?算法分析與設計?課程教學初探〔〕:

摘要：?算法分析與設計?課程是計算機專業中的核心課程，其旨在培養學生分析和解決問題的才能。然而該課程理解起來較為抽象、涉及知識范圍較廣、理論性較強，導致學生學習熱情和投入程度不高，難以到達課程的教學目的。針對以上問題，本文針對該課程的特點，從教學中存在的問題、教學改良措施以及措施的施行效果進展了相關討論。

關鍵詞：算法分析與設計；分類教學；翻轉課堂；實例教學

本文引用格式：袁李萌子,等.?算法分析與設計?課程教學初探[J].教育現代化,2022,6(70):83-84.

一引言

算法在計算機科學和計算機理論中，扮演著重要角色。尤其是在當今大數據、人工智能的時代，算法與絕大多數科學、商業和技術都親密相關。?算法分析與設計?課程是學生解決問題和程序設計的根底，該課程重點為學生講授計算機領域中求解實際問題的算法設計技術，并培養學生分析算法時間和空間復雜度的才能。更重要地，該課程的學習也培養了學生自主抽象問題、解決問題的才能，是學生從事相關行業工作的知識儲藏中不可缺少的局部【1】。然而在該課程傳統的教學過程中，仍然存在以下幾個問題。

〔一〕課程缺乏一致性

傳統的?算法分析與設計?課程大多采用圍繞問題類型進展分類教學，通常分成不同模塊分別對排序、查找、圖等算法來組織教學。這種分類教學方式的優點在于，對于解決同一問題的不同算法，學生可以立即比擬這些算法的效率；其缺點在于，過于強調問題的類型，無法對許多重要的算法有組織的進展分類教學，而是另外對特殊的問題類型進展討論。傳統圍繞問題類型進展分類教學的方法，會導致課程缺乏一致性，而且很容易讓學生感到迷惑。

〔二〕教學方法傳統過時

隨著現代教學技術的開展，教師的教育教學方法也在發生著形式的改變，從原來的上課板書講授的教學手段，轉變為幻燈片與板書相結合的教學手段，但并沒有真正改變"教師講、學生聽";這一形式。?算法分析與設計?課程中，理論教學占較大比重，加上有些算法知識側重數學，理解起來較為抽象難懂，學生常常在上課時將注意力轉移到電子設備上。如何調動學生的學習熱情和投入精力，是該課程需要解決的問題。

〔三〕理論教學較薄弱

傳統的?算法分析與設計?課程過于側重理論教學，理論教學環節較為薄弱。該課程的考核方式主要考察理論內容，忽略上機環節，導致學生學習完課程后，僅可以理解算法的思想，而無法運用算法設計技術編程解決理論中的問題。為了真正培養學生解決實際問題的才能，讓學生面對問題時主動考慮、勤于動手，是該課程需要到達的核心目的。

二?算法分析與設計?課程教學改良措施

?算法分析與設計?課程教學過程中存在的問題不容無視，它已經成為制約該課程改良的主要問題。針對?算法分析與設計?教學中課程缺乏一致性、教學方法傳統過時、理論教學較薄弱等問題，本文將提出以下幾個改良措施。

〔一〕圍繞算法設計技術的分類教學

較之傳統圍繞問題的方式來分類教學，強調算法設計技術來分類組織教學，可以讓學生更容易理解算法的某些設計謀略及其重要變種。在這種分類教學方式中，即使算法來自于不同的計算領域，假設它們采用了一樣的設計技術，就會被編為一組進展模塊式的教學。新的分類教學法包含了某些新的設計謀略，例如蠻力法、減治法、變治法、時空權衡和迭代改良；并自然覆蓋了許多傳統方法無法分類的經典算法，如歐幾里得算法、堆排序、查找樹、散列法、拓撲排序、高斯消去法、霍納法那么等，從而使得教學過程中可以以一種連接的、一致的方式對這些經典算法的標準內容進展講授。通過強調算法設計技術來進展分類教學，可以促使學生按照算法的內在設計方法對的眾多算法進展分類，可以幫助學生挖掘不同應用領域的算法間的共性，可以引導學生充分運用這些技術設計出新的算法從而解決新問題。

〔二〕運用翻轉課堂的啟發式教學

根據文獻[2-6]所述，作為一種混合式教學形式，翻轉課堂將傳統教學形式中"教師在課堂先講授知識，學生課后完成知識內化";的構造顛倒過來，因此也叫"顛倒課堂";。將翻轉課程運用在?算法分析與設計?課程教學中，有利于激發并維持學生學習的興趣，增強學習的主動性。在課前，學生根據教師提供的資料〔如教學視頻及課件〕進展自學，有針對性地掌握某些算法的根本概念并進展編程實現。針對課前自學遇到的疑惑和難點，教師在課堂上針對這些問題與學生進展討論、解答，進步了教學效率，增強了教學效果。課前，教師自行錄制視頻來講解教學內容，并將這些學習資料傳給學生，可以讓學生在課前就對課程內容有根本掌握，同時靈敏的教學方式及優質資源也便于拓展課堂教學內容。學生課前就可以開始學習新的內容，無形中增加了課堂教學時間。課堂上，教師可以就重難點及學生的疑惑有針對性地開展教學活動，引導學生對問題進展考慮，加強師生之間的討論交流，進步課堂時間的利用效率，在這一過程中，學生根本可以完成知識的內化。課后，學生仍然可以根據教師提供的資料進展復習。

〔三〕結合典型問題的實例教學

?算法分析與設計?課程的許多內容側重于離散數學，涉及到最優化方法等理論只是，比方動態規劃算法、貪心技術、回溯法、分枝界限法等，學生大多感覺這局部內容抽象難懂。事實上，這些算法之間存在著相似性，只要選擇適宜的典型問題進展實例教學，那么可以將算法簡單化、詳細化。例如，回溯法和分枝界限法都是以構造一棵狀態空間樹為根底，樹的節點反映了對一個局部解所做的選擇，但兩種設計技術的區別在于，分枝界限法只能運用于最優問題，而回溯法大多處理的是非優化問題。基于這兩種設計技術的特點，選取0/1背包問題作為典型實例教學，學生那么可以快速掌握兩種算法設計技術的根本原理和算法步驟。

三?算法分析與設計?課程改良措施的施行效果

本人就所提出的三種措施，提出了一套以"圍繞算法設計技術的分類教學";為主導，以"結合典型問題的實例教學";為考慮形式，以"運用翻轉課堂的啟發式教學";為課堂教學形式的教學方法，并在理論中進展驗證，獲得了較好的效果。詳細施行效果表如今以下幾個方面：

1.學生可以探究式地進展算法的學習。本人在備課過程中，提早對學生學習的先修課程進展調研，包括程序設計根底〔C語言〕、數據構造、離散數學等課程，落實了先修課程所學習的內容，總結出需要進一步探究的知識點，進一步改革教學方法。根據學生參加編程競賽獲獎的實際情況，適當增加一些挑戰性的問題，激發學生的潛力，引導他們用編程實現對詳細問題的求解。經過一系列的教學環節，學生根本可以掌握主要算法的設計精華，對給定算法進展時間復雜度和空間復雜度分析。給定詳細的實際問題，學生根本會運用以下解題步驟進展問題求解，包括：〔1〕給出"常規式";解決方法〔通常是蠻力法〕；〔2〕分析此種方法的時間和空間復雜度；〔3〕重新考慮問題本身，找到可以改良的方法；〔4〕優化算法，給出算法的解；〔5〕通過編程實現算法求解過程。

2.學生對課程的學習熱情和投入程度大大增加。傳統的教學方式，常常會使學生陷入"理解+記憶";的學習思維定式，加上課程本身的學習難度，很多學生會覺得課業負擔較重，從而導致學習興趣不高。本人在課程的教學過程中，凝練出典型問題的經典案例，重點將算法與問題之間的對應關系、不同算法設計技術的區別和聯絡貫穿于算法案例的講解中，從而使得學生可以深化理解到算法的內涵，有興趣地學習各類算法。另外，本人充分運用翻轉課堂的教學方式，課前將一局部課程的內容布置到學生的大作業中，并讓學生在課堂上以匯報大作業的形式對某些算法進展講解，從而增加了學生對課程的投入時間，鼓勵學生以更加認真的態度對待課程的學習。

四結語

本文針對?算法分析與設計?課程的教學特點，圍繞該課程教學過程中存在的問題，提出了相關的改良措施，并將措施應用到了實際教學中。?算法分析與設計?是計算機學科的重要課程，也是一門比擬難的課程。教師在教學過程中應當充分運用教學手段，以算法設計技術為核心組織教學，在教學理論中以學生為中心，采用典型實例教學方法，最終培養學生學習算法的興趣，進步學生分析和解決實際問題的才能。

參考文獻

【1】高尚."算法設計與分析";課程改革初探[J].計算機教育,2022(14):37-38.

【2】祝智庭,管玨琪,邱慧嫻.翻轉課堂國內應用理論與反思[J].電化教育研究,2022(6):66-72.

【3】張金磊,王穎,張寶輝.翻轉課堂教學形式研究[J].遠程教育雜志,2022,30(4):46-51.