從博弈論的角度探討當前的大學計算機基礎教學改革

姚怡 吳金春 李向華 余益

[摘 要]當前的大學計算機基礎教學改革，可以從博弈論的角度對計算機基礎教學改革中教指委、教師和學生之間的三方動態博弈關系進行深入剖析。從多種角度可以計算各博弈方在改革中付出的成本和獲得的收益，通過得益矩陣分析各方在不同情況下的對策以及存在的納什均衡，增加教師方得益是民主改革情況下取得成功的關鍵所在。

[關鍵詞]動態博弈 計算機教學改革 得益分析 納什均衡

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2014）01-0041-03

一、前言

隨著計算機普及教育的低齡化發展趨勢，目前在高校教育界有一種聲音，認為高校針對非計算機專業學生開設的大學計算機基礎課程與中小學開設的信息技術課程在教學內容和教學目標上有很大部分的重疊，已經沒有存在的必要，為此，國內部分高校開始對大學生入學第一門計算機課程---大學計算機基礎課進行課時縮減，或減少相關教育資源配置經費，該課程隨時面臨著被取消的可能性。在此背景下，計算機教育界有識人士紛紛感到憂慮和不安，遂于2010年7月在西安交通大學舉辦了首屆“九校聯盟（C9）計算機基礎課程研討會”，經過充分研討，在教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會（以下簡稱教指委）的指導下發表了C9聯合聲明[1]，該聲明達成以下四點共識：第一，計算機基礎教學是培養大學生綜合素質和創新能力不可或缺的重要環節，是培養復合型創新人才的重要組成部分；第二，要旗幟鮮明地把“計算思維能力的培養”作為計算機基礎教育的核心任務；第三，進一步確立計算機基礎教學的基礎地位，加強隊伍和機制建設；第四，加強以計算思維能力培養為核心的計算機基礎教學課程體系和教學內容的研究。從C9聯合聲明中可以看出，未來大學計算機基礎教學不會消亡，而是通過改革，把培養學生的“計算思維”能力作為教學核心任務，并由此建立更加完備的計算機基礎課程體系和教學內容。改革的順利推進離不開學校和教師的大力支持，更需要學生的配合。從博弈論的角度來看，改革實施的整個流程當中，存在著三個博弈方，分別為教指委、教師和學生，屬于多人博弈。各博弈方的行為和決策判斷的主要依據是他們各自從博弈中獲取的利益。

由于改革的實施過程是有先后次序的，先由教指委下達改革方向和目標，再由各高校教師把改革思想貫徹到教學過程，而三個博弈方的行為有先有后，因此在博弈方之間肯定有某種不對稱性，先行為的博弈方可能利用先行之利獲得利益，后行者可能會吃虧。但反過來后行為博弈方可根據先行為博弈方的行為做針對性地選擇，而先行為博弈方卻在自己決策選擇時，非但不能看到后行為博弈方的選擇，而且還要顧慮、考慮到后行為博弈方的反應[2]，因此教指委、教師、學生三方的博弈屬于一種動態博弈。

二、博弈方分析

（一）教指委的改革得益分析

教指委是中國教育部聘請并領導的專家組織，具有非常設學術機構的性質，接受教育部的委托，開展高等學校計算機基礎課程教學的研究、咨詢、指導、評估、服務等工作。教指委推行的各項改革如獲成功或取得一定成效，將被視為為高等學校計算機基礎課程教學改革和發展做出了貢獻并獲得教育部認可，因此改革的順利推進可視為教指委獲得一定的政績收益，記為Vg，教指委推行改革的所費成本包括組織專家研討，教學大綱制定，教材編寫指導，師資培訓等等，記為Cg。如果教學改革的選擇權下放給學校教師，由教師決定是否參與改革，可稱之為改革的民主推進；某些時候教指委為了實現自身利益最大化，也可選擇不理會教師的意愿而強行推進改革進程，則可稱之為改革的強行推進。

（二）教師的得益分析

教師是課堂教學的組織者和實施者，是改革成敗的關鍵所在，需要說明的是，由于教師與教指委的博弈活動通常由學校組織與協調，因此相對教指委博弈方和學生博弈方而言，學校與教師應屬于同一利益共同體，均為教師博弈方的組成部分，學?？勺鳛榻處焸兊拇砼c教指委或上級教育部門進行博弈。教師改革成功則被視為教學效果獲得提升，進而在申報教改項目、年終考核、職稱晉升等方面增添籌碼，因此可視為獲得一定的教學收益，記為Vce，而教師服從教指委的改革要求所花費的教學成本包括新教學內容的備課、實踐環節增加、額外的個性化教學等，記為Cce。

（三）學生的得益分析

學生在改革過程中，通過課堂的教學改革片段，啟發計算思維，獲得具體的知識和認識，體驗計算之美，在一定程度上提高計算科學素養，可視為獲取知識性收益。假設教師對學生的考核結果與能力評價主要以測試成績來衡量，則學生的收益是一個關于成績S的函數F（S），顯然這是一個遞增函數，隨著成績S的增加，學生收益F（S）也隨之增加。假設改革成功，則學生成績S由改革前的成績Sn和改革后的疊加成績Sy組成，即S=Sn+Sy，F（S）=F（Sn+Sy）。假設改革失敗，其表現為教師已進入改革實施者角色并按照更新后的教學大綱進行教學，而學生抗拒新式教學或無法消化新知識，導致部分課時的浪費，則學生博弈方付出的代價是課時t的函數W（t）。教指委、教師和學生三方的博弈關系如圖1所示。

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圖1 教指委、教師和學生的三方博弈圖

三、博弈分析

（一）教指委與高校教師之間的博弈

教指委要有與高校教師和學生“博弈”的意識，否則政策的推行初衷與實際執行效果會產生很大的偏差。例如，教指委為了跟上信息技術的發展步伐而大力推行python編程語言教學活動，但高校教師會以各種借口換成他們信手拈來的C++、VB、JAVA等其他編程語言，借口包括國內教材不足，師資力量薄弱，實驗環境跟不上等等。如果教指委不采取預防措施，防止出現“上有政策下有對策”的推諉現象，政策推行的目標就會落空。教指委與高校教師的得益矩陣如表1所示。顯然，當改革成功，有Vg>0，Vte>0，當改革失敗，Vg=0，Vte=0。

表1：教指委與教師的得益矩陣

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從得益矩陣可看出，當教指委采取民主方式進行改革的時候，存在教師可能不服從的對策，進而損失Vg個單位的利益，因此理論上教指委傾向于采取強行推進改革的策略，但隨著尊重高校辦學自主權呼聲的逐年提高，教指委已經不太可能采取強行改革的對策，以免陷入越權管理的專制危機，因此民主改革將成為教指委的首選策略。為了順利推進民主改革進程，引導教師從“不服從”策略轉向“服從”策略，教指委可設法讓Vte-Cte，這意味著教師的教學得益Vte要大于教師付出的教學成本Cte。

（二）教師與學生之間的博弈

教師方與學生方的得益矩陣如表2所示，在此博弈當中，學生有兩種可選策略：配合與不配合，在教師不改革的情況下，學生方不管選擇“配合”或“不配合”策略，其得益都是改革前的成績Sn的函數值F（Sn）。而在教師推行改革的情況下，學生如果采取配合策略，其收益是改革前的成績Sn和改革后的附加成績Sy的疊加函數值F（Sn+Sy）；學生如果采取不配合策略，其收益是改革前的收益函數值F（Sn）扣除改革失敗付出的代價W（t），由于函數F是遞增函數，因此有F（Sn+Sy≥F（Sn）>F（Sn）-W（t），由此可見，學生總是傾向于選擇得益最大的上策“配合”。教師方選擇推行改革策略時肯定需要付出改革成本。如果其獲取的教學收益Vte較低，在Vte-Cte<0的情形下則傾向于選擇“不改革”，以免浪費所付出的教學成本。此種情況下，在教師方與學生方的兩人博弈當中存在著一個納什均衡（配合，不改革），這樣的博弈結果顯然不符合改革的精神。若要打破此博弈中以一定概率存在的納什均衡，關鍵所在是令Vte>Cte，即增加教師的教學得益Vte。

表2：教師與學生的得益矩陣

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四、博弈分析結果以及應對措施

根據上述的博弈分析可知，民主改革要順利推進并取得預期成果，關鍵就在于增加教師方的收益Vte。另外，若改革要獲取最大的成效，相當于最大化三個博弈方的收益值，即求取Z=MAX[Vg-Cg]+MAX[Vte-Cte]+MAX[F（S）]的最大值。由于教指委方和教師方的收益值Vg、Vte與學生方的收益值F（S）是具有因果聯動關系的，隨著F（S）的增長，Vg、Vte也隨之增長，從而Z也增長。因此學生成績S的大小決定了改革的成效高低。下面給出一些有利于增加教師方收益值Vte和學生成績值S的相關改革措施。

（一）建立激勵機制和代管機制

教指委應提前規劃激勵機制，通過教改項目立項、教材編寫資助等措施提高教師的得益Vte，激勵教師的改革積極性。對率先參與試點改革的高校增加政策性扶持，強調 “以點帶面，整體推進”的改革思路。同時推行代管機制，委托各省市教育廳以及各高校教務管理機構管理和監督改革進程，及時解決教師在改革中遇到的問題和阻礙。

（二）加強教學隊伍和機制建設

計算思維的形成是一個長期的“感知—思考—認知”的過程。這一過程需要外因的驅動，例如教師的引導、講解，更應通過適當的方法，使學生主動地發現問題、分析問題，促進思維的主動發展，啟發學生解決問題的各種思路，這就要求教師具有豐富的計算機知識和良好的科學素養?？赏ㄟ^舉辦各種講座、培訓班、討論會等形式對現有教師隊伍進行集中再培訓，協助教師更好地理解課程改革的新思路和方式方法。

（三）改善評價體系，增加改革權重因子

將學生的計算思維能力納入到學生綜合素質考評中，對學生的考核方式不應該只局限于筆試題或機試題的形式，對學生參與項目設計、參加計算機相關比賽、提交綜合作品等均可納入考核指標體系。對教師的評價也應考慮改革權重因子，例如在學生評教表和同行評價表中增加改革權重因子，計算年終教學工作量時對參與改革工作的教師放大課時系數等。

（四）教學模塊化改革

改革大學計算機教育沿襲多年的教學模式，嘗試模塊化教學，把計算思維教學體系細化形成模塊，允許學生根據專業和興趣自主選擇學習模塊，探索個性化計算思維能力的培養?？茖W設計模塊化教學內容，形成合理的知識體系和穩定的知識結構。

（五）大力推廣任務驅動式教學

任務驅動式教學是以解決問題、完成任務為主的多維互動式的教學理念，它將再現式教學轉變為探究式學習，使學生處于積極的學習狀態，每一位學生都能根據自己對當前問題的理解，運用共有的知識和自己特有的經驗提出方案、解決問題[3]，推廣“做中學”、“學中做”、“學中想”、“想中做”的新式教學方法和教學模式。

（六）在教學中融入生活情景，提高學生學習興趣

隨著信息技術與網絡的日益普及，人們的學習、工作、生活中，越來越多的融入信息技術與網絡因素，并逐步改變著人們解決問題的方式，運用信息技術手段幫助人們解決實際問題，已成為一種現實。于是如何將一個問題轉化為利用信息技術手段可解決的問題，成為了人們研究的焦點和興趣所在。計算思維概念的提出，使得該領域的研究更加系統化。計算思維是將人類思維特點與信息技術特點結合起來，運用人類歸納與抽象的思維特點，將一個疑難問題分解為若干個已解決的子問題（建模），通過計算機海量數據運算的特點，求解子問題，最后通過歸納與抽象獲得整體問題的最終求解。教師在教學實踐中適當融入生活情景，將會極大地提高學生的學習興趣。

（七）重構問題求解過程

重構求解過程提倡問題解的多樣性，鼓勵學生運用多種解題思想、多種技術手段對同一任務尋求多種方式的解答。要求學生閱讀、改寫別人的程序，發展多樣性的計算思維方式。對帶有創新型的思想和方法，應組織學生展開分析和討論。

（八）尊重學生的個性化學習方法和解題路徑

教師在培養學生計算思維能力方面，以分析基本的計算環境的構成和基本原理為主，同時介紹抽象級問題求解的基本方法，使學生在對計算系統及環境有所了解，同時初步體會計算機問題求解的基本方式方法[4]。當學生掌握了知識點，懂得如何運用計算思維的方法之后，再通過反思評價自己的學習過程和解題路徑，自主建構屬于自己學習的框架和方式，教師不宜過多的強加干涉和糾偏。

五、結語

本文從博弈論的角度分析了在計算機基礎教學改革進程中教指委、教師和學生三方之間的牽制關系，認為增加教師方的教學收益、提高教師參與改革的積極性、讓教師從被動改革轉化為主動改革是改革得以順利推進的關鍵所在。教指委除了要在教改大方向上掌好舵之外，還需在經費撥付、師資培訓、項目申報、教材建設等方面上加大投入，以取得改革成效的最大期望值。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 九校聯盟（C9）.計算機基礎教學發展戰略聯合聲明[J].中國大學教學，2010 （9）.

[2] 謝識予.經濟博弈論（第二版），上海：復旦大學出版社，2004：33.

[3] 王新宇.基于計算思維培養的計算方法教學方案研究[J].科教文匯，2011.10（下旬刊）.

[4] 何欽銘.計算機基礎教學的核心任務是計算思維能力的培養[J]. 中國大學教學，2010（9）.

[5] 蔡蘇瑾.基于計算機技術的信息設計與傳播[J]. 大學教育，2012（10）：71.