以问题为导向的情境式《算法导论》课程教学方法初探

庄连生

摘 要： 结合多年教学经验，总结“算法导论”课程教学中存在的问题，依据建构主义教育理论，提出一种以问题为主导的情境式教学方法，并给出一些采取的主要措施。教学实践表明，该教学方法可以有效强化算法导论课程的教学效果，有助于培养学生分析问题和解决问题的能力。

关键词： 算法导论 教学方法 建构主义

一、引言

计算机算法在计算机科学和计算机应用中处于核心地位。通俗地说，算法是指解决问题的方法，定义了计算机指令执行的逻辑过程。虽然实际问题无穷无尽，但是许多问题都可以归结为一些基本问题（如排序问题）。对这些基本问题的研究，便得到了各种经典的计算机算法。在算法研究过程中，逐渐形成了一些具有参考价值的理论和方法，可以用于指导和帮助算法的设计，并用于分析所设计算法的性能。算法导论课程的主要目标是，通过学习经典计算机算法，掌握常用的算法设计方法和分析手段，培养学生分析问题和解决问题的能力。算法导论课程是国内外各高校计算机科学与技术及相关专业的核心课程，但由于课程内容的抽象性，学生普遍反映难学，传统教学方法效果一直不好。因此，有必要探索有效的课程教学模式和教学方法，帮助学生更好地掌握课程内容，实现核心教学目标。笔者根据教授这门课程的教学经验，总结教学中存在的问题，探讨相应的改进措施，期望对同行有所帮助。

二、教学中存在的问题及原因

算法导论课程是多数高校的计算机科学及相关专业的核心课程。该课程通常被安排在《数据结构》课程之后，作为高年级本科生或研究生的专业核心课程。目前多数教学方法是，以经典算法设计思路和策略为基本知识单元，先介绍各种算法设计和分析方法的核心思想，然后以经典算法为例强化理解。此种教学方法带来的好处是，教学脉络清晰，授课组织非常方便。但是，教学效果一直都不理想。学生普遍反映难以理解各类方法的思想精髓，碰到新的问题还是无从下手，无法学以致用，导致学习积极性不高，甚至消极厌学。究其原因，我们发现存在如下几个问题：

1.课程内容太抽象，缺乏实际应用场景。在现有教学法中，课程内容主要围绕着各种用于算法设计和分析的成熟方法来组织，侧重于对方法本身的介绍。但是，这些方法都是在算法研究过程中抽象出来的，已经脱离了实际应用背景，学生必须依靠自身的抽象能力来构建方法的应用场景。显然，对于缺乏算法研究经历的同学来说，这无形中增加了课程学习的难度。

2.授课过程属于单向过程，学生缺乏主动思考的过程，互动性不强。在现有教学方法中，教师处于知识传播者和输出者的地位，学生属于知识的被动接受者。这种角色定位导致学生只是机械地记忆相关方法，很少主动考虑各类方法出现的背景和可能的应用场景。尤其是多媒体教学手段的广泛采用，使得教师的讲课速度大大提高，学生更加缺乏主动思考的时间。课堂上，学生参与程度不高，导致其学习积极性不高。

3.课程考核方式不尽合理，导致学生重理论轻实践。现有教学方法一般采用作业、实验、考试三者相结合的方法考核学生的学习效果。作业和考试偏重于对理论知识掌握程度的考核，实验侧重于对学生动手能力的考察。但是，由于作业和考试的分值比较高，导致许多学生侧重于理论学习，忽略对知识内容的实际应用能力。这种考核方式虽然方便对学习效果实行量化考核，保证一定的公平性，但阻碍了对学生分析问题和解决问题能力的培养。

三、以问题为导向的情境式教学方法

针对上述问题，基于建构主义教育理论，本文提出了以问题为主导的情境式教学方法。其核心思路可概括为：以学生为教学中心，在整个教学过程中由教师起组织者、指导者、帮助者和促进者的作用，利用情境、协作、会话等学习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和首创精神，最终达到使学生有效地实现对当前所学知识的意义建构的目的。新的教学方法摒弃“以教师为中心”的传统模式，教师在课堂上主要提供问题原型，指导和帮助学生积极探索。学习是获取知识的过程，也是解决问题的过程。教学理念的改变，促使教学方法必须跟着改变。主要采取了如下措施：

1.改变课程组织方式，由以经典算法设计思路和策略为基本知识单元，变为以实际问题为基本授课单元。构建一系列特定场景，让学生直面需要解决的问题，引导他们积极主动探索可能的解决方法。在探索过程中，主动学习各种经典算法、算法设计和分析方法。从问题出发，教学内容将不再那么抽象，知识与学习的情境及学习者带入这一情境的经验有密切关系。

2.改变课程授课方式，由以知识点讲授为主，变为以问题的分析和讨论为主。教师并不直接告诉学生应当如何解决面临的问题，而是引导学生像领域专家那样思考问题并参与讨论，在讨论中设法把问题一步步引向深入，以加深学生对所学内容的理解，最终启发和诱导学生自己发现规律、纠正和补充错误的或片面的认识。在新的授课方式中，学生是课堂讨论的主体，知识获取主要通过学生之间的相互协作和讨论完成。对于相同问题，不同观察视角导致对相同问题有着不同的理解。不同观点的碰撞，有助于学生对所学内容更加全面和深入地认识，培养学生的发散思维。

3.改变学习效果评价方式，由以独立的考试测验为主，变为以解决实际问题为主。建构主义理论的重要观点就是，学习过程就是解决问题的过程。对于学习效果的评价，主要依据学生在分析和解决问题中的表现。在实际操作中，可以采用课程项目为主的考核方式，鼓励学生独立或者协作完成课题项目，通过项目完成情况评估其学习效果。项目完成情况的评估不仅仅看其最终结果，更要看其在解决问题过程中对相关知识的运用情况。

四、结语

针对现有《算法导论》课程教学中存在的问题，基于建构主义教育理论，本文探索了以问题为导向的情境式教学方法，以强化课程教学效果。教学实践表明，该教学方法可以强化课程的教学效果，有助于培养学生分析问题和解决问题的能力。

参考文献：

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