對分課堂在“算法設(shè)計與分析”課程的教學(xué)實踐

邵攀 董婷

[摘 要] 對分課堂集成了講授教學(xué)和討論教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，能有效改善大學(xué)課堂師生互動缺失、師生關(guān)系割裂的缺陷，使教與學(xué)真正成為雙向互動的過程，提高教學(xué)質(zhì)量。本研究將對分課堂引入“算法設(shè)計與分析”課程教學(xué)，探索基于對分課堂的算法設(shè)計與分析教學(xué)新模式。教學(xué)實踐表明，對分課堂教學(xué)模式能夠提高算法設(shè)計與分析課程的教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞] 對分課堂;算法設(shè)計與分析;教學(xué)模式;教學(xué)改革

一、引言

算法設(shè)計與分析是計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)工程、軟件工程等專業(yè)的核心課程之一。本課程設(shè)置的目的是使學(xué)生掌握常用的計算機(jī)算法，并能對這些算法的時間和空間復(fù)雜度進(jìn)行分析，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力，為學(xué)生解決計算機(jī)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題奠定良好的基礎(chǔ)[1]。

目前，我校算法設(shè)計與分析課程主要是以教師講授為主。雖然傳統(tǒng)講授教學(xué)有助于學(xué)生快速掌握知識、構(gòu)建知識體系。但在這種教學(xué)模式下，不利于發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，不利于師生互動，且講授時間過長易造成學(xué)生認(rèn)知超負(fù)荷;同時講授式教學(xué)不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和探索精神，從而使算法設(shè)計與分析課程的教學(xué)效果不夠理想。

國內(nèi)外教育工作者針對教學(xué)模式改革做了許多有益嘗試。其中，對分課堂[2]是最具代表性的創(chuàng)新教學(xué)模式之一。對分課堂教學(xué)模式能夠集成講授教學(xué)和討論教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，有效改善大學(xué)課堂師生互動缺失、師生關(guān)系割裂的缺陷，使教與學(xué)真正成為雙向互動的過程[3]，有助于提高教學(xué)質(zhì)量。通過將對分課堂應(yīng)用到算法設(shè)計與分析課程，有望破解該課程傳統(tǒng)教學(xué)模式下所面臨的困局，提升教學(xué)效果。本研究將對分課堂引入算法設(shè)計與分析課程教學(xué)，探索具有可操作性的算法設(shè)計與分析教學(xué)新模式。

二、對分課堂的內(nèi)涵

對分課堂，也稱作PAD課堂，集成了講授教學(xué)和討論教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，由復(fù)旦大學(xué)張學(xué)新教授于2014年提出[2]。該教學(xué)模式包括教師課堂講授、學(xué)生課后內(nèi)化吸收和學(xué)生課堂討論（第二次知識內(nèi)化）三個相互聯(lián)系的環(huán)節(jié)。其中有兩個關(guān)鍵創(chuàng)新點(diǎn)：一是時間對分（不要求嚴(yán)格對分）：根據(jù)實際情況將課堂時間劃分為兩個部分，一部分分配給教師講授，另一部分分配給學(xué)生討論。二是隔堂討論：錯開教師講授和學(xué)生討論的時間，保證學(xué)生有足夠的時間進(jìn)行知識內(nèi)化和吸收，實現(xiàn)有充分準(zhǔn)備的課堂討論[4]。

三、基于對分課堂的算法設(shè)計與分析教學(xué)實踐

（一）算法設(shè)計與分析對分課堂實施方式

算法設(shè)計與分析是面向計算機(jī)學(xué)院大二學(xué)生的專業(yè)必修課，共32學(xué)時，每周兩次課，每次2課時，共上八周。該課程主要包括算法概述、遞推與遞歸、分治法、動態(tài)規(guī)劃、貪心算法、深度優(yōu)先搜索和寬度優(yōu)先搜索等內(nèi)容。這些內(nèi)容包含兩類：①知識點(diǎn)集中、理論性較強(qiáng)、理解相對困難的章節(jié)，比如遞歸算法時間復(fù)雜度評估的主方法、深度（寬度）優(yōu)先搜索等。②知識點(diǎn)相對比較分散、內(nèi)容相對簡單的章節(jié)，比如分治法、動態(tài)規(guī)劃、貪心算法等。

根據(jù)對分課堂的原理，以及算法設(shè)計與分析課程內(nèi)容的特點(diǎn)，開展兩種形式的對分教學(xué)。第一種是將整次課（兩課時）全部對分：前一部分時間（比如1課時）教師組織學(xué)生對上次課講授內(nèi)容進(jìn)行分組討論，并抽查學(xué)生發(fā)言，最后對共性疑難問題進(jìn)行統(tǒng)一講解;后一部分時間（剩余時間）用來講授新課，重點(diǎn)講解基本概念、理論重點(diǎn)難點(diǎn)，并給學(xué)生留取有針對性的作業(yè)，通過作業(yè)促使學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行第一次內(nèi)化與吸收，為下次課的討論做準(zhǔn)備。此種對分方式適合內(nèi)容為類型①的章節(jié)（例如深度優(yōu)先搜索）。第二種是根據(jù)實際情況將部分課堂時間對分，比如24分鐘對分，教師首先用10分鐘講解一個知識點(diǎn)或題目，然后組織學(xué)生用4分鐘獨(dú)立思考，4分鐘與鄰座同學(xué)進(jìn)行討論，最后6分鐘抽查1-2位同學(xué)發(fā)言、教師進(jìn)行總結(jié)。此種對分方式適合內(nèi)容為類型②的章節(jié)（例如貪心算法）。

（二）對分課堂實施要點(diǎn)

為保證對分課堂實施效果，有許多要點(diǎn)需要關(guān)注[5]。首先，需精選對分內(nèi)容：雖然對分課堂是一種行之有效的教學(xué)模式，但也不是算法設(shè)計與分析課程的所有章節(jié)都適用，也沒必要對所有章節(jié)采用。需根據(jù)具體章節(jié)的內(nèi)容特點(diǎn)，有選擇性地采用對分課堂，以及合適的對分模式（本研究主要采用前文所述兩種對分模式）。其次，要合理組織教學(xué)過程：采用對分課堂并不是簡單地將一部分時間分配給教師講授，另一部分時間分配給學(xué)生討論，而是要根據(jù)章節(jié)內(nèi)容的特點(diǎn)和學(xué)情，合理組織教學(xué)過程，從而使教師課堂講授、學(xué)生課后內(nèi)化吸收和學(xué)生隔堂討論三個環(huán)節(jié)相互促進(jìn)、有機(jī)結(jié)合。第三，課堂講授要抓要點(diǎn)：對分課堂授課時長較短，需精選并精心組織講授內(nèi)容，使學(xué)生在較少課時下快速建立知識框架，掌握基本概念和原理。第四，要注重分層教學(xué)：需根據(jù)學(xué)情布置有層次的課后作業(yè)，設(shè)置有層次的討論問題，并對學(xué)生合理分組，促進(jìn)學(xué)生課后自主學(xué)習(xí)、課堂有效討論，提高不同層次學(xué)生的知識學(xué)習(xí)效果。第五，需加強(qiáng)過程考核：考核是確保學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要保證，當(dāng)前考核主要以期末考試為主（70%），輔以平時作業(yè)、考勤和試驗（30%），對分課堂模式下，學(xué)生討論占重要比重，有利于教師掌握學(xué)生的平時學(xué)習(xí)情況，便于實施過程考核;且通過過程考核能夠有效避免學(xué)生僅在期末突擊，提高學(xué)生平時學(xué)習(xí)的積極性，因此需加強(qiáng)過程考核，提升平時成績所占比例（比如可將平時成績的比例由30%提升至60%）。

（三）對分課堂實施效果

當(dāng)前教學(xué)實踐中將對分課堂應(yīng)用到一個班的算法設(shè)計與分析課程。通過與以往和其他平行班級該課程教學(xué)效果的比較表明，對分課堂能夠有效增強(qiáng)學(xué)生探索和解決問題的積極性，保證學(xué)生平時的學(xué)習(xí)時間，有助于發(fā)揮學(xué)生的主體作用，從而提升學(xué)生的創(chuàng)新能力，拓展學(xué)生的視野，促進(jìn)教學(xué)效果。同時，對分課堂教學(xué)模式受到該班學(xué)生的認(rèn)可與歡迎。

四、總結(jié)

總的來講，對分課堂集成講授教學(xué)和討論教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，通過“課堂時間對分”避免學(xué)生被動地接受知識，引導(dǎo)學(xué)生參與到課堂教學(xué)活動中，增加師生和生生之間的溝通，使師生雙方的主體性都能發(fā)揮作用。教學(xué)實踐表明應(yīng)用對分課堂能夠提高算法設(shè)計與分析課程的教學(xué)效果。

但需要指出的是，為保證對分課堂的順利和有效實施，取得更優(yōu)的教學(xué)效果，有以下問題需進(jìn)一步解決：當(dāng)前班級規(guī)模較大，如何進(jìn)行合理分組，以確保課堂討論效果？如何制定有效的考核評價方案來增強(qiáng)對學(xué)生學(xué)習(xí)的激勵和引導(dǎo)？

參考文獻(xiàn)

[1]劉波.“算法設(shè)計與分析”教學(xué)探討[J].高等理科教育，2007（4）：78-80.

[2]張學(xué)新.對分課堂：大學(xué)課堂教學(xué)改革的新探索[J].復(fù)旦教育論壇，2014（5）：5-10.

[3]袁濤.“對分課堂”在大學(xué)理工科專業(yè)課程中的應(yīng)用[J].教育教學(xué)論壇，2019（11）：5-8.

[4]劉紹乾，錢頻，王曼娟，等.對分課堂教學(xué)模式及其成功因素探析[J].教育教學(xué)論壇，2019（13）：46-48.

[5]徐英，谷雨.對分課堂在提升《C+程序設(shè)計》課程教學(xué)效果的實踐與思考[J].教育教學(xué)論壇，2017（1）：213-214.