對分課堂在“算法設計與分析”課程的教學實踐

邵攀 董婷

[摘 要] 對分課堂集成了講授教學和討論教學的優點，能有效改善大學課堂師生互動缺失、師生關系割裂的缺陷，使教與學真正成為雙向互動的過程，提高教學質量。本研究將對分課堂引入“算法設計與分析”課程教學，探索基于對分課堂的算法設計與分析教學新模式。教學實踐表明，對分課堂教學模式能夠提高算法設計與分析課程的教學效果。

[關鍵詞] 對分課堂;算法設計與分析;教學模式;教學改革

一、引言

算法設計與分析是計算機科學與技術、物聯網工程、軟件工程等專業的核心課程之一。本課程設置的目的是使學生掌握常用的計算機算法，并能對這些算法的時間和空間復雜度進行分析，培養學生分析和解決問題的能力，為學生解決計算機領域的復雜工程問題奠定良好的基礎[1]。

目前，我校算法設計與分析課程主要是以教師講授為主。雖然傳統講授教學有助于學生快速掌握知識、構建知識體系。但在這種教學模式下，不利于發揮學生的主觀能動性，不利于師生互動，且講授時間過長易造成學生認知超負荷;同時講授式教學不利于培養學生的創新能力和探索精神，從而使算法設計與分析課程的教學效果不夠理想。

國內外教育工作者針對教學模式改革做了許多有益嘗試。其中，對分課堂[2]是最具代表性的創新教學模式之一。對分課堂教學模式能夠集成講授教學和討論教學的優點，有效改善大學課堂師生互動缺失、師生關系割裂的缺陷，使教與學真正成為雙向互動的過程[3]，有助于提高教學質量。通過將對分課堂應用到算法設計與分析課程，有望破解該課程傳統教學模式下所面臨的困局，提升教學效果。本研究將對分課堂引入算法設計與分析課程教學，探索具有可操作性的算法設計與分析教學新模式。

二、對分課堂的內涵

對分課堂，也稱作PAD課堂，集成了講授教學和討論教學的優點，由復旦大學張學新教授于2014年提出[2]。該教學模式包括教師課堂講授、學生課后內化吸收和學生課堂討論（第二次知識內化）三個相互聯系的環節。其中有兩個關鍵創新點：一是時間對分（不要求嚴格對分）：根據實際情況將課堂時間劃分為兩個部分，一部分分配給教師講授，另一部分分配給學生討論。二是隔堂討論：錯開教師講授和學生討論的時間，保證學生有足夠的時間進行知識內化和吸收，實現有充分準備的課堂討論[4]。

三、基于對分課堂的算法設計與分析教學實踐

（一）算法設計與分析對分課堂實施方式

算法設計與分析是面向計算機學院大二學生的專業必修課，共32學時，每周兩次課，每次2課時，共上八周。該課程主要包括算法概述、遞推與遞歸、分治法、動態規劃、貪心算法、深度優先搜索和寬度優先搜索等內容。這些內容包含兩類：①知識點集中、理論性較強、理解相對困難的章節，比如遞歸算法時間復雜度評估的主方法、深度（寬度）優先搜索等。②知識點相對比較分散、內容相對簡單的章節，比如分治法、動態規劃、貪心算法等。

根據對分課堂的原理，以及算法設計與分析課程內容的特點，開展兩種形式的對分教學。第一種是將整次課（兩課時）全部對分：前一部分時間（比如1課時）教師組織學生對上次課講授內容進行分組討論，并抽查學生發言，最后對共性疑難問題進行統一講解;后一部分時間（剩余時間）用來講授新課，重點講解基本概念、理論重點難點，并給學生留取有針對性的作業，通過作業促使學生對教學內容進行第一次內化與吸收，為下次課的討論做準備。此種對分方式適合內容為類型①的章節（例如深度優先搜索）。第二種是根據實際情況將部分課堂時間對分，比如24分鐘對分，教師首先用10分鐘講解一個知識點或題目，然后組織學生用4分鐘獨立思考，4分鐘與鄰座同學進行討論，最后6分鐘抽查1-2位同學發言、教師進行總結。此種對分方式適合內容為類型②的章節（例如貪心算法）。

（二）對分課堂實施要點

為保證對分課堂實施效果，有許多要點需要關注[5]。首先，需精選對分內容：雖然對分課堂是一種行之有效的教學模式，但也不是算法設計與分析課程的所有章節都適用，也沒必要對所有章節采用。需根據具體章節的內容特點，有選擇性地采用對分課堂，以及合適的對分模式（本研究主要采用前文所述兩種對分模式）。其次，要合理組織教學過程：采用對分課堂并不是簡單地將一部分時間分配給教師講授，另一部分時間分配給學生討論，而是要根據章節內容的特點和學情，合理組織教學過程，從而使教師課堂講授、學生課后內化吸收和學生隔堂討論三個環節相互促進、有機結合。第三，課堂講授要抓要點：對分課堂授課時長較短，需精選并精心組織講授內容，使學生在較少課時下快速建立知識框架，掌握基本概念和原理。第四，要注重分層教學：需根據學情布置有層次的課后作業，設置有層次的討論問題，并對學生合理分組，促進學生課后自主學習、課堂有效討論，提高不同層次學生的知識學習效果。第五，需加強過程考核：考核是確保學生學習效果的重要保證，當前考核主要以期末考試為主（70%），輔以平時作業、考勤和試驗（30%），對分課堂模式下，學生討論占重要比重，有利于教師掌握學生的平時學習情況，便于實施過程考核;且通過過程考核能夠有效避免學生僅在期末突擊，提高學生平時學習的積極性，因此需加強過程考核，提升平時成績所占比例（比如可將平時成績的比例由30%提升至60%）。

（三）對分課堂實施效果

當前教學實踐中將對分課堂應用到一個班的算法設計與分析課程。通過與以往和其他平行班級該課程教學效果的比較表明，對分課堂能夠有效增強學生探索和解決問題的積極性，保證學生平時的學習時間，有助于發揮學生的主體作用，從而提升學生的創新能力，拓展學生的視野，促進教學效果。同時，對分課堂教學模式受到該班學生的認可與歡迎。

四、總結

總的來講，對分課堂集成講授教學和討論教學的優點，通過“課堂時間對分”避免學生被動地接受知識，引導學生參與到課堂教學活動中，增加師生和生生之間的溝通，使師生雙方的主體性都能發揮作用。教學實踐表明應用對分課堂能夠提高算法設計與分析課程的教學效果。

但需要指出的是，為保證對分課堂的順利和有效實施，取得更優的教學效果，有以下問題需進一步解決：當前班級規模較大，如何進行合理分組，以確保課堂討論效果？如何制定有效的考核評價方案來增強對學生學習的激勵和引導？

參考文獻

[1]劉波.“算法設計與分析”教學探討[J].高等理科教育，2007（4）：78-80.

[2]張學新.對分課堂：大學課堂教學改革的新探索[J].復旦教育論壇，2014（5）：5-10.

[3]袁濤.“對分課堂”在大學理工科專業課程中的應用[J].教育教學論壇，2019（11）：5-8.

[4]劉紹乾，錢頻，王曼娟，等.對分課堂教學模式及其成功因素探析[J].教育教學論壇，2019（13）：46-48.

[5]徐英，谷雨.對分課堂在提升《C+程序設計》課程教學效果的實踐與思考[J].教育教學論壇，2017（1）：213-214.