思維導(dǎo)圖在算法設(shè)計(jì)與分析教學(xué)中的應(yīng)用探討

戴彩艷 丁有偉 胡孔法

摘 要：在算法設(shè)計(jì)與分析的教學(xué)過程中，教師作為算法教學(xué)的引導(dǎo)者，應(yīng)該巧妙引導(dǎo)學(xué)生積極主動的研究各種算法的自身的特點(diǎn)以及與其它算法之間存在的差別，思維導(dǎo)圖可以有效快速的幫助學(xué)生進(jìn)行知識點(diǎn)的歸納，清晰明了的掌握多種算法的使用。本文主要對思維導(dǎo)圖在算法設(shè)計(jì)與分析教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行和探討。從各個(gè)算法的自身特點(diǎn)以及各個(gè)算法之間的差異介紹如何建立思維導(dǎo)圖。以此提高在算法設(shè)計(jì)與分析教學(xué)過程中，有效提高課堂教學(xué)質(zhì)量和效率，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，幫助學(xué)生系統(tǒng)深入地掌握算法相關(guān)知識。

關(guān)鍵詞：算法設(shè)計(jì)與分析;思維導(dǎo)圖;知識點(diǎn)的歸納;自主學(xué)習(xí)的積極性

一、背景

算法設(shè)計(jì)與分析是在普通本科學(xué)生掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)編程語言基礎(chǔ)上開設(shè)的一門選修課。對算法知識的有效學(xué)習(xí)可以提升學(xué)生本身的能力，使得他們在眾多的算法比賽中取得好成績，并在機(jī)器學(xué)習(xí)發(fā)展大趨勢下，增強(qiáng)學(xué)生的就業(yè)優(yōu)勢。算法的主要內(nèi)容包含了五大主要部分，分別是：遞歸與分治、動態(tài)規(guī)劃、貪心算法、回溯法以及分支限界法。種類不多，但是很多學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，往往會分不清各種算法的特點(diǎn)和算法之間存在的區(qū)別，在遇到正式比賽的時(shí)候會弄不清楚用什么辦法解決。本人嘗試在教學(xué)過程中使用分小組討論、對同一個(gè)問題使用不同算法進(jìn)行求解，但是效果不是很好。本研究就是在這個(gè)背景下產(chǎn)生的。

二、相關(guān)研究

思維導(dǎo)圖又叫做心智導(dǎo)圖、腦圖或者思維地圖。采用不同顏色的符號、圖形或者文字相結(jié)合的方式沿用方向與人類思維相同，簡單有效的對相關(guān)內(nèi)容的知識點(diǎn)進(jìn)行歸納總結(jié)。從眾多使用思維導(dǎo)圖輔助教學(xué)的情況來看，通過教師的引導(dǎo)，學(xué)生自身的學(xué)習(xí)積極性會得到提高，能夠提升自身的邏輯思維、創(chuàng)新思維。

國外學(xué)者從多個(gè)角度展開了思維導(dǎo)圖的研究[1]，包括思維導(dǎo)圖功能探索、思維導(dǎo)圖教學(xué)以及思維導(dǎo)圖教學(xué)評價(jià)等。Remigio等[2]研究了思維導(dǎo)圖作為評估工具的應(yīng)用。研究比較了使用兩種思維導(dǎo)圖評分方法的評分者之間的置信度，并將這些方法的評分與其他年終結(jié)果相關(guān)聯(lián)。

國內(nèi)學(xué)者對思維導(dǎo)圖的研究范圍也很廣泛[3，4]，涉及到各個(gè)層次的語文、數(shù)學(xué)、英語等科目。王奎[5]等人對思維可視化課堂教學(xué)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)采用這種方式可以幫助學(xué)生掌握文章的整體結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生提高閱讀技巧。孫玲[6]研究了C語言教學(xué)過程中使用思維導(dǎo)圖可以將在知識點(diǎn)分門別類的區(qū)別開來，使得學(xué)生對知識點(diǎn)的理解條理清晰，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的邏輯能力。

三、算法設(shè)計(jì)與分析的思維導(dǎo)圖構(gòu)建

本研究擬在算法設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)與分析教學(xué)過程中使用思維導(dǎo)圖，使用三步走策略引導(dǎo)學(xué)生自主全面的學(xué)習(xí)。分別是：

第一步：給出課前預(yù)習(xí)的思維導(dǎo)圖，引導(dǎo)學(xué)生圍繞重要知識點(diǎn)去自主研究下次課要講的算法的要點(diǎn);

第二步：課堂上圍繞著重要知識點(diǎn)進(jìn)行講解，對同類算法中不同類型的題目進(jìn)行講解，并對算法使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及時(shí)間復(fù)雜度進(jìn)行系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)。學(xué)生在此過程中可以對沒有預(yù)習(xí)的漏洞進(jìn)行查找和彌補(bǔ);

第三步：課后歸納，對各個(gè)算法的思想以及對應(yīng)類型的題目進(jìn)行總結(jié)。在各個(gè)網(wǎng)站或者比賽中遇到同種算法不同類型的題目時(shí)，也方便記錄和復(fù)習(xí)。

思維導(dǎo)圖可以通過手工繪制也可以通過不同軟件繪制，對算法設(shè)計(jì)與分析這門課，繪制過程大體如下：

（一）畫出最大范圍，如：算法，字樣或者相應(yīng)圖片;

（二）將范圍內(nèi)的各個(gè)主題描述出來，本研究主要包括五個(gè)方面：遞歸與分治、動態(tài)規(guī)劃、貪心算法、回溯法以及分支限界法;

圖1 算法設(shè)計(jì)與分析教學(xué)過程中思維導(dǎo)圖的大體框架

（三）在每個(gè)主題后衍生出分支，各個(gè)分支可以用一個(gè)關(guān)鍵詞或者圖片表示，其中包含了各個(gè)算法的關(guān)鍵特點(diǎn)，采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、不同類型經(jīng)典算法，留出部分空白，以便后續(xù)遇到問題時(shí)進(jìn)行添加;

（四）可以用不同箭頭連通不同算法，在連通線上采用方法生動表示出不同算法之間存在的區(qū)別。

（五）對同一算法不同類型的題目進(jìn)行類型概括，比如貪心算法的不同題目，可以歸納為三大類：背包問題、日程安排問題、圖問題）。回溯法可以歸納為：背包問題、裝載問題以及圖問題等。

按照上述描述，算法設(shè)計(jì)與分析教學(xué)過程中思維導(dǎo)圖的大體形式如圖1所示。

四、總結(jié)

在算法設(shè)計(jì)與分析教學(xué)過程中使用思維導(dǎo)圖可以對不同算法的知識點(diǎn)進(jìn)行概括，并能有序的對各個(gè)算法的思想，經(jīng)典算法進(jìn)行形象的記憶。以便于學(xué)生牢牢的掌握相關(guān)知識點(diǎn)，在以后的算法比賽中能夠靈活運(yùn)用相應(yīng)的算法去解題。

參考文獻(xiàn)：

[1]Pérez-Jiménez，Paul. Cooperative Learning A Current Snapshot： Before， During and After Implementation. Comparative Professional Pedagogy.2018.

[2]Remigio Zvauya， Shilpa Purandare， Nicola Young， Miranda Pallan. The Use of Mind Maps as an Assessment Tool in a Problem Based Learning Course. Creative Education，2017，8 （11）：1782-1793.

[3]王娟，基于Scratch的創(chuàng)意計(jì)算思維可視化研究[D].上海：上海師范大學(xué)，2015.

[4]張曉雯，三年級畫圖教學(xué)中運(yùn)用思維導(dǎo)圖培養(yǎng)邏輯思維的研究[D]，南京師范大學(xué)，2019.

[5]王奎，在信息技術(shù)課堂中培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力[J].中國信息技術(shù)教學(xué)，2016（16）：74-76.

[6]孫玲，C 程序邏輯思維訓(xùn)練支持系統(tǒng)構(gòu)建與應(yīng)用[D]，陜西師范大學(xué)，2014.