思政教學在算法設計與分析課程的探索與實踐
——以廣西師范大學為例

王金艷

（廣西師范大學 計算機科學與工程學院，廣西 桂林）

為深入貫徹落實習近平總書記關于教育的重要論述和全國教育大會的精神，把思想政治教育貫穿人才培養體系，2020年5月教育部印發《高等學校課程思政建設指導綱要》，明確指出，落實立德樹人根本任務，所有高校、所有教師、所有課程都需承擔好育人責任，守好一段渠、種好責任田，使各類課程與思政課程同向同行[1]。隨后廣西壯族自治區教育廳印發《全面推進廣西高等學校課程思政建設的實施意見》，廣西師范大學印發《廣西師范大學關于全面推進學校課程思政建設的實施方案》，課程思政建設已在全校范圍內全面開展。《算法設計與分析》課程是計算機相關專業的一門重要的專業基礎課。該課程要求學生具備扎實的數學能力以及良好的程序設計語言和數據結構基礎，通過系統學習算法設計和分析的原理和方法，培養學生獨立設計算法和正確分析算法計算復雜性的能力，從而提高學生用算法解決實際問題的能力[2]。在課程教學中融入思政元素，培養學生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀[3]；培養學生的愛國情操，樹立政治認同、家國情懷；培養學生精益求精的工匠精神、勇攀高峰的無畏精神和團隊合作的意識。

一 《算法設計與分析》課程思政建設

在課程思政建設過程中，需要以學生為主體，實現課程思政與專業知識的有機銜接，達到思想教育、知識傳授和能力培養目標的緊密結合。本門課程使用的教材是王紅梅和胡明編著的《算法設計與分析》（第2版）[4]，該教材是普通高等教育“十二五”國家級規劃教材，下面將介紹本門課中思政元素與課程內容的融合以及融入方式。

（一） 思政與課程內容的融合

結合課程內容，深入挖掘思政元素，具體如下：

第一章：概述以現代科技的飛速發展，人們生活的衣食住行引出算法，鼓勵學生努力學好算法，為改變人們未來生活方式做出貢獻，實現科技強國和科技興國；用德國數學王子高斯求和案例引出課程目標[5]，設計算法和分析性能，引導學生做人做事，要善于思考，精益求精；根據圖靈獎獲得者的事跡，展示科學家對科學事業的熱愛，鼓勵學生不怕困難，腳踏實地，努力拼搏，勇攀高峰；介紹算法競賽，觀看慕課視頻，鼓勵學生自主學習，突破自我，提升動手能力和解決實際問題的能力。

第二章：算法設計基礎。從算法特性，引導學生對待問題要全面思考，不能顧此失彼，并強調團隊合作的重要性；從算法設計的一般過程，啟發學生要有精益求精的工匠精神；從算法是推動人類發展的關鍵，激勵學生要像計算機學科開創者一樣，善于轉換思維，勇于創新。

第三章：算法分析基礎。從算法的漸進分析方法，引導學生解決問題要善于抓住事物的關鍵；從易解問題到難解問題，引出世界難題NP=P猜想，鼓勵同學努力學好專業知識，攻克科學難關。從非遞歸和遞歸算法時間復雜性分析方法，引導學生運用馬克思主義原理，把握問題的特殊性，具體問題具體分析。

第四章：蠻力法。以百元買白雞展示蠻力法的設計思想，啟發學生追求工匠精神，精雕細琢，提升效率；從0/1背包問題，引導學生學會取舍，收獲成功和幸福；從任務分配問題，引導學生要善于管理，合理分配任務，保證團隊的高效運行。

第五章：分治法。從分治法的設計思想，啟發學生解決問題，要分而治之，逐個擊破；完成任務，要貢獻力量，共創未來，激發集體榮譽感；以快速排序算法發明者霍爾的事跡，培養學生探索未知、勇攀科學高峰的責任感和使命感。

第六章：減治法。從減治法的設計思想，引導學生解決問題要分清主次，抓住關鍵問題；以堆排序中的篩選法思想，鼓勵學生努力提升自我，勇爭先鋒。

第七章：動態規劃法。從動態規劃法的設計思想，引導學生努力完善自我，局部最優才能達到全局最優，培養家國情懷；以海盜分鉆問題，培養學生胸懷他人，摒棄私利的道德情操；從最短路徑問題，鼓勵學生設計優化算法，培養創新意識；從最長公共子序列問題，引出新冠病毒基因序列比對，培養愛國主義精神和社會責任感[6]。

第八章：貪心法。從貪心法的設計思想，培養學生積極的人生觀，做到不悔過去，不懼未來，不負當下；從圖著色問題，引出學習強國中的每日人文地圖，培養愛國主義精神[6]；以最小生成樹問題，引出國家在鐵路和通信等方面的建設，激發學生的民族自豪感[7]。

第九章：回溯法。從回溯法的設計思想，培養學生積極向上的人生態度，勇敢往前，當遇到失敗時，要能夠重整旗鼓，另辟蹊徑；以八皇后問題，引導學生正確的交往之道，保持一定距離，生活更美好。

第十章：分支限界法。從分支限界法的設計思想，培養學生的道德修養和法律意識。

（二） 思政內容融入方式

當代大學生受社會、網絡媒介等因素的影響，具有鮮明的性格特點，思維活躍[8]，但也存在諸多不足，具體表現在：心理承受能力弱，自主學習意識不強，責任意識淡薄等[9]。針對當代大學生的思想特點，本課程將專業教學和思政元素有機融合，本著以學生為主體，激發學生的求知熱情，讓學生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，培養學生的家國情懷、精益求精的工匠精神和勇攀高峰的責任感等為原則，設計相應的教學實施方法。①線上線下混合式教學。課前利用QQ等方式布置專業知識和思政內容，通過查閱資料，慕課，在線視頻等方法進行學習和思考；課上通過講授和互動對知識進行理解和消化；課后通過線上交互和評價分別對知識進行鞏固和對課程進行持續改進。②多種教學手段靈活運用，激發學生的學習興趣。將案例教學、啟發式教學、分組討論等方法應用于課堂，增強學生的主動性，讓學生樂于學習。③利用算法競賽，激發學生自主學習意識，培養團隊合作精神。在實踐教學中，根據教學內容，引入算法競賽題目，采取個人和組隊競賽方式完成相應的學習內容，并鼓勵學生在洛谷、牛客和AcWing等平臺上進行學習和訓練，參加學科競賽。

二 課程思政融入具體案例

案例1：突破自我，勇攀高峰。在課程介紹中，列舉科技的發展，阿爾法狗戰勝世界圍棋冠軍，無人駕駛等，以及我們吃穿住行等使用的APP軟件，引出算法，展示計算機的發展很大程度都是算法在起作用。進而講述圖靈獎獲得者的人物事跡，吸引學生學習算法的興趣，努力提升算法設計和分析的能力，勇攀高峰，為社會主義現代化做貢獻。接著介紹全國軟件和信息技術專業人才大賽、團體程序設計天梯賽、國際大學生程序設計競賽和中國大學生程序設計競賽等，以及相應的算法競賽練習的在線評測系統，觀看北京航空航天大學慕課視頻第四范式創始人戴文淵博士訪談—ACM-ICPC世界冠軍的修煉之道[5]，鼓勵學生利用課余時間積極投入到競賽學習，突破自我，提升邏輯推理、數學建模和編程能力，培養創新能力、解決實際問題的能力和團隊合作能力。

案例2：敢于創新，攻克難關。在算法分析基礎，講解算法時間復雜性時，利用旅行售貨商TSP問題，讓學生開展討論，提出解決的方法。隨后總結求解問題的可能路線的數目是（n-1）!（假定有n個城市，旅行商從某一個城市出發）。學生初學算法，對算法復雜性沒有具體概念，通常認為計算機執行速度那么快，解決這種問題肯定沒問題。為了讓學生理解難解問題，用具體實例展示，當n的規模增大到一定程度，就算使用超級計算機，也沒辦法解決該類問題。進而講述P類問題和NP類問題，引出世界難題NP=P猜想，同時介紹NPC問題，列舉命題可滿足性SAT問題等具體科研問題，并展現當前研究進展，鼓勵學生學好算法，敢于創新，攻克理論計算機研究的難關。

案例3：精雕細琢，精益求精。在學習蠻力法設計思想時，讓學生分組討論，設計求解百元買白雞的算法，請小組代表講解算法，同學們一起進行時間復雜性分析。從最初需要三重循環的算法到只需一重循環的算法，讓學生體會算法的精妙之處。設計算法就是要精雕細琢，精益求精，深入挖掘其中隱藏的已知條件，才能設計出高效的算法。鼓勵學生，做人做事，要端正態度，腳踏實地，要有精于工、匠于心、品于行的工匠精神。

案例4：自練組練，提升能力。在實驗教學和課后學習環節，利用算法競賽題目和模式，讓學生個人或組隊在規定的時間內完成相應的算法題目，隨機抽取個人或小組進行題解分析，有效地增強學生學習的自主性，鍛煉克服困難和頑強拼搏的精神，并提升團隊協作能力。

三 課程思政教學成效

自2019年以來，通過思政教學的實施，學生的學習興趣和主動學習意識明顯增強，達到了較好的教學效果。學生對該課程的評教情況如表1所示。同時，學生利用算法解決實際問題的能力得到很大的提升，積極參加大學生創新創業訓練計劃項目的申報和各種算法類競賽，包括國際大學生程序設計競賽、中國大學生程序設計競賽、團體程序設計天梯賽和藍橋杯全國軟件和信息技術專業人才大賽等，近兩年的競賽獲獎情況與以往相比有了突破性的進展，以藍橋杯為例展示我院學生的獲獎情況，如表2所示。

表1 2020-2021學年上學期算法設計與分析課程的學生評教情況

表2 我院2016-2021年藍橋杯競賽獲獎匯總表

四 結語

在算法設計與分析課程的教學過程中，通過深入挖掘思政元素，將科技發展的新技術與課程內容自然銜接，展示時代發展；將中國優良品德等與課程內容相融合，堅定四個自信；將哲學思想有機融入，提高分析問題和解決問題能力；注重工匠精神和專業素養的培養，提升專業技能；將算法競賽融入課堂，培養自主意識和團隊合作精神；將科學前沿有機相融，培養創新能力。