從博弈論的角度探討當(dāng)前的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革

姚怡 吳金春 李向華 余益

[摘 要]當(dāng)前的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革，可以從博弈論的角度對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革中教指委、教師和學(xué)生之間的三方動(dòng)態(tài)博弈關(guān)系進(jìn)行深入剖析。從多種角度可以計(jì)算各博弈方在改革中付出的成本和獲得的收益，通過得益矩陣分析各方在不同情況下的對(duì)策以及存在的納什均衡，增加教師方得益是民主改革情況下取得成功的關(guān)鍵所在。

[關(guān)鍵詞]動(dòng)態(tài)博弈 計(jì)算機(jī)教學(xué)改革 得益分析 納什均衡

[中圖分類號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2014）01-0041-03

一、前言

隨著計(jì)算機(jī)普及教育的低齡化發(fā)展趨勢(shì)，目前在高校教育界有一種聲音，認(rèn)為高校針對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生開設(shè)的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程與中小學(xué)開設(shè)的信息技術(shù)課程在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)上有很大部分的重疊，已經(jīng)沒有存在的必要，為此，國內(nèi)部分高校開始對(duì)大學(xué)生入學(xué)第一門計(jì)算機(jī)課程---大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課進(jìn)行課時(shí)縮減，或減少相關(guān)教育資源配置經(jīng)費(fèi)，該課程隨時(shí)面臨著被取消的可能性。在此背景下，計(jì)算機(jī)教育界有識(shí)人士紛紛感到憂慮和不安，遂于2010年7月在西安交通大學(xué)舉辦了首屆“九校聯(lián)盟（C9）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程研討會(huì)”，經(jīng)過充分研討，在教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)（以下簡稱教指委）的指導(dǎo)下發(fā)表了C9聯(lián)合聲明[1]，該聲明達(dá)成以下四點(diǎn)共識(shí)：第一，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)是培養(yǎng)大學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力不可或缺的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)復(fù)合型創(chuàng)新人才的重要組成部分；第二，要旗幟鮮明地把“計(jì)算思維能力的培養(yǎng)”作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的核心任務(wù)；第三，進(jìn)一步確立計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的基礎(chǔ)地位，加強(qiáng)隊(duì)伍和機(jī)制建設(shè)；第四，加強(qiáng)以計(jì)算思維能力培養(yǎng)為核心的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)課程體系和教學(xué)內(nèi)容的研究。從C9聯(lián)合聲明中可以看出，未來大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)不會(huì)消亡，而是通過改革，把培養(yǎng)學(xué)生的“計(jì)算思維”能力作為教學(xué)核心任務(wù)，并由此建立更加完備的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系和教學(xué)內(nèi)容。改革的順利推進(jìn)離不開學(xué)校和教師的大力支持，更需要學(xué)生的配合。從博弈論的角度來看，改革實(shí)施的整個(gè)流程當(dāng)中，存在著三個(gè)博弈方，分別為教指委、教師和學(xué)生，屬于多人博弈。各博弈方的行為和決策判斷的主要依據(jù)是他們各自從博弈中獲取的利益。

由于改革的實(shí)施過程是有先后次序的，先由教指委下達(dá)改革方向和目標(biāo)，再由各高校教師把改革思想貫徹到教學(xué)過程，而三個(gè)博弈方的行為有先有后，因此在博弈方之間肯定有某種不對(duì)稱性，先行為的博弈方可能利用先行之利獲得利益，后行者可能會(huì)吃虧。但反過來后行為博弈方可根據(jù)先行為博弈方的行為做針對(duì)性地選擇，而先行為博弈方卻在自己決策選擇時(shí)，非但不能看到后行為博弈方的選擇，而且還要顧慮、考慮到后行為博弈方的反應(yīng)[2]，因此教指委、教師、學(xué)生三方的博弈屬于一種動(dòng)態(tài)博弈。

二、博弈方分析

（一）教指委的改革得益分析

教指委是中國教育部聘請(qǐng)并領(lǐng)導(dǎo)的專家組織，具有非常設(shè)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的性質(zhì)，接受教育部的委托，開展高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)的研究、咨詢、指導(dǎo)、評(píng)估、服務(wù)等工作。教指委推行的各項(xiàng)改革如獲成功或取得一定成效，將被視為為高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革和發(fā)展做出了貢獻(xiàn)并獲得教育部認(rèn)可，因此改革的順利推進(jìn)可視為教指委獲得一定的政績收益，記為Vg，教指委推行改革的所費(fèi)成本包括組織專家研討，教學(xué)大綱制定，教材編寫指導(dǎo)，師資培訓(xùn)等等，記為Cg。如果教學(xué)改革的選擇權(quán)下放給學(xué)校教師，由教師決定是否參與改革，可稱之為改革的民主推進(jìn)；某些時(shí)候教指委為了實(shí)現(xiàn)自身利益最大化，也可選擇不理會(huì)教師的意愿而強(qiáng)行推進(jìn)改革進(jìn)程，則可稱之為改革的強(qiáng)行推進(jìn)。

（二）教師的得益分析

教師是課堂教學(xué)的組織者和實(shí)施者，是改革成敗的關(guān)鍵所在，需要說明的是，由于教師與教指委的博弈活動(dòng)通常由學(xué)校組織與協(xié)調(diào)，因此相對(duì)教指委博弈方和學(xué)生博弈方而言，學(xué)校與教師應(yīng)屬于同一利益共同體，均為教師博弈方的組成部分，學(xué)?？勺鳛榻處焸兊拇砼c教指委或上級(jí)教育部門進(jìn)行博弈。教師改革成功則被視為教學(xué)效果獲得提升，進(jìn)而在申報(bào)教改項(xiàng)目、年終考核、職稱晉升等方面增添籌碼，因此可視為獲得一定的教學(xué)收益，記為Vce，而教師服從教指委的改革要求所花費(fèi)的教學(xué)成本包括新教學(xué)內(nèi)容的備課、實(shí)踐環(huán)節(jié)增加、額外的個(gè)性化教學(xué)等，記為Cce。

（三）學(xué)生的得益分析

學(xué)生在改革過程中，通過課堂的教學(xué)改革片段，啟發(fā)計(jì)算思維，獲得具體的知識(shí)和認(rèn)識(shí)，體驗(yàn)計(jì)算之美，在一定程度上提高計(jì)算科學(xué)素養(yǎng)，可視為獲取知識(shí)性收益。假設(shè)教師對(duì)學(xué)生的考核結(jié)果與能力評(píng)價(jià)主要以測試成績來衡量，則學(xué)生的收益是一個(gè)關(guān)于成績S的函數(shù)F（S），顯然這是一個(gè)遞增函數(shù)，隨著成績S的增加，學(xué)生收益F（S）也隨之增加。假設(shè)改革成功，則學(xué)生成績S由改革前的成績Sn和改革后的疊加成績Sy組成，即S=Sn+Sy，F(xiàn)（S）=F（Sn+Sy）。假設(shè)改革失敗，其表現(xiàn)為教師已進(jìn)入改革實(shí)施者角色并按照更新后的教學(xué)大綱進(jìn)行教學(xué)，而學(xué)生抗拒新式教學(xué)或無法消化新知識(shí)，導(dǎo)致部分課時(shí)的浪費(fèi)，則學(xué)生博弈方付出的代價(jià)是課時(shí)t的函數(shù)W（t）。教指委、教師和學(xué)生三方的博弈關(guān)系如圖1所示。

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圖1 教指委、教師和學(xué)生的三方博弈圖

三、博弈分析

（一）教指委與高校教師之間的博弈

教指委要有與高校教師和學(xué)生“博弈”的意識(shí)，否則政策的推行初衷與實(shí)際執(zhí)行效果會(huì)產(chǎn)生很大的偏差。例如，教指委為了跟上信息技術(shù)的發(fā)展步伐而大力推行python編程語言教學(xué)活動(dòng)，但高校教師會(huì)以各種借口換成他們信手拈來的C++、VB、JAVA等其他編程語言，借口包括國內(nèi)教材不足，師資力量薄弱，實(shí)驗(yàn)環(huán)境跟不上等等。如果教指委不采取預(yù)防措施，防止出現(xiàn)“上有政策下有對(duì)策”的推諉現(xiàn)象，政策推行的目標(biāo)就會(huì)落空。教指委與高校教師的得益矩陣如表1所示。顯然，當(dāng)改革成功，有Vg>0，Vte>0，當(dāng)改革失敗，Vg=0，Vte=0。

表1：教指委與教師的得益矩陣

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從得益矩陣可看出，當(dāng)教指委采取民主方式進(jìn)行改革的時(shí)候，存在教師可能不服從的對(duì)策，進(jìn)而損失Vg個(gè)單位的利益，因此理論上教指委傾向于采取強(qiáng)行推進(jìn)改革的策略，但隨著尊重高校辦學(xué)自主權(quán)呼聲的逐年提高，教指委已經(jīng)不太可能采取強(qiáng)行改革的對(duì)策，以免陷入越權(quán)管理的專制危機(jī)，因此民主改革將成為教指委的首選策略。為了順利推進(jìn)民主改革進(jìn)程，引導(dǎo)教師從“不服從”策略轉(zhuǎn)向“服從”策略，教指委可設(shè)法讓Vte-Cte，這意味著教師的教學(xué)得益Vte要大于教師付出的教學(xué)成本Cte。

（二）教師與學(xué)生之間的博弈

教師方與學(xué)生方的得益矩陣如表2所示，在此博弈當(dāng)中，學(xué)生有兩種可選策略：配合與不配合，在教師不改革的情況下，學(xué)生方不管選擇“配合”或“不配合”策略，其得益都是改革前的成績Sn的函數(shù)值F（Sn）。而在教師推行改革的情況下，學(xué)生如果采取配合策略，其收益是改革前的成績Sn和改革后的附加成績Sy的疊加函數(shù)值F（Sn+Sy）；學(xué)生如果采取不配合策略，其收益是改革前的收益函數(shù)值F（Sn）扣除改革失敗付出的代價(jià)W（t），由于函數(shù)F是遞增函數(shù)，因此有F（Sn+Sy≥F（Sn）>F（Sn）-W（t），由此可見，學(xué)生總是傾向于選擇得益最大的上策“配合”。教師方選擇推行改革策略時(shí)肯定需要付出改革成本。如果其獲取的教學(xué)收益Vte較低，在Vte-Cte<0的情形下則傾向于選擇“不改革”，以免浪費(fèi)所付出的教學(xué)成本。此種情況下，在教師方與學(xué)生方的兩人博弈當(dāng)中存在著一個(gè)納什均衡（配合，不改革），這樣的博弈結(jié)果顯然不符合改革的精神。若要打破此博弈中以一定概率存在的納什均衡，關(guān)鍵所在是令Vte>Cte，即增加教師的教學(xué)得益Vte。

表2：教師與學(xué)生的得益矩陣

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四、博弈分析結(jié)果以及應(yīng)對(duì)措施

根據(jù)上述的博弈分析可知，民主改革要順利推進(jìn)并取得預(yù)期成果，關(guān)鍵就在于增加教師方的收益Vte。另外，若改革要獲取最大的成效，相當(dāng)于最大化三個(gè)博弈方的收益值，即求取Z=MAX[Vg-Cg]+MAX[Vte-Cte]+MAX[F（S）]的最大值。由于教指委方和教師方的收益值Vg、Vte與學(xué)生方的收益值F（S）是具有因果聯(lián)動(dòng)關(guān)系的，隨著F（S）的增長，Vg、Vte也隨之增長，從而Z也增長。因此學(xué)生成績S的大小決定了改革的成效高低。下面給出一些有利于增加教師方收益值Vte和學(xué)生成績值S的相關(guān)改革措施。

（一）建立激勵(lì)機(jī)制和代管機(jī)制

教指委應(yīng)提前規(guī)劃激勵(lì)機(jī)制，通過教改項(xiàng)目立項(xiàng)、教材編寫資助等措施提高教師的得益Vte，激勵(lì)教師的改革積極性。對(duì)率先參與試點(diǎn)改革的高校增加政策性扶持，強(qiáng)調(diào) “以點(diǎn)帶面，整體推進(jìn)”的改革思路。同時(shí)推行代管機(jī)制，委托各省市教育廳以及各高校教務(wù)管理機(jī)構(gòu)管理和監(jiān)督改革進(jìn)程，及時(shí)解決教師在改革中遇到的問題和阻礙。

（二）加強(qiáng)教學(xué)隊(duì)伍和機(jī)制建設(shè)

計(jì)算思維的形成是一個(gè)長期的“感知—思考—認(rèn)知”的過程。這一過程需要外因的驅(qū)動(dòng)，例如教師的引導(dǎo)、講解，更應(yīng)通過適當(dāng)?shù)姆椒?，使學(xué)生主動(dòng)地發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，促進(jìn)思維的主動(dòng)發(fā)展，啟發(fā)學(xué)生解決問題的各種思路，這就要求教師具有豐富的計(jì)算機(jī)知識(shí)和良好的科學(xué)素養(yǎng)?？赏ㄟ^舉辦各種講座、培訓(xùn)班、討論會(huì)等形式對(duì)現(xiàn)有教師隊(duì)伍進(jìn)行集中再培訓(xùn)，協(xié)助教師更好地理解課程改革的新思路和方式方法。

（三）改善評(píng)價(jià)體系，增加改革權(quán)重因子

將學(xué)生的計(jì)算思維能力納入到學(xué)生綜合素質(zhì)考評(píng)中，對(duì)學(xué)生的考核方式不應(yīng)該只局限于筆試題或機(jī)試題的形式，對(duì)學(xué)生參與項(xiàng)目設(shè)計(jì)、參加計(jì)算機(jī)相關(guān)比賽、提交綜合作品等均可納入考核指標(biāo)體系。對(duì)教師的評(píng)價(jià)也應(yīng)考慮改革權(quán)重因子，例如在學(xué)生評(píng)教表和同行評(píng)價(jià)表中增加改革權(quán)重因子，計(jì)算年終教學(xué)工作量時(shí)對(duì)參與改革工作的教師放大課時(shí)系數(shù)等。

（四）教學(xué)模塊化改革

改革大學(xué)計(jì)算機(jī)教育沿襲多年的教學(xué)模式，嘗試模塊化教學(xué)，把計(jì)算思維教學(xué)體系細(xì)化形成模塊，允許學(xué)生根據(jù)專業(yè)和興趣自主選擇學(xué)習(xí)模塊，探索個(gè)性化計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。科學(xué)設(shè)計(jì)模塊化教學(xué)內(nèi)容，形成合理的知識(shí)體系和穩(wěn)定的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

（五）大力推廣任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)

任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)是以解決問題、完成任務(wù)為主的多維互動(dòng)式的教學(xué)理念，它將再現(xiàn)式教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄渴綄W(xué)習(xí)，使學(xué)生處于積極的學(xué)習(xí)狀態(tài)，每一位學(xué)生都能根據(jù)自己對(duì)當(dāng)前問題的理解，運(yùn)用共有的知識(shí)和自己特有的經(jīng)驗(yàn)提出方案、解決問題[3]，推廣“做中學(xué)”、“學(xué)中做”、“學(xué)中想”、“想中做”的新式教學(xué)方法和教學(xué)模式。

（六）在教學(xué)中融入生活情景，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

隨著信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)的日益普及，人們的學(xué)習(xí)、工作、生活中，越來越多的融入信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)因素，并逐步改變著人們解決問題的方式，運(yùn)用信息技術(shù)手段幫助人們解決實(shí)際問題，已成為一種現(xiàn)實(shí)。于是如何將一個(gè)問題轉(zhuǎn)化為利用信息技術(shù)手段可解決的問題，成為了人們研究的焦點(diǎn)和興趣所在。計(jì)算思維概念的提出，使得該領(lǐng)域的研究更加系統(tǒng)化。計(jì)算思維是將人類思維特點(diǎn)與信息技術(shù)特點(diǎn)結(jié)合起來，運(yùn)用人類歸納與抽象的思維特點(diǎn)，將一個(gè)疑難問題分解為若干個(gè)已解決的子問題（建模），通過計(jì)算機(jī)海量數(shù)據(jù)運(yùn)算的特點(diǎn)，求解子問題，最后通過歸納與抽象獲得整體問題的最終求解。教師在教學(xué)實(shí)踐中適當(dāng)融入生活情景，將會(huì)極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（七）重構(gòu)問題求解過程

重構(gòu)求解過程提倡問題解的多樣性，鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用多種解題思想、多種技術(shù)手段對(duì)同一任務(wù)尋求多種方式的解答。要求學(xué)生閱讀、改寫別人的程序，發(fā)展多樣性的計(jì)算思維方式。對(duì)帶有創(chuàng)新型的思想和方法，應(yīng)組織學(xué)生展開分析和討論。

（八）尊重學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)方法和解題路徑

教師在培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力方面，以分析基本的計(jì)算環(huán)境的構(gòu)成和基本原理為主，同時(shí)介紹抽象級(jí)問題求解的基本方法，使學(xué)生在對(duì)計(jì)算系統(tǒng)及環(huán)境有所了解，同時(shí)初步體會(huì)計(jì)算機(jī)問題求解的基本方式方法[4]。當(dāng)學(xué)生掌握了知識(shí)點(diǎn)，懂得如何運(yùn)用計(jì)算思維的方法之后，再通過反思評(píng)價(jià)自己的學(xué)習(xí)過程和解題路徑，自主建構(gòu)屬于自己學(xué)習(xí)的框架和方式，教師不宜過多的強(qiáng)加干涉和糾偏。

五、結(jié)語

本文從博弈論的角度分析了在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革進(jìn)程中教指委、教師和學(xué)生三方之間的牽制關(guān)系，認(rèn)為增加教師方的教學(xué)收益、提高教師參與改革的積極性、讓教師從被動(dòng)改革轉(zhuǎn)化為主動(dòng)改革是改革得以順利推進(jìn)的關(guān)鍵所在。教指委除了要在教改大方向上掌好舵之外，還需在經(jīng)費(fèi)撥付、師資培訓(xùn)、項(xiàng)目申報(bào)、教材建設(shè)等方面上加大投入，以取得改革成效的最大期望值。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 九校聯(lián)盟（C9）.計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明[J].中國大學(xué)教學(xué)，2010 （9）.

[2] 謝識(shí)予.經(jīng)濟(jì)博弈論（第二版），上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2004：33.

[3] 王新宇.基于計(jì)算思維培養(yǎng)的計(jì)算方法教學(xué)方案研究[J].科教文匯，2011.10（下旬刊）.

[4] 何欽銘.計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)是計(jì)算思維能力的培養(yǎng)[J]. 中國大學(xué)教學(xué)，2010（9）.

[5] 蔡蘇瑾.基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的信息設(shè)計(jì)與傳播[J]. 大學(xué)教育，2012（10）：71.