以大學生創新競賽為牽引的算法學習第三課堂建設

陳 鑫，伊華偉，佟玉軍

（遼寧工業大學電子與信息工程學院，遼寧錦州 121000）

近年來，在各大高校和企業的共同努力下，大學生創新創業競賽取得了顯著的成果。全國大學生數學建模競賽、“互聯網+”大學生創新創業大賽、藍橋杯、ACM、“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽等賽事，主要是提倡在壓力較大的情況下培養學生的創造力、團隊合作精神以解決競賽的問題，從而挑選和發掘世界上最優秀的程序設計人才，為推動創新創業教育改革、實現一流本科人才培養目標提供良好的平臺［1］。

計算機類專業的核心課程是算法與數據結構，算法作為一種數學方法，對工程問題求解和創新實踐具有重要的指導意義［2］。算法是計算機領域最重要的基石之一，是計算機科學的精髓所在，其培養的是分析問題、求解問題的思維方式。算法方面的良好掌握，可以為程序員在未來各個方向的發展奠定基礎。這使得算法課程對學生的數學基礎和編程能力要求較高，然而一些地方性普通高校的計算機方向學生普遍存在算法基礎薄弱、算法思維不強等問題。此外一些學生雖然有強烈的自主學習意愿，但是可參考利用的資源也很少［3］。

隨著知識更新速度的加快，知識的管理、團隊的合作、信息資源的共享已成為當今社會不可或缺的學習方式［4］。大學教學過程中，除了教師主講的理論課堂、學生實踐的實驗課堂外，還可以創建學生自主學習的平臺［5］，通過教師的指導和學生的自我管理達到獲取知識的目的，可以視為大學教學的第三類課堂［6］?；谏鲜霰尘埃治霎斍八惴▽W習第三課堂存在的問題，并基于以上問題對內因進行深度分析，探討在地方性普通高校中以大學生創新競賽為牽引的算法學習第三課堂建設路徑。

一、算法學習第三課堂建設的意義

第三課堂是指學校教學過程中，由教師引導學生進行有意義地學習的課堂環境，也是學生完成學習任務、增強創新能力的重要途徑［7］。通過搭建第三課堂，教師可有效利用課內外教學資源，促進學生對課程知識的掌握。同時，各類競賽平臺的搭建，可促進學生對理論知識的運用和創新能力的培養，為學生未來創業奠定基礎［8］。高校應充分發揮其在人才培養方面的主導作用，著力打造三個課堂有機結合、相互補充、協調發展的人才培養體系。在算法課程教學中引入創新創業競賽項目是激發學生學習興趣、鍛煉創新意識、提高實踐能力的有效手段。目前，市面上存在很多算法類競賽相關資料和培訓課程。從內容來看，這些課程大多是介紹如何將已有算法進行改進以提高其性能；從形式來看，這些課程主要通過大量刷題和競賽練習來完成。但此類方法無法從根本上解決學生算法學習中的困難，也不能幫助學生真正提升算法水平。第三課堂是以大學生創新創業競賽為牽引搭建的實踐教學平臺，它通過算法知識與創新創業項目的有機結合，有效激發學生自主學習和創新思維。從內容來看，第三課堂主要包含理論、實踐、實訓三大模塊，以學生為中心組織教學內容。通過對第三課堂的有效搭建和實施，我們可以為學生提供一個額外學習、提升自我的平臺。

二、以大學生創新競賽為牽引的算法學習第三課堂建設原則

（一）注重“以人為本”

高校教育模式與其他階段不同，專業教師在課堂中更注重學生的自學能力。為此，在建設算法學習第三課堂時，也應該遵循這一原則，以“以人為本”為基礎，尊重每一名學生的想法，注重個性化培養，保證他們在提高自身計算機專業能力的同時形成完善的自主意識、創新意識，提高他們的合作精神等?；谠撛瓌t無論是創新競賽，還是建設第三課堂，都可以改善計算機專業算法教學現狀，推動教育工作進一步發展。

（二）豐富建設方式

因為第三課堂是以創新競賽為牽引搭建的實踐教學平臺，所以在建設過程中，專業教師會習慣性地將重心放在競賽設計上。這會導致建設模式過于單一，第三課堂的實踐內容受到限制。遵循豐富建設方式這一原則，會為第三課堂的建設提供更多可能。學?？梢越柚Ｆ蠛献鳌a教融合等多種方式進行輔助，保證實踐教學內容的新穎性和趣味性。這對高校學生來說更具吸引力，更能提高他們的算法學習效率。

（三）完善課程體系

算法學習是計算機專業中非常重要的一部分內容，但由于知識間存在連貫性，學生要想提高自身專業能力，需要更系統地學習相關知識。這就需要專業教師在建設過程中遵循完善課程體系的原則，在第三課堂中融入算法學習方面的內容時，還要注重其他計算機基礎課程的融入，保證學生綜合能力得到發展。

（四）合理設計競賽

以創新競賽為牽引建設算法學習第三課堂期間，專業教師要對創新競賽有一個清晰的認識，并遵循合理性原則設計競賽，吸引學生的注意力，調動他們的參與熱情，保證學生在參加競賽期間，可以充分發揮自身實踐能力，利用所學的理論、實踐知識解決計算機專業難題。當學生真正融入競賽當中時，教師便可以發揮其牽引作用，進一步推動算法學習第三課堂的建設。

三、當前算法第三課堂面臨的困境

算法課程是計算機類專業的核心課程之一，在理論基礎和實踐能力的培養方面發揮著重要作用。然而，由于地方性院校對于第三課堂的建設重視程度不夠，目前沒有成功的開展經驗，導致當前建立的算法學習第三課堂教學存在一定局限性。具體表現為以下幾個方面。

（一）教學內容與實際應用脫節

雖然在當前的算法課程中也涉及一些算法設計、問題求解、算法優化等內容，但相對于程序設計基礎課程而言，內容較為簡單，且課程深度不夠。算法的工程化應用過程較為復雜，主要包括系統分析和設計、系統開發和實施以及系統集成。為了讓學生理解算法設計的思想和方法，教師通常會引入實際應用問題來幫助學生理解。但由于算法理論的抽象性和應用問題的復雜性，教師僅僅依靠課堂教學無法充分激發學生的學習興趣和深入探究算法思想的動力。這就導致高校計算機專業教師在課堂中所教的內容與實際脫節，無法通過教育有效提高學生的專業能力，影響了他們的后續發展。

（二）教學方法難以滿足多樣化的學習需求

算法課程的內容和授課形式都與工程實踐密切相關，在實際應用中也存在大量不同種類的問題需要求解。在現有課堂教學模式下，教師需要根據教材中提供的例題和習題講解知識點并分析問題，將學生引入課堂教學環境中。但這種模式難以滿足學生多樣化和個性化的學習需求，容易造成學生只學到知識卻沒有掌握方法和手段的情況。最終嚴重限制學生發展，更無法落實算法學習第三課堂的建設計劃。

（三）課程考核方式單一，難以保證學習效果

在考核方式上，算法課程通常采用期末筆試形式進行考核，考試內容涉及數組、指針、排序、分支限界法、樹結構等算法實現知識，但這些知識點需要在后續課程中進行具體講解，不利于對學生知識掌握情況的考查。在考核方式上，課程以筆試形式為主，期末考試試卷難度較低；但筆試試卷主要是面向已修完算法課程的學生開展，沒有充分考慮未修完算法課程的學生學習算法可能面臨的困難和障礙。另外，此種以考試為主的考核方式存在較強偶然性，并不能體現所有學生的真實實力。如果專業教師一錘定音，單純根據成績評定學生的學習成果，會嚴重打擊學生的自信心，影響他們的后續學習效果。

四、以大學生創新競賽為牽引的算法學習第三課堂建設路徑

針對以上第三課堂存在的問題，遼寧工業大學電信學院以大學生創新競賽為牽引，成立算法學習興趣小組第三課堂，通過慕課學習、翻轉課堂、題庫練習等形式，建立算法學習的第三類課堂，鼓勵學生在學有余力的同時獲得更多的知識。在第三課堂的學習中，首先需要基于大學生創新競賽，設計教學的總體思路，如圖1 所示。

圖1 基于大學生創新競賽第三課堂教學設計總體思路圖

在后續的實踐教學中，專業教師會根據建設思路逐步落實，并結合實際情況進行適當調整，在以上教學設計的基礎上，將第三課堂的具體建設路徑進行細化。

（一）通過慕課優化學習內容

算法學習第三課堂是以大學生創新競賽為牽引，以教師指導為主要形式，以學生自主學習、課外實踐、協同培養和成果展示為核心內容，以學生項目或競賽獲獎成果為重要成果，并最終形成算法課程的核心內容和教學成果的有機統一的系統。當前的興趣小組主要是通過招新文檔向學生宣傳，興趣小組規?？刂圃?～10 人，主要面向大一、大二學生。首先由指導教師創建招新文檔，介紹興趣小組的活動形式和所能提供的場所和硬件保障，也對志愿者提出相應的要求。學生的成長環境、學習經歷都存在較大差異，使得他們的技術能力各不相同。例如，對于大一學生來說，需要他們對數學、編程要有強烈的興趣，有一定的英語閱讀能力，能夠完成一些簡單的編程；而對于大二學生來說，他們需要通過英語CET-4 考試，并在數據結構課程上取得較好的成績。針對以上情況，首先開展集體收看慕課的學習活動。選擇C++、算法等相關課程的教學視頻，從基礎知識開始學起，打下扎實的基本功，為之后更深層次的學習埋下伏筆?；顒訒r間一般安排在晚上，在教師辦公室通過投影儀放映教學視頻、集體收看。當遇到任何不理解的內容時，學員可以隨時暫停視頻、提出問題，并相互討論；對于仍不能解決的疑難部分，則及時記錄，以便咨詢指導教師。此外，學員應該結合視頻學習進行相關的練習，以此來加強程序編寫能力。這個過程不僅能夠提高學生的專業能力，還能促使他們找到適合自己的自學方法，這對學生的未來發展有著非常積極的促進作用。

在教材的選擇中，教師也可以根據學生的具體情況適當進行擴展。教育的國際化促進了教學過程中外文素材的使用，根據興趣小組的實際情況，我們嘗試使用自編的、適用于自身的英文教學資料。教學資料主要參考Cormen 等人編著的《算法導論》一書，同時融入指導教師對其他內容的理解和整理。通過英文教材的使用，學員可以養成外文閱讀的習慣、積累專業相關的英語詞匯，甚至在大學期間與國際適當接軌。這還能鍛煉外語溝通能力，開闊學員的國際視野，使得學員從不同的角度去看待問題。興趣小組還定期舉行企業調研，參觀學習算法在企業信息化、生產輔助、決策支持等方面的應用。通過參觀學習，學生可以了解如何從具體問題出發、分析需求、設計流程，最終實現相關算法，做到從理論學習走入實際應用，有的放矢。

（二）基于大學生創新競賽豐富第三課堂教學活動

當前針對大學生的一些學科賽事較多，例如藍橋杯、數學建模大賽等。這些創新競賽為推動軟件開發技術的發展，促進軟件專業技術人才培養，向軟件行業輸送具有創新能力和實踐能力的高端人才，提升高校畢業生的就業競爭力，全面推動行業發展及人才培養進程。目前，國內外許多高校已經創建了創新競賽的第三課堂，并將相關知識學習納入教學大綱中，作為課程重要的組成部分，并且也取得了很好的效果。在實踐中發現，第三課堂教學的有效補充和延伸，在課程教學中發揮著重要作用。第三課堂建設的根本目的是讓學生從被動學習走向主動學習、從單一性學習走向多元化學習、從單科性學習走向綜合性學習。因此第三課堂學習需要通過一系列激勵機制和措施鼓勵學生積極參加各類算法競賽并取得良好成績。小組成立后，定期舉行小組活動，以此來豐富第三課堂的教學。在日常的教學活動中，還可以采用“翻轉課堂”的形式來進行授課?！胺D課堂”與傳統的教學模式相反，改變了以教師為中心的授課形式，鼓勵學生講解知識點、掌控課堂，強化學生為主體的課堂氛圍。興趣小組活動中，安排“授課”環節——學生分別針對不同的知識點進行準備、依次講解。學生首先要完成“備課”，然后接管課堂、講解內容，這個過程既強化了學生對知識點的理解，又鍛煉了其表達能力，充分發揮小組中每一名成員的作用、激發學生的學習主動性和積極性。指導教師會為學員提出一些啟發式的指導、規劃課堂安排、調節課堂氣氛。

在這個過程中，學生通過自我管理、自我約束，完成對知識點的掌握、吸收及運用；指導教師為學生提供學習場所、為有疑問的學生答疑解惑、為學有余力的學生提供進一步的學習方向，激發學生的活動熱情。同時，算法課程是一個復雜的知識體系，需要采用多種方式、多種層次對學生進行知識傳授和能力培養。在第三課堂中運用算法課程知識設計多種題目、多種方法進行教學設計和教學實施；以第二課堂為基礎，對學生的算法應用能力進行評價和反饋。將第三課堂融入學生日常學習生活中，把算法知識貫穿于學習生活中，可以有效培養學生良好的思維能力、動手能力和創新思維。這樣所有學生的能力都可以得到提高，專業教師也可以找到合適的教學方法，總結出有價值的教學活動。

（三）建立管理、考核及淘汰機制

為保持小組的活力與動力，我們需要建立良好的管理、考核及淘汰機制。首先，建立嚴格與完善的考勤機制。從第三課堂興趣小組中細化管理模式，管理者需要及時分配學習任務，并反饋學生的學習情況。定期對學生的第三課堂學習情況進行不同方式的考核，采用末尾淘汰制來激勵學生，改善小組的學習氛圍；并通過定期小組招新，為第三課堂注入新鮮血液。對于學生來說，他們需要在端正學習態度的同時提高對第三課堂的重視程度，積極主動地參與其中。其次，要制定獎勵制度，小組在完成任務時需要有足夠的動力。為此，學校可以設立專門的獎學金或者相應的獎品，定期對不同小組和學生進行評價，最終綜合分數較高的學生獲得相應的獎勵。這可以調動學生的好勝心，一定程度上為其提供學習動力，促使小組合作更加團結，高效發揮管理、考核及淘汰機制的價值。除此之外，我們還可以利用測試活動對學生進行管理和考核，通過實際的操作了解不同小組的真實實力，并激發他們的勝負欲，讓學生更直觀地認識到自己的不足，發現本小組存在的問題。經過調整，管理、考核及淘汰機制會更加全面，更符合學生的實際情況，最終的考核結果也會更具真實性，能夠為專業教師和學生提供有參考價值的信息，促使其能力得到發展，提高市場競爭力。

五、結語

在算法興趣小組試行的這一段時間里，成員通過慕課學習、課堂研討以及題庫實踐等活動，普遍提高了自身的基礎編程能力，并使其對計算機處理問題的過程有了進一步的理解，增強了其分析問題、解決問題的能力。同時，小組成員也通過定期的活動，增進了彼此的了解；更因為有著共同的興趣和目標，共同學習、互相幫助，建立起良好的學習氛圍，有效地維持并提升了學生對于算法學習的積極性，在以大學生創新競賽為牽引的前提下，為算法學習第三課堂的發展建立了一個良性循環。