯然比純粹的介紹概念要生動得多。

（2）利用知識的相互聯(lián)系，為新知識的講解尋找一個切入點。

在講解知識點時，先從學生熟悉的內(nèi)容出發(fā)，引入課程的知識要點，讓學生既了解課程間的相互聯(lián)系，又找到了知識的應用領域，通過知識的相互聯(lián)系，降低學習難度，培養(yǎng)學習興趣。例如在講解大整數(shù)乘法前，可以先引入RSA加密算法，既拓寬了知識面，又讓學生知道了大整數(shù)乘法的實際應用領域，從而激發(fā)了學生的學習興趣，讓學生變被動學習為主動學習，改善學習效果。

2.3實踐教學的改革

實踐教學環(huán)節(jié)可以強化學生對知識的理解，讓學生應用所學的知識解決具體問題，培養(yǎng)學生的實踐動手能力。通過實驗學生可以更好地掌握算法理論，并靈活應用算法思想來解決實際問題。在教學中，我們借助ACM程序設計平臺，把ACM競賽題目作教學內(nèi)容，充實了實驗教學的內(nèi)涵。ACM競賽題目趣味性強，知識覆蓋度高，非常適合作為課程實驗的補充和提高。為了提高學生的綜合應用能力，除完成課內(nèi)實驗外，學生還可以參與教師的各類研究課題，幫助教師完成科研任務，隨著項目開展， 學生有機會參與項目的分析、設計和實現(xiàn)，在項目中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，培養(yǎng)了各方面的能力。

3結語

在《算法設計與分析》的教學實踐中，通過將算法理論與實際應用相結合，合理組織教學內(nèi)容，豐富教學方法和手段，采用項目驅(qū)動方式對實踐教學環(huán)節(jié)進行改革，增強了教學效果。

基金項目：

吉首大學教改項目 （2013JSUJGB15）；

吉首大學重點實驗教改項目（2013SYJG015）。

參考文獻

[1] 王曉東.計算機算法設計與分析（第4版） [M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

[2] 劉振章.《算法設計與分析》課程教學探討[J].電腦知識與技術，2014，10（9）：1995-1996.

[3] 林 劼，戴 波.項目驅(qū)動型算法設計與分析課程教學方法[J].計算機教育，2014，9：69-71.

[4] 張海藩.軟件工程導論（第5版）[M].北京： 清華大學出版社，2013.