以問題為導(dǎo)向的情境式《算法導(dǎo)論》課程教學(xué)方法初探

莊連生

摘 要： 結(jié)合多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)“算法導(dǎo)論”課程教學(xué)中存在的問題，依據(jù)建構(gòu)主義教育理論，提出一種以問題為主導(dǎo)的情境式教學(xué)方法，并給出一些采取的主要措施。教學(xué)實(shí)踐表明，該教學(xué)方法可以有效強(qiáng)化算法導(dǎo)論課程的教學(xué)效果，有助于培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

關(guān)鍵詞： 算法導(dǎo)論 教學(xué)方法 建構(gòu)主義

一、引言

計(jì)算機(jī)算法在計(jì)算機(jī)科學(xué)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用中處于核心地位。通俗地說，算法是指解決問題的方法，定義了計(jì)算機(jī)指令執(zhí)行的邏輯過程。雖然實(shí)際問題無窮無盡，但是許多問題都可以歸結(jié)為一些基本問題（如排序問題）。對(duì)這些基本問題的研究，便得到了各種經(jīng)典的計(jì)算機(jī)算法。在算法研究過程中，逐漸形成了一些具有參考價(jià)值的理論和方法，可以用于指導(dǎo)和幫助算法的設(shè)計(jì)，并用于分析所設(shè)計(jì)算法的性能。算法導(dǎo)論課程的主要目標(biāo)是，通過學(xué)習(xí)經(jīng)典計(jì)算機(jī)算法，掌握常用的算法設(shè)計(jì)方法和分析手段，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。算法導(dǎo)論課程是國內(nèi)外各高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)及相關(guān)專業(yè)的核心課程，但由于課程內(nèi)容的抽象性，學(xué)生普遍反映難學(xué)，傳統(tǒng)教學(xué)方法效果一直不好。因此，有必要探索有效的課程教學(xué)模式和教學(xué)方法，幫助學(xué)生更好地掌握課程內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)核心教學(xué)目標(biāo)。筆者根據(jù)教授這門課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)教學(xué)中存在的問題，探討相應(yīng)的改進(jìn)措施，期望對(duì)同行有所幫助。

二、教學(xué)中存在的問題及原因

算法導(dǎo)論課程是多數(shù)高校的計(jì)算機(jī)科學(xué)及相關(guān)專業(yè)的核心課程。該課程通常被安排在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程之后，作為高年級(jí)本科生或研究生的專業(yè)核心課程。目前多數(shù)教學(xué)方法是，以經(jīng)典算法設(shè)計(jì)思路和策略為基本知識(shí)單元，先介紹各種算法設(shè)計(jì)和分析方法的核心思想，然后以經(jīng)典算法為例強(qiáng)化理解。此種教學(xué)方法帶來的好處是，教學(xué)脈絡(luò)清晰，授課組織非常方便。但是，教學(xué)效果一直都不理想。學(xué)生普遍反映難以理解各類方法的思想精髓，碰到新的問題還是無從下手，無法學(xué)以致用，導(dǎo)致學(xué)習(xí)積極性不高，甚至消極厭學(xué)。究其原因，我們發(fā)現(xiàn)存在如下幾個(gè)問題：

1.課程內(nèi)容太抽象，缺乏實(shí)際應(yīng)用場景。在現(xiàn)有教學(xué)法中，課程內(nèi)容主要圍繞著各種用于算法設(shè)計(jì)和分析的成熟方法來組織，側(cè)重于對(duì)方法本身的介紹。但是，這些方法都是在算法研究過程中抽象出來的，已經(jīng)脫離了實(shí)際應(yīng)用背景，學(xué)生必須依靠自身的抽象能力來構(gòu)建方法的應(yīng)用場景。顯然，對(duì)于缺乏算法研究經(jīng)歷的同學(xué)來說，這無形中增加了課程學(xué)習(xí)的難度。

2.授課過程屬于單向過程，學(xué)生缺乏主動(dòng)思考的過程，互動(dòng)性不強(qiáng)。在現(xiàn)有教學(xué)方法中，教師處于知識(shí)傳播者和輸出者的地位，學(xué)生屬于知識(shí)的被動(dòng)接受者。這種角色定位導(dǎo)致學(xué)生只是機(jī)械地記憶相關(guān)方法，很少主動(dòng)考慮各類方法出現(xiàn)的背景和可能的應(yīng)用場景。尤其是多媒體教學(xué)手段的廣泛采用，使得教師的講課速度大大提高，學(xué)生更加缺乏主動(dòng)思考的時(shí)間。課堂上，學(xué)生參與程度不高，導(dǎo)致其學(xué)習(xí)積極性不高。

3.課程考核方式不盡合理，導(dǎo)致學(xué)生重理論輕實(shí)踐。現(xiàn)有教學(xué)方法一般采用作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、考試三者相結(jié)合的方法考核學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。作業(yè)和考試偏重于對(duì)理論知識(shí)掌握程度的考核，實(shí)驗(yàn)側(cè)重于對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的考察。但是，由于作業(yè)和考試的分值比較高，導(dǎo)致許多學(xué)生側(cè)重于理論學(xué)習(xí)，忽略對(duì)知識(shí)內(nèi)容的實(shí)際應(yīng)用能力。這種考核方式雖然方便對(duì)學(xué)習(xí)效果實(shí)行量化考核，保證一定的公平性，但阻礙了對(duì)學(xué)生分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)。

三、以問題為導(dǎo)向的情境式教學(xué)方法

針對(duì)上述問題，基于建構(gòu)主義教育理論，本文提出了以問題為主導(dǎo)的情境式教學(xué)方法。其核心思路可概括為：以學(xué)生為教學(xué)中心，在整個(gè)教學(xué)過程中由教師起組織者、指導(dǎo)者、幫助者和促進(jìn)者的作用，利用情境、協(xié)作、會(huì)話等學(xué)習(xí)環(huán)境要素充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性、積極性和首創(chuàng)精神，最終達(dá)到使學(xué)生有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前所學(xué)知識(shí)的意義建構(gòu)的目的。新的教學(xué)方法摒棄“以教師為中心”的傳統(tǒng)模式，教師在課堂上主要提供問題原型，指導(dǎo)和幫助學(xué)生積極探索。學(xué)習(xí)是獲取知識(shí)的過程，也是解決問題的過程。教學(xué)理念的改變，促使教學(xué)方法必須跟著改變。主要采取了如下措施：

1.改變課程組織方式，由以經(jīng)典算法設(shè)計(jì)思路和策略為基本知識(shí)單元，變?yōu)橐詫?shí)際問題為基本授課單元。構(gòu)建一系列特定場景，讓學(xué)生直面需要解決的問題，引導(dǎo)他們積極主動(dòng)探索可能的解決方法。在探索過程中，主動(dòng)學(xué)習(xí)各種經(jīng)典算法、算法設(shè)計(jì)和分析方法。從問題出發(fā)，教學(xué)內(nèi)容將不再那么抽象，知識(shí)與學(xué)習(xí)的情境及學(xué)習(xí)者帶入這一情境的經(jīng)驗(yàn)有密切關(guān)系。

2.改變課程授課方式，由以知識(shí)點(diǎn)講授為主，變?yōu)橐詥栴}的分析和討論為主。教師并不直接告訴學(xué)生應(yīng)當(dāng)如何解決面臨的問題，而是引導(dǎo)學(xué)生像領(lǐng)域?qū)＜夷菢铀伎紗栴}并參與討論，在討論中設(shè)法把問題一步步引向深入，以加深學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解，最終啟發(fā)和誘導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)規(guī)律、糾正和補(bǔ)充錯(cuò)誤的或片面的認(rèn)識(shí)。在新的授課方式中，學(xué)生是課堂討論的主體，知識(shí)獲取主要通過學(xué)生之間的相互協(xié)作和討論完成。對(duì)于相同問題，不同觀察視角導(dǎo)致對(duì)相同問題有著不同的理解。不同觀點(diǎn)的碰撞，有助于學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容更加全面和深入地認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維。

3.改變學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)方式，由以獨(dú)立的考試測驗(yàn)為主，變?yōu)橐越鉀Q實(shí)際問題為主。建構(gòu)主義理論的重要觀點(diǎn)就是，學(xué)習(xí)過程就是解決問題的過程。對(duì)于學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)，主要依據(jù)學(xué)生在分析和解決問題中的表現(xiàn)。在實(shí)際操作中，可以采用課程項(xiàng)目為主的考核方式，鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立或者協(xié)作完成課題項(xiàng)目，通過項(xiàng)目完成情況評(píng)估其學(xué)習(xí)效果。項(xiàng)目完成情況的評(píng)估不僅僅看其最終結(jié)果，更要看其在解決問題過程中對(duì)相關(guān)知識(shí)的運(yùn)用情況。

四、結(jié)語

針對(duì)現(xiàn)有《算法導(dǎo)論》課程教學(xué)中存在的問題，基于建構(gòu)主義教育理論，本文探索了以問題為導(dǎo)向的情境式教學(xué)方法，以強(qiáng)化課程教學(xué)效果。教學(xué)實(shí)踐表明，該教學(xué)方法可以強(qiáng)化課程的教學(xué)效果，有助于培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]David Jonassen et al.Constructivism and Computer-MediatedCommunication in Distance Education[J].The American Journal of DistanceEducation，Vol.9 No.2，1995.

[2]張建偉，陳琦.從認(rèn)知主義到建構(gòu)主義[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），1996（4）.

[3]何克抗.建構(gòu)主義——革新傳統(tǒng)教學(xué)的理論基礎(chǔ)（一）[J].教學(xué)學(xué)報(bào)，1998（3）：12-16.

[4]李建忠.《算法設(shè)計(jì)與分析》課程教學(xué)模式探索[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)月刊，2014（14）：24-26.