3R科研式教學(xué)法在算法基礎(chǔ)課程教學(xué)中的應(yīng)用與實踐*

彭 雷，戴光明，王茂才

（中國地質(zhì)大學(xué)[武漢]計算機學(xué)院，湖北 武漢 430074）

3R科研式教學(xué)法在算法基礎(chǔ)課程教學(xué)中的應(yīng)用與實踐*

彭 雷，戴光明，王茂才

（中國地質(zhì)大學(xué)[武漢]計算機學(xué)院，湖北 武漢 430074）

美國計算機學(xué)會（ACM）和電氣與電子工程師學(xué)會(IEEE)的計算學(xué)會(CS)在 1991年發(fā)表的《計算教學(xué)計劃1991》中將“算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”列為計算學(xué)科的九個主題的第一個。當(dāng)前,大多數(shù)高校也越來越重視算法課程的教學(xué)，將該門課程與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程分離，以算法設(shè)計策略為知識單元，系統(tǒng)地介紹計算機算法的設(shè)計方法與分析技巧。因此，提高“算法基礎(chǔ)”課程的教學(xué)水平有著非常重要的意義。本文主要介紹了作者從算法課程教學(xué)實踐中提煉出的3R科研式教學(xué)法的定義、內(nèi)容及實踐效果，以期不斷提高教學(xué)水平。

3R科研式教學(xué)；算法基礎(chǔ)；教學(xué)與科研

計算機算法的應(yīng)用已經(jīng)普及人類社會生活的各個領(lǐng)域，包括計算機軟硬件設(shè)計、電信和互聯(lián)網(wǎng)、一般生產(chǎn)制造業(yè)以及經(jīng)濟與金融業(yè)等。算法技術(shù)不僅僅是應(yīng)用在計算機領(lǐng)域，在其他理工類及社會科學(xué)領(lǐng)域里都有極其廣泛的應(yīng)用。任何問題的求解，都離不開一般性的算法設(shè)計原則，因此，開設(shè)“算法基礎(chǔ)”的課程教學(xué)具有極其重要的意義。

“算法基礎(chǔ)”這門課程的主要目的不僅要講授計算領(lǐng)域中不同問題的標(biāo)準(zhǔn)算法，更重要的是分析其算法復(fù)雜度，且在諸多可行性算法中選擇一種時間或空間效率最高的方法。所以，作為高校計算機專業(yè)學(xué)生的一門專業(yè)課,它需要“計算機程序設(shè)計語言”和“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”兩門課作為基礎(chǔ)。這門課程不僅要學(xué)習(xí)較復(fù)雜的算法設(shè)計思想及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇，還要掌握程序設(shè)計語言本身的語法。如何使學(xué)生在有限的學(xué)時中，既能掌握算法思想又能對高級算法的編程有一定的認識，是這門課程教學(xué)的難點。

無論是從當(dāng)前教育當(dāng)局的政策導(dǎo)向來看，還是從算法課程教學(xué)實踐的需要來看，科研和教學(xué)都應(yīng)該是相輔相成的，并且，十分有必要在算法的教學(xué)中提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和科研能力。因為我們發(fā)現(xiàn)，在原來的大部分教學(xué)時間里，學(xué)生只是被動地從教師那里接受現(xiàn)成的知識，而少有主動性的參與，缺乏必要的科研訓(xùn)練，因此很多學(xué)生在完成畢業(yè)論文的短時間內(nèi)很難寫出有創(chuàng)新性的論文。所以，如何將教學(xué)與科研真正結(jié)合起來,在長期的教學(xué)活動中逐步培養(yǎng)學(xué)生的科研意識和能力，是一個值得深入探討的課題。解決這一問題的根本出路是進行教學(xué)改革，實施3R科研式教學(xué)，從而轉(zhuǎn)換教學(xué)模式，提高教學(xué)水平。

一、3R科研式教學(xué)的定義及特點

在教學(xué)的實踐過程中，我們發(fā)現(xiàn)通過加入研討最新的算法研究成果和國內(nèi)外的研究前沿，將教師科研項目中的一些研究問題作為課堂或課后練習(xí)布置給學(xué)生實驗等做法，不僅有助于開闊學(xué)生視野，更能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和能動性，有效地培養(yǎng)其創(chuàng)新意識和科研能力。筆者在算法教學(xué)中不斷總結(jié)、提煉出了 “3R科研式教學(xué)法”。這種教學(xué)法是我們在“算法基礎(chǔ)”的課程教學(xué)中嘗試性采用的一種教學(xué)和科研并重的教學(xué)方法，3R即豐富性（Richness）、循環(huán)性（Recursion）、關(guān)聯(lián)性（Relation）。豐富性體現(xiàn)為在教學(xué)過程中加入研討環(huán)節(jié)，增強學(xué)生的情感體驗，豐富課堂教學(xué)內(nèi)容；循環(huán)性表現(xiàn)為利用ACM平臺，為學(xué)生提供課上與課下互補性的學(xué)習(xí)環(huán)路；關(guān)聯(lián)性主要在于利用任務(wù)驅(qū)動法，將理論與實踐緊密結(jié)合，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)與科研的積極性。

結(jié)果表明：3R科研式教學(xué)可以從根本上改變教師向?qū)W生單向性傳授知識的灌輸式，而代之以教師指導(dǎo)學(xué)生在一定的任務(wù)驅(qū)動下進行主動探索和交流的研討式，在教學(xué)目標(biāo)上變“授人以魚”為“授人以漁”，在教學(xué)形式上變“一言堂”為“群言堂”，在師生關(guān)系上變“主─客”關(guān)系為“主─主”合作關(guān)系。

二、3R科研式教學(xué)法的主要內(nèi)容

1．通過3R優(yōu)化課程教學(xué)

由于3R科研式課程教學(xué)涉及師生雙方教學(xué)觀念、思想的轉(zhuǎn)變，以及選題內(nèi)容、查閱文獻、開展研究、撰寫論文、討論交流等一系列問題，投入的精力和時間都比較多，也因此可以不斷優(yōu)化我們的教學(xué)內(nèi)容。此外，基于工科學(xué)生進行研討式教學(xué)成熟的經(jīng)驗還不是很多，我們也在逐步探索和嘗試，及時地對每一次研討環(huán)節(jié)進行總結(jié)和反思，希望有利于下一次運用適宜的教學(xué)方法達到事半功倍的效果。這種課程教學(xué)對學(xué)生知識的掌握、能力的提高和科學(xué)素養(yǎng)的培育都具有十分重要的作用。

2．開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維

愛因斯坦曾說過：“提出一個問題往往比解決一個問題更重要，因為解決一個問題僅僅是技能而已，而提出新問題，從新的角度去看舊問題，卻需要創(chuàng)造性想象力，標(biāo)志著科學(xué)的真正進步?！痹谌蝿?wù)驅(qū)動教學(xué)過程中，“任務(wù)”的提出最重要，既要符合學(xué)生的認知規(guī)律，融合教學(xué)內(nèi)容于開放平等的教學(xué)環(huán)境中，引導(dǎo)學(xué)生去探求知識，獲取知識并運用知識；同時，還要鼓勵他們?nèi)ァ案脑臁焙汀皠?chuàng)新”任務(wù)，充分體現(xiàn)學(xué)生的主體作用，引導(dǎo)他們積極思考，培養(yǎng)他們的探究精神，使之帶著強烈的好奇心和興趣，能自己提出問題，探索解決，并很快地開始進行創(chuàng)作，教師則要及時指出學(xué)生在創(chuàng)作過程中出現(xiàn)的問題，總結(jié)成功的經(jīng)驗和失敗的原因，以啟發(fā)學(xué)生的求異思維和發(fā)散思維，同時加深其對知識的理解和掌握。

3．改革教學(xué)模式，實現(xiàn)教學(xué)相長

3R科研式教學(xué)中要盡力體現(xiàn)以“學(xué)生為中心、教師為主導(dǎo)”的教學(xué)策略和模式。在教學(xué)過程中,師生雖處于不同的位置,履行不同的職責(zé),但雙方是平等的,因而有人把“教育者和受教育者稱為教育活動的雙主體”,互相認同對方的地位,相互配合,相互作用,實現(xiàn)教學(xué)相長。一個有創(chuàng)造性的優(yōu)秀教師應(yīng)該幫助學(xué)生在自學(xué)的道路上前進,教會學(xué)生怎樣處理大量的信息,更多地應(yīng)是一名向?qū)Ш皖檰?而非簡單機械的傳授知識的工具。在這樣的教學(xué)中,學(xué)生的主體作用也得到了很好的發(fā)揮。學(xué)生是學(xué)習(xí)的主人,教育的主體。教師只有能夠充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性,才能取得好的實際教學(xué)效果。教師的主導(dǎo)作用與學(xué)生的主體作用同時并重,互教互學(xué)。

4．編撰課程學(xué)習(xí)指導(dǎo)書，明確教學(xué)目標(biāo)

在我們的教學(xué)過程中，學(xué)生被看作是知識建構(gòu)過程的積極參與者，學(xué)習(xí)的許多目標(biāo)和任務(wù)都要學(xué)生主動、有目的地獲取學(xué)習(xí)材料來實現(xiàn)。但本科生的自主學(xué)習(xí)能力畢竟不如研究生，所以，教師在學(xué)生學(xué)習(xí)之前,要制訂明確可行的教學(xué)計劃,學(xué)生則可以在教師的計劃之內(nèi)活動。這就客觀上要求我們編撰一本學(xué)習(xí)指導(dǎo)書，學(xué)生通過指導(dǎo)手冊的使用，能夠更加明確學(xué)習(xí)的目標(biāo)和任務(wù)，從而更好更快地掌握知識和提高能力。

三、3R科研式教學(xué)法的應(yīng)用效果

通過幾年的嘗試性教學(xué)，我們發(fā)現(xiàn)，3R科研式教學(xué)法取得了較為明顯的效果，主要表現(xiàn)在：

1．教學(xué)與科研緊密結(jié)合。學(xué)生檢索文獻、閱讀資料、撰寫文稿、宣講等全過程就是讓其在學(xué)習(xí)如何做學(xué)問，也可以說是按照做學(xué)問的路徑對學(xué)生進行培訓(xùn)。在整個教學(xué)活動中突出科研地位，以科研活動促進教學(xué)質(zhì)量的提高。

2．增進了師生交流，密切了師生關(guān)系。在以往的注入式教學(xué)中,師生之間缺乏必要的溝通，關(guān)系比較淡薄。增加了研討環(huán)節(jié)的教學(xué)后，教師從獨唱演員變成了“導(dǎo)演”，學(xué)生從消極的聽眾變成了積極的“演員”?！把輪T”為了演好自己的角色，時常請教“導(dǎo)演”，“導(dǎo)演”為了“演員”表演到位,也時常加以指導(dǎo)。這樣一來，師生之間的交流加強了，距離變近了，有助于真正建立起尊師愛生的良好關(guān)系。

3．在實踐中培養(yǎng)了學(xué)生多方面的能力,提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。這其中包括自學(xué)能力、思維能力、寫作能力、口頭表達能力、教學(xué)能力、研究與創(chuàng)新能力。這是實行3R科研式教學(xué)的基本出發(fā)點和主要歸宿，也是這種教學(xué)改革最突出、最根本的特點。在大學(xué)高年級中實行3R科研式教學(xué)，突出的特點就是“做”，教師在做學(xué)問中教，學(xué)生在做學(xué)問中學(xué)。

科學(xué)研究是一種創(chuàng)造性的活動，它不僅需要掌握某個專門領(lǐng)域的知識和技能，而且要具有本專業(yè)領(lǐng)域堅實寬廣的基礎(chǔ)理論和系統(tǒng)深入的專門知識。要完成預(yù)定的科研任務(wù)，至少需要如下5種能力：（1）檢索文獻、收集資料的能力；（2）閱讀文獻、鑒別資料的能力；（3）歸納綜述和提出問題的能力；（4）邏輯思維和分析綜合創(chuàng)新的能力；（5）文字、口頭表述能力。上述5種能力對于全面完成科研任務(wù)來說都是不可或缺的，也都是形成科研能力的必要成分。毋庸置疑的是，科研能力既不是人人都能具有的，也不是一下子從整體上可以培養(yǎng)起來的。它需要經(jīng)歷一個較長時間的培養(yǎng)過程，更需要從各個方面加強訓(xùn)練以促進整體能力的提高。將教學(xué)與科研緊密結(jié)合起來，在整個教學(xué)過程中突出科研的地位，以科研活動促進教學(xué)質(zhì)量的提高，這既是3R科研式教學(xué)的特色所在,也是這種教學(xué)方法可以培養(yǎng)學(xué)生科研能力的基本原因。這對于提高大學(xué)生的綜合素質(zhì)，幫助大學(xué)生樹立科研意識和創(chuàng)新意識是一個有益的探索。

在我國教育的百花園中,“討論法”和“研究法”作為兩種單獨的教學(xué)方法其實早已在課堂教學(xué)中加以運用。討論法，是學(xué)生根據(jù)教師所提出的問題，在集體中相互交流個人看法，相互啟發(fā)、相互學(xué)習(xí)的一種教學(xué)方法。這種方法的特點是：以自己的活動為中心，參加活動的每一個學(xué)生都有自由表達自己見解的機會；每個學(xué)生都要聽取他人發(fā)言，都要準(zhǔn)備個人的發(fā)言；學(xué)生在活動中處于主動地位，這樣能很好地發(fā)揮學(xué)生的主動性和積極性。研究法的結(jié)構(gòu)和順序是：教師提出問題——學(xué)生獨立思考——學(xué)生相互討論研究——回答教師提出的問題——教師總結(jié)提高。這種教學(xué)方法的特點是：使學(xué)生在獨立思考的基礎(chǔ)上，主動探究問題，提出見解，開發(fā)思維能力。3R科研式教學(xué)方法吸收了這兩種教學(xué)方式的精華，將研究討論有機地結(jié)合起來，結(jié)合我們在教學(xué)中的實踐經(jīng)驗，形成的一種創(chuàng)新性的教學(xué)模式。但是，培養(yǎng)學(xué)生的科研能力畢竟是一項長期的工作，3R科研式教學(xué)對大學(xué)生所進行的僅僅是科學(xué)研究工作的初步訓(xùn)練，并且我們的教學(xué)研究工作還需進一步深入和系統(tǒng)化。盡管如此，3R科研式教學(xué)對于大學(xué)生學(xué)習(xí)和科研能力的培養(yǎng)仍然具有重要意義。

[1]蒙應(yīng)杰.算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——課程教學(xué)的研究與探討[J].高等理科教育，2004(3).

[2]史國川，謝寶陵等．“任務(wù)驅(qū)動”式教學(xué)法及其實施[A]．大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程陳述論文集.北京:高等教育出版社,2006．

[3]李彥鵬,王宏強.博士研究生研討課教學(xué)探索與實踐[J].當(dāng)代教育論壇,2007(12).

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[5]劉文杰，吳婷婷，鄭玉.基于任務(wù)驅(qū)動的小組協(xié)作Java教學(xué)模式研究[J].計算機教育,2010(20).

（編輯：金冉）

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B

1673-8454(2012)01-0048-03

中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）校級B類一般教學(xué)改革項目（2011B19），國家自然科學(xué)基金項目(61103144)，中國地質(zhì)大學(xué)研究生課程與教材建設(shè)項目。