基于创新能力培养的教学模式改革—以算法设计与分析课程教学为例

雷 鹏 张小峰 王静莲

鲁东大学信息与电气工程学院 山东烟台 264025

教育的根本目的是培养人才，但培养什么类型的人，这是一个教育工作者应首先考虑的问题。我们的教育是仅培养具有丰富知识的人，还是培养会运用知识解决问题的创新型人才。联合国教科文组织的报告《学会生存》中明确指出[1]：未来社会的文盲，将不是没有掌握一定知识的人，而是那些不会学习的人。德国教育学家第斯多惠[2]说过：“教学的艺术不在于传授本领，而在于激励、唤醒和鼓舞。”20世纪七十年代末，我国某著名大学招收过一批年龄在十一二岁的“天才”少年班学生，但他们现在大多都是默默无闻的凡人，有的甚至出现了心理问题，出家做了和尚。我们认为这不是个案，是传统的教育模式出了问题。传统的教育模式是培养了天才，还是摧残了天才？我们所谓的“天才少年”只不过是被教育工作者提前灌输了成人知识的少年，他们并没有获得掌握新知识的能力，或者说他们并没有接受创造力的培养。现代教育理论认为：教学的真正含义是变“学会”为“会学”。现在许多教师仍将教育停留在知识的传授上，对如何培养学生的创新能力没有认真思考和实践。

现在我国正在走创新型发展之路，培养创新型人才是教育工作者肩负的历史责任。培养创新型人才就要对现有的教学模式进行改革，以适应新时代的需要。打破原有以“教”为中心的教学模式，实现以“学”为中心，充分体现学生主体地位，并且围绕学生的学习这个中心设计教学模式，探索出一种适合学生创新能力培养的以“学”为中心的教学模式，在教学过程中教会学生以科学方法高效地认识、理解、掌握和运用知识，从而让学生学会学习、学会创造。在信息技术飞速发展的今天，应当利用先进的教学手段，结合先进的教学理念，首先对课堂、实验教学进行改革。笔者结合算法设计与分析教学谈谈这方面的观点。

编写程序解决问题，先要设计出解决问题的算法，因此算法是程序设计的基础。解决理论上和生产实际中的复杂问题，设计出有效的算法是困难的，要付出创造性的劳动。算法分析与设计课程具有一定难度，学习该课程需开动脑筋，付出艰苦努力。当前国内该课程的教学，一般是给出一些经典的问题，运用经典的方法设计算法求解。由于这些经典问题大部分都是偏理论的问题，与实际生产中的问题有一定距离，且难度较大，因此学生具有畏难情绪，渐渐对课程失去兴趣。针对课程特点和教学中存在的问题，采取了以下的方式和方法改进教学。

1 明确学习意义与培养学习兴趣

心理学家研究表明：兴趣是一个人力求认识并趋向某种事物特有的意向，是个体主观能动性的一种体现，人们对自己感兴趣的事物总是力求探索它、认识它。教师首先应使学生对所学课程感兴趣。做法是让学生充分认识算法设计的价值。如“均匀照明LED阵列设计” 问题，仅仅学好程序设计语言是解决不了该生产中的复杂问题的，必须掌握优秀的算法设计技术，针对具体问题设计出高效算法和程序才能解决复杂问题，进而升华程序设计技术。具有高超算法的人才一直是世界著名大公司追逐的对象，被称为计算机的精英人才。笔者经常反复给学生讲上述观点，并以自己的亲身经历及所熟悉的成功实例说明当今高级算法设计人才的缺乏和他们的辉煌。学生知道了算法设计的价值，激发出了极高的学习热情。

在学生明确学习意义后，教师要鼓励学生自己发现问题，这样能够引起学生的兴奋感，有利于激发学生的学习动机和兴趣，有利于培养学生的自学能力，因此教师的教学是引导学生自己去发现。

2 改革课堂教学

2.1 创新意识的培养

培养创新能力不是搞发明创造，要从培养创新意识开始。布鲁纳[3]曾经指出：“教一门学科，不是建立一个小型的图书馆，而是要学生独立思考，积极参与到获得知识的过程中去。”教师应充分尊重学生的主体地位，发挥学生在学习过程中的自觉性、自主性和创造性，不断提高学生的创造意识和创造能力，最终培养学生成为能够进行终生自我学习的主体。有资料表明，北大、清华的教学与哈佛、斯坦福大学相比较，主要欠缺的是课堂上的启发与互动式教学，其他方面相差不大，但两者培养的学生创新能力差别巨大。可见启发与互动式教学的意义。王定华[4]先生在一本书中写道：国内的一些教师总是争分夺秒地“赶”教学内容，像上了发条似地踩着步点上课，“好”的教师可以按照设计好的教案，在刚讲完课对学生说“下课”时，铃声正好响起。美国教师这样评价这种让他们叹为观止的现象：“怎么上课可以像发射宇宙飞船一样精确？好像遥控一样。”其实，“以教师为中心”和“以内容为中心”的教学是完全可以做到的，该讲的内容讲完了，但结果怎么样就无法顾及了。正像美国教师无法理解中国教师可以踩点下课一样，中国教师在听了介绍美国的教学以后，也摇着头说：“好是好啦，可是他们怎么能完成教学内容呢？教学怎样符合教学大纲和教案的要求呢？”可见，教学大纲和教案也可能束缚教师改革的手脚，这就要求对现有教学大纲和教案进行改革。对公认的优秀教师可否废除大纲和教案对他们的束缚，因为他们的精彩讲解本身就是很好的教案。朱清时院士曾说过，科大聘请的教师有些是世界顶尖人才，讲课不用教案，他们的讲授就是教案。

教学有一个重要任务是教会学生学习，把学习能力教给学生。学生在掌握知识的过程中同时掌握学习能力。知识的传授是必要的，如经典问题的传统算法需要传授给学生，但不是所有的内容统统是填鸭式的满堂灌。面对一个经典问题，如矩阵连乘问题，在讲解经典算法之前，可让学生先抛开程序设计和数据结构知识，启发学生对该问题最原始的求解思路，如暴力算法，然后运用掌握的知识逐步求精。讲授经典算法后，启发学生对经典算法的优劣展开讨论，能否加入自己的思想加以改进。教师在面向全体学生的同时，还应认真地对待个体差异，进行个性化教学，确定最有利于学生学习的教学方法与策略，在可能的范围内使具有不同智力的学生都能受到同样好的教育，以开发学生的潜能，使他们得到满意的发展。互动式教学主要是提倡个性思维、发散式思维，也就是创新思维。如讲解如何编程序解决一个问题，在讲到算法难点时，可以停下来让学生思考几分钟；或者让学生课下钻研，待下次上课时，让学生上讲台把难点讲给大家听，大家参与点评，最后再由教师把自己的想法讲出来供学生参考。这样学生不仅仅是被动地听，还有主动地参与、思考。对积极发言和思路开阔的同学，可给予比较高的平时成绩。笔者尝试这种教学方式，的确调动了学生的参与热情，也发现了不少学生的奇妙算法设计思路。对书上的例题，教师不仅仅是原样照搬地讲解，学生原样照搬地上机验证，应引导学生自主设计出不同的算法解决同一问题，比较各种方法的优劣。

2.2 采用多媒体等先进的教学手段和资源

现代信息技术迅速发展，产生了许多先进的教学手段和资源。学校大多配备了多媒体教室和互联网，教师要充分利用好这些先进的现代教育技术，激发学生学习热情，为培养学生的创新能力服务。多媒体教学运用得好，能够启迪学生智慧，起到画龙点睛的作用，但若运用不恰当，会起到反作用。

多媒体能够制作出色彩鲜艳、丰富的课件，可用不同的颜色、亮度强调不同的内容。但颜色过多，色彩过于花哨，长时间刺激学生，会使学生眼睛疲劳，思维钝化，不利于学生创造力的培养。

多媒体能够制作出信息量大同时配有声音、动画的优美课件，能够吸引学生的注意力，使学生对所学内容有很强的感性认识。但如果制作的课件仅有文字的堆积，是教材的翻版，上课时教师讲解过少，或仅照着多媒体课件朗读，学生完全处在被动消极状态，学生的思维就停止了，有的仅是被动记忆。这种多媒体教学方式应该废止，它会极大伤害学生的创新思维，挫伤创新能力。

3 实验教学改革

算法设计是一门实验性很强的课程，实验教学的效果直接关系到学生掌握算法设计的能力。书本上或课堂上的例题在实验课上验证即验证性实验是不可少的，但仅有验证性实验是不够的。为了培养学生的创新能力，在上实验课前几天，可给学生提前布置实验课题，该课题只讲问题，不讲方法。为了激发学生的创造性，让他们在实验课上自由发挥，设计出各自不同的算法。笔者在实际教学中，让学生在课堂上讲解他们在实验课上自己设计的奇妙程序，结果学生踊跃参加，充分挖掘了学生的创新潜能，起到了很好的效果，也发现、培养了不少优秀学生。

4 成立课下学习小组

算法设计的学习有一定的难度，学生也大体能够分成3种类型。A类型：基础好，能力强；B类型：基础好，能力一般；C类型：基础差，能力弱。每种类型的学生相互结合，分别组成A类型、ABC类型和AB类型课下学习小组，通过求解不同难度的问题，使学生相互促进，共同提高。

教师应积极接触、参与社会实践，将实际生产中的问题或项目拿到学校中来，选拔部分优秀学生组成研发小组，解决实际问题。通过选拔来激发学生的学习、参与热情。学生参与项目，得到了锻炼，使学生增强了信心，也为学生就业创造了条件。

5 结语

如何培养学生的创新能力，对教师的教学活动提出了更大的挑战。培养高素质、具有创新能力的学生，没有高水平的教师一切都无从谈起。建设高水平的教师队伍是培养高水平学生的基本保证。教师是教学活动的“导演”，教师怎样“导”，学生就怎样“演”。因此一要给教师创造终身学习提高的机会和条件，二要积极鼓励教师大胆探索培养学生创新能力的教学方法和艺术。