新工科背景下“算法导论”课程三位一体教学模式研究

王金元 林生红

摘   要：在新工科背景下，有必要对“算法导论”课程进行教学改革。以面向新工科应用为导向，归纳算法类问题的求解框架，培养学生良好的思维方法，设计适合本课程的教学策略。在课堂教学中结合最新的MOOC教学和Moodle平台教学，探索三位一体的教学模式。通过教学改革，开发一套行之有效的教学方案，使本门课程成为学生喜欢学、能学好、会应用的高水平课程。

关键词：新工科;“算法导论”;教学模式

1    “算法导论”课程面临的问题

作为新工科背景下的一门专业基础课程，“算法导论”面临着内容量大但学时少，且学生水平参差不齐的现状。本课程本应是一门非常重要的课程，却被学生视为无足轻重的课程[1]。导致这种现状的原因，有以下5个方面：

第一，课程内容量大，算法种类繁杂，没有一个通用的算法框架，学生理解起来困难重重，不能把握不同算法的区别与联系，容易混淆各类算法。

第二，在现有教学中，老师为知识的传播者，学生为知识的被动接受者。这种“填鸭式”教学导致学生只会机械记忆，很少主动思考，互动性不强。

第三，学生学习兴趣不足，有些学生认为课程太难，进而产生畏惧心理，有学生认为所学知识工作后用不上，失去学习兴趣。

第四，课程内容涉及的知识面比较窄，仅讲解一些语言和程序设计，然后用算法解题，不断地让学生做一道道题目，不符合该课程的教学思路。

第五，教学内容陈旧，过度地强调“讲授”，不注重培养学生的算法思维的建立。新工科背景下，学生并不是只需要拥有技能而不需要建立算法思维。

鉴于目前存在的问题，“算法导论”课程的教学改革势在必行。为了满足新工科背景下课程的新需求，需要对存在的问题进行深入的研究，探索适合本课程的教学改革方案。

2    算法求解框架研究

本课程涉及的算法种类繁多，单纯讲授具体的算法内容，容易使学生混淆，授课效果不好。为了使学生更好地理解算法，有必要将具体的算法实例抽象为算法框架，将算法求解步骤模块化。每次学习新算法时，直接代入算法框架即可。

为了提炼算法框架，文章以教材中的旅行商问题（Traveling Salesman Problem，TSP）举例。通过对该问题进行抽象化，得到算法框架为：数学建模→算法策略设计→算法的数据结构设计→算法的控制结构设计→算法的程序设计→算法的正确性分析→算法的复杂性分析[2]。掌握了算法框架，可以更好地理解具体的算法实例，达到融会贯通的效果。

3    思维方法和教学策略研究

传统教学只注重讲授知识，并不注重学生思維模式的培养，容易导致学生只掌握知识，但是遇到新算法问题仍然不会求解。因此，应该把讲授和思维培养相结合，在传授知识的同时，注重思维方法的培养[3]。

借助于思维方法，提炼的算法框架需要采取不同的教学策略，比如案例教学和演示教学。对于框架中的“算法的数据结构设计”，可借助Vcompter软件进行演示教学数据间的逻辑关系。针对“算法的控制结构设计”，可用Raptor软件演示各种结构。针对“程序语言设计及算法实现”，可用Raptor软件进行编程演示。框架其他部分可采用案例教学。

4    教学模式设计

传统教学模式过于单一，仅通过课堂教学效果不是很好。为了激发学生的学习兴趣，本文提出基于大型开放式网络课程（Massive Open Online Courses，MOOC）教学、Moodle平台教学和课堂教学三位一体的教学模式，如图1所示。

对于具体的算法实例，可以采用MOOC和Moodle平台教学。课前，学生进入MOOC平台和Moodle平台，学习相关课件、视频，预习知识点。课中，采用案例和演示教学进行课堂教学，使学生掌握知识点。课后，通过Moodle平台做作业巩固知识点。将MOOC教学、Moodle教学和课堂教学相结合，可以构建出三位一体的教学模式。

在三位一体教学模式中，算法框架由具体实例抽象而来。根据算法框架，采用案例驱动教学，将具体实例套入框架，使算法浅显易懂。根据算法框架，对学生进行思维训练，提出合适的教学策略。教学策略反过来会促进算法框架的完善。该教学模式可显著提升授课效果，也可充分调动学生学习的积极性，使本门课程成为学生喜欢学、能学好、会应用的高水平课程。

5    结语

文章采用实例驱动、抽象化、讲授与思维培养并重、三位一体教学模式等研究方法，探索了“算法导论”课程的教学改革方案。作为新工科背景下非常重要的一门课程，本门课程的教学改革研究具有重要的实践意义。通过教学改革，可以帮助学生更好地学习课程，提升学生学习兴趣，也可培养学生解决实际问题的思维能力，并在以后的工作中，达到学以致用的效果。

[参考文献]

[1]马汉杰，冯杰，黄海.浅析《算法导论与体系结构》的教学改革[J].教育探索，2014（6）：93-94.

[2]庄连生.以问题为导向的情景式“算法导论”课程教学方法初探[J].考试周刊，2016（99）：121.

[3]石云，陈声波.地方高校“计算机导论”算法思维培养的教学设计[J].教育教学论坛，2016（2）：173-174.