新工科背景下“算法導論”課程三位一體教學模式研究

王金元 林生紅

摘? ?要：在新工科背景下，有必要對“算法導論”課程進行教學改革。以面向新工科應用為導向，歸納算法類問題的求解框架，培養學生良好的思維方法，設計適合本課程的教學策略。在課堂教學中結合最新的MOOC教學和Moodle平臺教學，探索三位一體的教學模式。通過教學改革，開發一套行之有效的教學方案，使本門課程成為學生喜歡學、能學好、會應用的高水平課程。

關鍵詞：新工科;“算法導論”;教學模式

1? ? “算法導論”課程面臨的問題

作為新工科背景下的一門專業基礎課程，“算法導論”面臨著內容量大但學時少，且學生水平參差不齊的現狀。本課程本應是一門非常重要的課程，卻被學生視為無足輕重的課程[1]。導致這種現狀的原因，有以下5個方面：

第一，課程內容量大，算法種類繁雜，沒有一個通用的算法框架，學生理解起來困難重重，不能把握不同算法的區別與聯系，容易混淆各類算法。

第二，在現有教學中，老師為知識的傳播者，學生為知識的被動接受者。這種“填鴨式”教學導致學生只會機械記憶，很少主動思考，互動性不強。

第三，學生學習興趣不足，有些學生認為課程太難，進而產生畏懼心理，有學生認為所學知識工作后用不上，失去學習興趣。

第四，課程內容涉及的知識面比較窄，僅講解一些語言和程序設計，然后用算法解題，不斷地讓學生做一道道題目，不符合該課程的教學思路。

第五，教學內容陳舊，過度地強調“講授”，不注重培養學生的算法思維的建立。新工科背景下，學生并不是只需要擁有技能而不需要建立算法思維。

鑒于目前存在的問題，“算法導論”課程的教學改革勢在必行。為了滿足新工科背景下課程的新需求，需要對存在的問題進行深入的研究，探索適合本課程的教學改革方案。

2? ? 算法求解框架研究

本課程涉及的算法種類繁多，單純講授具體的算法內容，容易使學生混淆，授課效果不好。為了使學生更好地理解算法，有必要將具體的算法實例抽象為算法框架，將算法求解步驟模塊化。每次學習新算法時，直接代入算法框架即可。

為了提煉算法框架，文章以教材中的旅行商問題（Traveling Salesman Problem，TSP）舉例。通過對該問題進行抽象化，得到算法框架為：數學建模→算法策略設計→算法的數據結構設計→算法的控制結構設計→算法的程序設計→算法的正確性分析→算法的復雜性分析[2]。掌握了算法框架，可以更好地理解具體的算法實例，達到融會貫通的效果。

3? ? 思維方法和教學策略研究

傳統教學只注重講授知識，并不注重學生思維模式的培養，容易導致學生只掌握知識，但是遇到新算法問題仍然不會求解。因此，應該把講授和思維培養相結合，在傳授知識的同時，注重思維方法的培養[3]。

借助于思維方法，提煉的算法框架需要采取不同的教學策略，比如案例教學和演示教學。對于框架中的“算法的數據結構設計”，可借助Vcompter軟件進行演示教學數據間的邏輯關系。針對“算法的控制結構設計”，可用Raptor軟件演示各種結構。針對“程序語言設計及算法實現”，可用Raptor軟件進行編程演示。框架其他部分可采用案例教學。

4? ? 教學模式設計

傳統教學模式過于單一，僅通過課堂教學效果不是很好。為了激發學生的學習興趣，本文提出基于大型開放式網絡課程（Massive Open Online Courses，MOOC）教學、Moodle平臺教學和課堂教學三位一體的教學模式，如圖1所示。

對于具體的算法實例，可以采用MOOC和Moodle平臺教學。課前，學生進入MOOC平臺和Moodle平臺，學習相關課件、視頻，預習知識點。課中，采用案例和演示教學進行課堂教學，使學生掌握知識點。課后，通過Moodle平臺做作業鞏固知識點。將MOOC教學、Moodle教學和課堂教學相結合，可以構建出三位一體的教學模式。

在三位一體教學模式中，算法框架由具體實例抽象而來。根據算法框架，采用案例驅動教學，將具體實例套入框架，使算法淺顯易懂。根據算法框架，對學生進行思維訓練，提出合適的教學策略。教學策略反過來會促進算法框架的完善。該教學模式可顯著提升授課效果，也可充分調動學生學習的積極性，使本門課程成為學生喜歡學、能學好、會應用的高水平課程。

5? ? 結語

文章采用實例驅動、抽象化、講授與思維培養并重、三位一體教學模式等研究方法，探索了“算法導論”課程的教學改革方案。作為新工科背景下非常重要的一門課程，本門課程的教學改革研究具有重要的實踐意義。通過教學改革，可以幫助學生更好地學習課程，提升學生學習興趣，也可培養學生解決實際問題的思維能力，并在以后的工作中，達到學以致用的效果。

[參考文獻]

[1]馬漢杰，馮杰，黃海.淺析《算法導論與體系結構》的教學改革[J].教育探索，2014（6）：93-94.

[2]莊連生.以問題為導向的情景式“算法導論”課程教學方法初探[J].考試周刊，2016（99）：121.

[3]石云，陳聲波.地方高校“計算機導論”算法思維培養的教學設計[J].教育教學論壇，2016（2）：173-174.