算法專題微課程設計與實踐

欒若星

摘 要： 專題化和課程化是微課發展的必然趨勢，因此本文提出以算法為專題的微課程設計和制作方案。該微課程由一系列微課構成，每個微課以一個算法為知識點。文中說明了算法專題微課程的開發與制作流程；重點闡述了以五星教學原理為指導的微課教學設計模式，并以遞推法為例，提供了一個微課教學設計的實踐樣例。算法專題微課程可以作為程序設計類課程的學習輔助資源，為實踐環節和混合式學習的開展創建條件和平臺，旨在培養學生的計算思維和自主學習能力。

關鍵詞：算法；微課；專題化；五星教學原理

中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2017）24-0014-04

一、引言

近年來，微課成為教育界的研究熱點。目前，已經有很多高校教師可以制作出具有教學性和趣味性的微課視頻。但這樣的微課多用于參加比賽，存在選題重復、知識點獨立化、平臺單一等問題[1]，不適用于課程教學。微課的真正受益者是學生，它應該與課程相融合，成為輔助教學的有效手段。為非計算機專業開設的程序設計類課程是計算機基礎教學體系的一部分，主要包括VB程序設計和C語言程序設計等。算法是程序設計的核心，算法思維是計算思維的核心。由于課程要求和學時的限制，課程內容以語法、程序控制結構、數組和函數為主，大多數學生只是機械地學習，沒有形成算法思維，當遇到實際問題時就束手無策了。因此，本文提出一個以算法為專題、基于五星教學原理的微課程設計方案。

二、課程化、專題化是微課發展的必然趨勢

微課具有短小精悍、知識點單一、時間短等特點，以視頻為主要形式，包括按一定教學目標組織的教學內容，按一定教學策略設計的教學活動及進度安排。 從微課發展經歷的三個階段[2]（“微資源構成”—“微教學過程”—“微網絡課程”）和微課演變的四種形式 [4]（微視頻—微講座—微講課—微課程）可以看出，微課程是微課發展的必然趨勢。微課程不是零散的、個體化微課的集合，而是圍繞課程內容或某一專題的一系列具有關聯性的微課的聚合，并依托網絡化學習平臺為學生提供教學資源，專題化是微課的聚合方式之一。單獨一節微課對課程學習的幫助甚微，只有針對某個學科或課程進行系列化、專題化的微課程建設，才會使學生開展有針對性的學習和連貫性、完整性的學習，而不是獲得零散的、不成體系的知識[3]。

三、算法專題微課程設計與制作流程

1.選題

以算法為專題，選題范圍涵蓋算法基礎知識（算法的定義、分類、要素和算法分析方法）和一系列經典算法，包括遞推法、迭代法、遞歸法、窮舉法、貪心算法、分治法、動態規劃法等。首先要確定算法問題用微課實現的可行性，微課選題要實用準確、內容生動有趣、形式短小精煉[4]，不宜選用過于復雜而又不能分割論述的教學內容。

2.教學設計

教學設計是根據課程標準的要求和教學對象的特點，將教學諸要素有序安排，確定合適的教學方案的設想和計劃。一般包括教學目標、教學重難點、教學方法、教學步驟與時間分配等環節。微課的教學設計既要保證在盡量短的時間內將知識點講授得完整、清晰、易于理解，可以引發學生積極深入思考，又要有較強的吸引力，能將學生的注意力和興趣調動起來，讓學生可持續地學習。采用基于五星教學原理的微課教學設計模式，既符合教學規律，又體現了以“學生為主體”的思想，使微課能在有限的時間內達到高效的教學。

圍繞算法主題開展教學內容，完成一系列教學任務需要教學策略的支持，實現學生與教學內容的互動、師生之間的互動以及學生的反饋等。通常使用的教學策略包括利用多媒體（如圖片、動畫、視頻）直觀地組織和呈現教學信息、通過創設模擬情境（如游戲）解決教學中的問題[6]，還有情感化教學策略等。因此還要考慮所用的策略是否適合用微課實現，進而考慮能否實現和如何實現的問題。

3.視頻制作

微課以視頻為核心，視頻的質量直接影響到學習效果。微課視頻制作主要采用幻燈片錄屏式、軟件實操式和動畫演示式，每個微課都以兩種以上的混合方式制作。根據教學內容和教學策略選擇最恰當的視頻表達方式。對聚焦問題的描述如以講授法為主，則采用幻燈片錄屏式；如果通過一個案例引出聚焦問題，則以動畫演示式呈現案例；在講解算法的實現過程時，教師要示范軟件的操作過程，因此采用軟件實操式。

4.輔助材料

微課的輔助材料包括教學內容簡介、與視頻配套的課件和學生的反饋。

5.評價與修改

在將微課程上傳到應用平臺之前，應先對專題中的所有微課進行測評，然后進行相應的修改。微課的評價可以遵循以學生為中心、目標精準、短小精悍、科學性與可靠性、教育性與啟發性以及藝術性與技術性等原則[7]，參考微課評價指標體系和對微課應用效果產生影響的因素[8]，形成微課評價量表，請不同專業的學生代表、專家及同行教師進行評價，做出各自的評價報告，然后綜合三方的評價結果對微課進行修改。

6.應用與反饋

將微課程上傳到網絡教學平臺，平臺既對校內學生開放，作為程序設計類課程（如C語言程序設計、VB程序設計）實踐環節的指導材料；也可以對校外開放，對程序設計和算法有學習興趣的人都可以參與學習；提供反饋機制，包括教師答疑、用戶點評等。

四、以五星教學原理指導微課教學設計

五星教學指的是教學設計應該遵循聚焦問題、激活舊知、示證新知、應用新知、融會貫通這五大步驟（如表1所示）；其實質就是具體的教學任務應被置于循序漸進的實際問題解決情境中完成，即先向學習者呈現問題，然后針對各項具體任務展開教學，接著再展示如何將學到的具體知識運用到解決問題或完成整體任務中去；它強調教師的教學過程要符合學生的學習過程和心理發展的要求。

基于五星教學原理進行微課教學設計，包括激活舊知、示證新知、嘗試應用、總結歸納、融會貫通等教學環節。endprint

（1）設計微課聚焦問題

以問題或教學任務為中心的教學才能促進學習者的學習，這是五星教學原理的核心思想，因此，應該把創設問題作為設計的重點，利用問題激發學習者的學習興趣，進而引起其自主探索知識的欲望。以算法為專題進行微課程設計，就應從實際生活或各學科領域中提煉出蘊含算法原理的問題。因為會出現多個問題可以用同一算法求解的現象，所以在設計“問題”時，要注意“問題”與微課選題之間的關系，保證解決“問題”所需的所有知識點能包含在微課的整個教學任務序列中。“問題”不宜過大，也不要過小，當“問題”過大時，解決這個“問題”還要用到其他新的知識點；如果“問題”太小，則解決問題所需的知識不能覆蓋微課的主要知識點。

（2）激活舊知

激活舊知旨在激活學習者先前的知識和經驗，使新舊知識之間建立聯系，從而為解決新問題奠定基礎。可以在示證新知的過程中引導學生回憶、聯系、說明和應用相關的舊知識以作為學習新知識的基礎[8]，避免用簡單回憶式的設問或描述來刺激和指引學生回憶舊知識。

（3）示證新知

示證新知是微課內容的主體。不同的知識類型需要設計不同的教學內容，而不同的教學內容又需要與其相匹配的呈現方式。利用算法求解問題的過程具有很強的邏輯性，教師首先根據聚焦問題引導學生思考求解方法，這實際上就是算法的一個實例化應用，進而使學生認識相關算法、了解算法的特點和適用性、掌握算法的實現步驟，最后在RAPTOR①環境中模擬用算法求解問題的過程。

（4）嘗試應用

選取一個難度適中的可用算法求解的問題，根據問題設置1～2個與求解過程相關的測試題，學生提交答案后給出反饋和答案解析，同時還要給出在RAPTOR環境中用算法求解問題的過程。學生在嘗試運用新知識解決問題的過程中，既可以判斷自己對新知的理解和掌握程度，還可以及時糾正自己的錯誤認識。

（5）總結歸納

對算法的實質、求解問題的特點、關鍵操作以及解題技巧等進行總結歸納，做到對知識精準概括，避免只是對前面知識的簡單重述。

（6）融會貫通

融會貫通既是強化學習者進一步熟練和靈活運用新知識的階段，也是激發學習者持續鞏固和遷移所學知識的重要環節[5]。由于微課時間較短，因此將持續鞏固和遷移安排在程序設計類課程的實踐環節完成，根據在微課中布置的思考題，讓學生給出用算法求解問題的步驟，再用編程語言實現。通過這種算法思維訓練，不僅讓學生有機會展示自己的新知識技能，提高應用新舊知識解決實際問題的能力，還可以進行反思和自主拓展。

五、算法專題微課程教學設計實踐

以遞推法為例，利用基于五星教學原理的教學設計模式，以及參考文獻[5]的教學設計應用模板制作一個微課，其教學設計內容詳見表2。

六、結語

微課對輔助學生的課程學習有重要作用，它符合掌握學習理論，使絕大多數學生都能學會。但是孤立的、零散的或不成體系的微課很難達到這一目的，這就要求建設課程化、專題化的微課程，本文提出的算法專題微課程可以彌補程序設計類課程的不足之處，加強對學生計算思維能力的訓練，并提高學生的自主學習能力。而要制作出完善的微課程不僅應重視教學原理的指導意義，不要過分追求內容的呈現形式、高難的媒體技術和華麗的界面，更需要依托團隊和教學資源平臺的支持。

注釋：

① RAPTOR（Rapid Algorithmic Prototyping Tool for Ordered Reasoning，用于有序推理的快速算法原型工具）是一種可視化的程序設計環境，專為程序和算法設計的基礎課程教學提供實驗環境。采用流程圖仿真的方式，可以直接運行設計成功的算法流程圖。用RAPTOR的流程圖方式實現算法，更加直觀，使學生更容易理解算法原理。

參考文獻：

[1]晉春，王敏，許琳莉等.高校課程化微課視頻的設計與實踐[J].現代教育技術，2016，26（3）：66-72.

[2]趙國棟，王冰一，劉京魯.微課在高校之應用：從概念到制作技術[J].北京大學教育評論，2016，14（3）：175-187.

[3]胡鐵生，黃明燕，李民.我國微課發展的三個階段及其啟示[J].遠程教育雜志，2013（4），36-42.

[4]孟祥增，劉瑞梅，王廣新.微課設計與制作的理論與實踐[J].遠程教育雜志，2014（6），24-32.

[5]劉小晶，張劍平，杜衛峰.基于五星教學原理的微課教學設計研究[J].現代遠程教育研究，2015（1），82-89，97.

[6]李鵬鴿，左玉，劉志榮等.微課評價指標體系的構建與實施[J].教學與管理，2016（6）：74-76.

[7]樊雅琴，吳磊，孫東梅等.微課應用效果的影響因素分析[J].現代教育技術，2016，26（2）：58-64.

[8]魏戈.五星教學四十年——追求效率、效果與魅力之路[J].開放教育研究，2012（6），61-69.

（編輯：郭桂真）endprint