基于互動式的“算法設(shè)計與分析”課程教學改革

牛為華 程曉榮 袁和金 龐春江

【摘要】 “算法設(shè)計與分析”是計算機相關(guān)專業(yè)的重要選修課程，本文對該課程的互動式教學模式進行了探討.通過教學模式的改革，有效提升了學生綜合運用所學知識解決問題的能力.

【關(guān)鍵詞】 互動式;算法設(shè)計;教學改革

【基金項目】 河北省高等教育教學改革研究與實踐項目“多層次螺旋式遞進的計算機系統(tǒng)能力培養(yǎng)課程建設(shè)”（2017GJJG220）和河北省高等學校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育教學改革研究與實踐項目“能源互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育孵化體系研究與基地建設(shè)項目”（2017CXCY134）.

一、引 言

“算法設(shè)計與分析”是計算機科學與技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)選修課，是一門理論性與實踐性兼顧的課程，旨在通過向?qū)W生介紹“算法設(shè)計和分析”的技術(shù)，加強學生的理論計算基礎(chǔ)，同時幫助學生了解、掌握理論計算學科算法方向的基礎(chǔ)知識.該課程主要針對典型非數(shù)值計算問題，重點闡述算法設(shè)計的典型方法，分析不同算法的時間和空間復雜度，為解決應用中的非數(shù)值計算問題奠定建立計算機解題模型、設(shè)計和分析算法的理論基礎(chǔ).

二、課程設(shè)立的教學目標

通過本課程的學習，使學生了解算法的基本知識，掌握表示算法復雜性的各種符號的含義和性質(zhì)，理解最優(yōu)算法的含義;掌握遞歸法、分治算法、動態(tài)規(guī)劃、貪心算法、回溯算法、分支限界法的算法設(shè)計思想，能夠靈活應用這些算法設(shè)計技巧解決實際的問題.通過該課程的學習，為解決應用中的非數(shù)值計算問題奠定建立計算機解題模型、設(shè)計和分析算法的理論基礎(chǔ)，并對求解典型問題掌握必要的算法設(shè)計技術(shù)和編程技巧;同時，培養(yǎng)學生能夠根據(jù)具體問題設(shè)計和優(yōu)化算法的能力.

三、互動式教學模式

應用案例教學模式將課堂所學知識和實際應用緊密聯(lián)系起來，通過分組協(xié)作、課堂討論等方式使學生加深對所學知識的理解和掌握程度，從而激發(fā)學生的學習興趣，增強學生學習的主動性和積極性.

（一）以問題求解為主線，建立合理課程體系

在計算機學科眾多專業(yè)課中，“算法設(shè)計與分析”難度略大，需要學生具備良好的數(shù)學基礎(chǔ)、抽象思維能力及程序設(shè)計技巧.因此，在教學內(nèi)容上應循序漸進，逐步展開.利用簡單實例引出算法設(shè)計和分析的重要性，并分別介紹每種算法的思想方法、實現(xiàn)、算法描述及復雜性分析.在充分掌握各種算法知識點的基礎(chǔ)上，使用不同種算法完成同一問題.例如，在解決 0 1 背包問題上，可以使用動態(tài)規(guī)劃法和回溯法完成，這樣能夠加深學生對幾種算法特點的掌握.

（二）豐富課堂教學形式，優(yōu)化教學平臺

根據(jù)整合好的課堂教學內(nèi)容，一方面，通過不斷修改和發(fā)展課件，使學生能夠更容易理解授課內(nèi)容;另一方面，增加互動環(huán)節(jié)，鼓勵學生提出在學習中遇到的問題和困難，進而引導學生拓寬思路，舉一反三發(fā)掘算法中的深層次問題.同時，利用網(wǎng)絡(luò)教學平臺的強大技術(shù)支持，增強教與學的互動性.

（三）實現(xiàn)實踐環(huán)節(jié)層次化，提升實踐能力

在實踐教學活動中加強實踐環(huán)節(jié)，輔助學生對抽象理論和方法的理解，搭建基礎(chǔ)理論與技術(shù)基礎(chǔ)的有機銜接，充分體現(xiàn)“理論→應用”的課程教育理念.實踐性教學活動由理論課內(nèi)實驗、驗證性實驗和綜合設(shè)計性實驗以及課外創(chuàng)新實踐等子環(huán)節(jié)構(gòu)成.實驗內(nèi)容將趣味性和可操作性結(jié)合，既激發(fā)學生興趣，又強化基本訓練和綜合訓練，引導學生創(chuàng)新設(shè)計.

（四）建設(shè)與實際項目相結(jié)合的相關(guān)課程實踐項目，開展開放性實驗

將課程實踐分成兩種模式：一是開放性實踐教學，著重安排學生對課上所學知識的驗證性實驗，幫助學生理解、掌握課程知識;二是開放自主實驗，為實驗基礎(chǔ)好的學生提供一個進一步提高實驗技能的機會，學生提出具有設(shè)計性、研究性、創(chuàng)新性的實驗課題及實驗方案，由指導教師論證其可行性，由此培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神和開拓能力.

四、結(jié)束語

通過對“算法設(shè)計與分析”課程的互動模式教學改革，學生的學習興趣有明顯的提高，學習的主動性加強，提高了學生運用所學知識解決問題的能力.

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