算法專題微課程設(shè)計與實踐

欒若星

摘 要： 專題化和課程化是微課發(fā)展的必然趨勢，因此本文提出以算法為專題的微課程設(shè)計和制作方案。該微課程由一系列微課構(gòu)成，每個微課以一個算法為知識點。文中說明了算法專題微課程的開發(fā)與制作流程；重點闡述了以五星教學(xué)原理為指導(dǎo)的微課教學(xué)設(shè)計模式，并以遞推法為例，提供了一個微課教學(xué)設(shè)計的實踐樣例。算法專題微課程可以作為程序設(shè)計類課程的學(xué)習(xí)輔助資源，為實踐環(huán)節(jié)和混合式學(xué)習(xí)的開展創(chuàng)建條件和平臺，旨在培養(yǎng)學(xué)生的計算思維和自主學(xué)習(xí)能力。

關(guān)鍵詞：算法；微課；專題化；五星教學(xué)原理

中圖分類號：G434 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-8454（2017）24-0014-04

一、引言

近年來，微課成為教育界的研究熱點。目前，已經(jīng)有很多高校教師可以制作出具有教學(xué)性和趣味性的微課視頻。但這樣的微課多用于參加比賽，存在選題重復(fù)、知識點獨立化、平臺單一等問題[1]，不適用于課程教學(xué)。微課的真正受益者是學(xué)生，它應(yīng)該與課程相融合，成為輔助教學(xué)的有效手段。為非計算機專業(yè)開設(shè)的程序設(shè)計類課程是計算機基礎(chǔ)教學(xué)體系的一部分，主要包括VB程序設(shè)計和C語言程序設(shè)計等。算法是程序設(shè)計的核心，算法思維是計算思維的核心。由于課程要求和學(xué)時的限制，課程內(nèi)容以語法、程序控制結(jié)構(gòu)、數(shù)組和函數(shù)為主，大多數(shù)學(xué)生只是機械地學(xué)習(xí)，沒有形成算法思維，當(dāng)遇到實際問題時就束手無策了。因此，本文提出一個以算法為專題、基于五星教學(xué)原理的微課程設(shè)計方案。

二、課程化、專題化是微課發(fā)展的必然趨勢

微課具有短小精悍、知識點單一、時間短等特點，以視頻為主要形式，包括按一定教學(xué)目標(biāo)組織的教學(xué)內(nèi)容，按一定教學(xué)策略設(shè)計的教學(xué)活動及進度安排。 從微課發(fā)展經(jīng)歷的三個階段[2]（“微資源構(gòu)成”—“微教學(xué)過程”—“微網(wǎng)絡(luò)課程”）和微課演變的四種形式 [4]（微視頻—微講座—微講課—微課程）可以看出，微課程是微課發(fā)展的必然趨勢。微課程不是零散的、個體化微課的集合，而是圍繞課程內(nèi)容或某一專題的一系列具有關(guān)聯(lián)性的微課的聚合，并依托網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)平臺為學(xué)生提供教學(xué)資源，專題化是微課的聚合方式之一。單獨一節(jié)微課對課程學(xué)習(xí)的幫助甚微，只有針對某個學(xué)科或課程進行系列化、專題化的微課程建設(shè)，才會使學(xué)生開展有針對性的學(xué)習(xí)和連貫性、完整性的學(xué)習(xí)，而不是獲得零散的、不成體系的知識[3]。

三、算法專題微課程設(shè)計與制作流程

1.選題

以算法為專題，選題范圍涵蓋算法基礎(chǔ)知識（算法的定義、分類、要素和算法分析方法）和一系列經(jīng)典算法，包括遞推法、迭代法、遞歸法、窮舉法、貪心算法、分治法、動態(tài)規(guī)劃法等。首先要確定算法問題用微課實現(xiàn)的可行性，微課選題要實用準(zhǔn)確、內(nèi)容生動有趣、形式短小精煉[4]，不宜選用過于復(fù)雜而又不能分割論述的教學(xué)內(nèi)容。

2.教學(xué)設(shè)計

教學(xué)設(shè)計是根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求和教學(xué)對象的特點，將教學(xué)諸要素有序安排，確定合適的教學(xué)方案的設(shè)想和計劃。一般包括教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)重難點、教學(xué)方法、教學(xué)步驟與時間分配等環(huán)節(jié)。微課的教學(xué)設(shè)計既要保證在盡量短的時間內(nèi)將知識點講授得完整、清晰、易于理解，可以引發(fā)學(xué)生積極深入思考，又要有較強的吸引力，能將學(xué)生的注意力和興趣調(diào)動起來，讓學(xué)生可持續(xù)地學(xué)習(xí)。采用基于五星教學(xué)原理的微課教學(xué)設(shè)計模式，既符合教學(xué)規(guī)律，又體現(xiàn)了以“學(xué)生為主體”的思想，使微課能在有限的時間內(nèi)達到高效的教學(xué)。

圍繞算法主題開展教學(xué)內(nèi)容，完成一系列教學(xué)任務(wù)需要教學(xué)策略的支持，實現(xiàn)學(xué)生與教學(xué)內(nèi)容的互動、師生之間的互動以及學(xué)生的反饋等。通常使用的教學(xué)策略包括利用多媒體（如圖片、動畫、視頻）直觀地組織和呈現(xiàn)教學(xué)信息、通過創(chuàng)設(shè)模擬情境（如游戲）解決教學(xué)中的問題[6]，還有情感化教學(xué)策略等。因此還要考慮所用的策略是否適合用微課實現(xiàn)，進而考慮能否實現(xiàn)和如何實現(xiàn)的問題。

3.視頻制作

微課以視頻為核心，視頻的質(zhì)量直接影響到學(xué)習(xí)效果。微課視頻制作主要采用幻燈片錄屏式、軟件實操式和動畫演示式，每個微課都以兩種以上的混合方式制作。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)策略選擇最恰當(dāng)?shù)囊曨l表達方式。對聚焦問題的描述如以講授法為主，則采用幻燈片錄屏式；如果通過一個案例引出聚焦問題，則以動畫演示式呈現(xiàn)案例；在講解算法的實現(xiàn)過程時，教師要示范軟件的操作過程，因此采用軟件實操式。

4.輔助材料

微課的輔助材料包括教學(xué)內(nèi)容簡介、與視頻配套的課件和學(xué)生的反饋。

5.評價與修改

在將微課程上傳到應(yīng)用平臺之前，應(yīng)先對專題中的所有微課進行測評，然后進行相應(yīng)的修改。微課的評價可以遵循以學(xué)生為中心、目標(biāo)精準(zhǔn)、短小精悍、科學(xué)性與可靠性、教育性與啟發(fā)性以及藝術(shù)性與技術(shù)性等原則[7]，參考微課評價指標(biāo)體系和對微課應(yīng)用效果產(chǎn)生影響的因素[8]，形成微課評價量表，請不同專業(yè)的學(xué)生代表、專家及同行教師進行評價，做出各自的評價報告，然后綜合三方的評價結(jié)果對微課進行修改。

6.應(yīng)用與反饋

將微課程上傳到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，平臺既對校內(nèi)學(xué)生開放，作為程序設(shè)計類課程（如C語言程序設(shè)計、VB程序設(shè)計）實踐環(huán)節(jié)的指導(dǎo)材料；也可以對校外開放，對程序設(shè)計和算法有學(xué)習(xí)興趣的人都可以參與學(xué)習(xí)；提供反饋機制，包括教師答疑、用戶點評等。

四、以五星教學(xué)原理指導(dǎo)微課教學(xué)設(shè)計

五星教學(xué)指的是教學(xué)設(shè)計應(yīng)該遵循聚焦問題、激活舊知、示證新知、應(yīng)用新知、融會貫通這五大步驟（如表1所示）；其實質(zhì)就是具體的教學(xué)任務(wù)應(yīng)被置于循序漸進的實際問題解決情境中完成，即先向?qū)W習(xí)者呈現(xiàn)問題，然后針對各項具體任務(wù)展開教學(xué)，接著再展示如何將學(xué)到的具體知識運用到解決問題或完成整體任務(wù)中去；它強調(diào)教師的教學(xué)過程要符合學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和心理發(fā)展的要求。

基于五星教學(xué)原理進行微課教學(xué)設(shè)計，包括激活舊知、示證新知、嘗試應(yīng)用、總結(jié)歸納、融會貫通等教學(xué)環(huán)節(jié)。endprint

（1）設(shè)計微課聚焦問題

以問題或教學(xué)任務(wù)為中心的教學(xué)才能促進學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)，這是五星教學(xué)原理的核心思想，因此，應(yīng)該把創(chuàng)設(shè)問題作為設(shè)計的重點，利用問題激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，進而引起其自主探索知識的欲望。以算法為專題進行微課程設(shè)計，就應(yīng)從實際生活或各學(xué)科領(lǐng)域中提煉出蘊含算法原理的問題。因為會出現(xiàn)多個問題可以用同一算法求解的現(xiàn)象，所以在設(shè)計“問題”時，要注意“問題”與微課選題之間的關(guān)系，保證解決“問題”所需的所有知識點能包含在微課的整個教學(xué)任務(wù)序列中。“問題”不宜過大，也不要過小，當(dāng)“問題”過大時，解決這個“問題”還要用到其他新的知識點；如果“問題”太小，則解決問題所需的知識不能覆蓋微課的主要知識點。

（2）激活舊知

激活舊知旨在激活學(xué)習(xí)者先前的知識和經(jīng)驗，使新舊知識之間建立聯(lián)系，從而為解決新問題奠定基礎(chǔ)?？梢栽谑咀C新知的過程中引導(dǎo)學(xué)生回憶、聯(lián)系、說明和應(yīng)用相關(guān)的舊知識以作為學(xué)習(xí)新知識的基礎(chǔ)[8]，避免用簡單回憶式的設(shè)問或描述來刺激和指引學(xué)生回憶舊知識。

（3）示證新知

示證新知是微課內(nèi)容的主體。不同的知識類型需要設(shè)計不同的教學(xué)內(nèi)容，而不同的教學(xué)內(nèi)容又需要與其相匹配的呈現(xiàn)方式。利用算法求解問題的過程具有很強的邏輯性，教師首先根據(jù)聚焦問題引導(dǎo)學(xué)生思考求解方法，這實際上就是算法的一個實例化應(yīng)用，進而使學(xué)生認(rèn)識相關(guān)算法、了解算法的特點和適用性、掌握算法的實現(xiàn)步驟，最后在RAPTOR①環(huán)境中模擬用算法求解問題的過程。

（4）嘗試應(yīng)用

選取一個難度適中的可用算法求解的問題，根據(jù)問題設(shè)置1～2個與求解過程相關(guān)的測試題，學(xué)生提交答案后給出反饋和答案解析，同時還要給出在RAPTOR環(huán)境中用算法求解問題的過程。學(xué)生在嘗試運用新知識解決問題的過程中，既可以判斷自己對新知的理解和掌握程度，還可以及時糾正自己的錯誤認(rèn)識。

（5）總結(jié)歸納

對算法的實質(zhì)、求解問題的特點、關(guān)鍵操作以及解題技巧等進行總結(jié)歸納，做到對知識精準(zhǔn)概括，避免只是對前面知識的簡單重述。

（6）融會貫通

融會貫通既是強化學(xué)習(xí)者進一步熟練和靈活運用新知識的階段，也是激發(fā)學(xué)習(xí)者持續(xù)鞏固和遷移所學(xué)知識的重要環(huán)節(jié)[5]。由于微課時間較短，因此將持續(xù)鞏固和遷移安排在程序設(shè)計類課程的實踐環(huán)節(jié)完成，根據(jù)在微課中布置的思考題，讓學(xué)生給出用算法求解問題的步驟，再用編程語言實現(xiàn)。通過這種算法思維訓(xùn)練，不僅讓學(xué)生有機會展示自己的新知識技能，提高應(yīng)用新舊知識解決實際問題的能力，還可以進行反思和自主拓展。

五、算法專題微課程教學(xué)設(shè)計實踐

以遞推法為例，利用基于五星教學(xué)原理的教學(xué)設(shè)計模式，以及參考文獻[5]的教學(xué)設(shè)計應(yīng)用模板制作一個微課，其教學(xué)設(shè)計內(nèi)容詳見表2。

六、結(jié)語

微課對輔助學(xué)生的課程學(xué)習(xí)有重要作用，它符合掌握學(xué)習(xí)理論，使絕大多數(shù)學(xué)生都能學(xué)會。但是孤立的、零散的或不成體系的微課很難達到這一目的，這就要求建設(shè)課程化、專題化的微課程，本文提出的算法專題微課程可以彌補程序設(shè)計類課程的不足之處，加強對學(xué)生計算思維能力的訓(xùn)練，并提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。而要制作出完善的微課程不僅應(yīng)重視教學(xué)原理的指導(dǎo)意義，不要過分追求內(nèi)容的呈現(xiàn)形式、高難的媒體技術(shù)和華麗的界面，更需要依托團隊和教學(xué)資源平臺的支持。

注釋：

① RAPTOR（Rapid Algorithmic Prototyping Tool for Ordered Reasoning，用于有序推理的快速算法原型工具）是一種可視化的程序設(shè)計環(huán)境，專為程序和算法設(shè)計的基礎(chǔ)課程教學(xué)提供實驗環(huán)境。采用流程圖仿真的方式，可以直接運行設(shè)計成功的算法流程圖。用RAPTOR的流程圖方式實現(xiàn)算法，更加直觀，使學(xué)生更容易理解算法原理。

參考文獻：

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[8]魏戈.五星教學(xué)四十年——追求效率、效果與魅力之路[J].開放教育研究，2012（6），61-69.

（編輯：郭桂真）endprint