基于翻轉(zhuǎn)混合式的算法設(shè)計(jì)與分析教學(xué)探索

鄭瑤 高攀 秦懷斌

[摘 要]針對(duì)算法分析與設(shè)計(jì)課程學(xué)習(xí)過程中學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)較弱、不能靈活運(yùn)用理論知識(shí)有效指導(dǎo)實(shí)踐活動(dòng)等問題，文章提出構(gòu)建以“學(xué)生為主體，教師為引導(dǎo)”為主旨，以“任務(wù)驅(qū)動(dòng)、學(xué)習(xí)匯報(bào)、共同評(píng)價(jià)”為主線的翻轉(zhuǎn)混合式教學(xué)模式，并對(duì)該模式進(jìn)行了研究和實(shí)踐探索。教學(xué)實(shí)踐表明，翻轉(zhuǎn)混合式教學(xué)模式培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識(shí)和獨(dú)立分析問題、解決問題的能力，應(yīng)用效果良好。

[關(guān)鍵詞]算法分析與設(shè)計(jì);翻轉(zhuǎn)混合式;自主學(xué)習(xí);教學(xué)設(shè)計(jì)

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2021）10-0108-04

教學(xué)是一個(gè)由教師—學(xué)生、學(xué)生—學(xué)生、教師—教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生—教學(xué)內(nèi)容等各種要素、各種聯(lián)系構(gòu)成的復(fù)雜的關(guān)系系統(tǒng)[1]。在教學(xué)過程中不僅需要處理好教師的“教”、學(xué)生的“學(xué)”以及“教學(xué)內(nèi)容”“學(xué)習(xí)方法”“學(xué)習(xí)策略”“教學(xué)手段”等諸多因素之間的關(guān)系，還要在這些關(guān)系的基礎(chǔ)之上來探索合適的教學(xué)模式，使教學(xué)過程成為一個(gè)動(dòng)態(tài)的良性循環(huán)過程，真正發(fā)揮“教”和“學(xué)”的作用，以支撐實(shí)現(xiàn)“學(xué)生為本”的教學(xué)理念。

在互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信等現(xiàn)代信息技術(shù)的沖擊下，面對(duì)面教學(xué)和在線學(xué)習(xí)結(jié)合的混合式教學(xué)模式成為目前的一種教學(xué)探索[2]。而以培養(yǎng)學(xué)生自主性學(xué)習(xí)能力為主，以自主、探究、交流、參與為核心理念的教學(xué)模式，是一種行之有效的培養(yǎng)應(yīng)用型人才的教學(xué)模式。

文章結(jié)合專業(yè)定位，依托“算法分析與設(shè)計(jì)翻轉(zhuǎn)混合式教學(xué)改革與實(shí)踐”混改專項(xiàng)項(xiàng)目，通過對(duì)團(tuán)隊(duì)合作分組討論、多元化評(píng)價(jià)和不斷反思綜合的翻轉(zhuǎn)混合式教學(xué)模式的研究，并將其應(yīng)用在算法分析與設(shè)計(jì)課程的教學(xué)過程中，充分利用微視頻、翻轉(zhuǎn)課堂、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)等手段進(jìn)行教學(xué)過程和模式的研究與實(shí)踐，旨在培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣和獨(dú)立分析問題、解決實(shí)際應(yīng)用問題的能力，同時(shí)讓學(xué)生建立團(tuán)隊(duì)意識(shí)，為應(yīng)用型人才的培養(yǎng)奠定一定的基礎(chǔ)。

一、課程信息

（一）課程性質(zhì)

算法分析與設(shè)計(jì)課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、數(shù)據(jù)科學(xué)等本科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程。本門課程的開設(shè)旨在使學(xué)生掌握算法設(shè)計(jì)的主要方法，除了培養(yǎng)學(xué)生評(píng)價(jià)算法的分析能力外，還要培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，從而將實(shí)際應(yīng)用與算法理論進(jìn)行有效的結(jié)合。它的前端課程是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，后續(xù)課程是軟件工程及開發(fā)，可見，算法分析與設(shè)計(jì)作為一個(gè)承上啟下的專業(yè)課，對(duì)計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)學(xué)生的理論學(xué)習(xí)和編程實(shí)踐能力具有十分重要的意義[3]。

（二）教學(xué)中存在的問題

算法分析與設(shè)計(jì)課程理論學(xué)時(shí)為32學(xué)時(shí)，主要介紹了算法分析的方法和針對(duì)實(shí)際問題分析設(shè)計(jì)算法的各種方法。在現(xiàn)有的課程教學(xué)中，算法課程理論性較強(qiáng)，但又需要學(xué)生將這些理論學(xué)會(huì)應(yīng)用到實(shí)際問題處理中，這樣在教學(xué)過程中會(huì)出現(xiàn)一些問題。1.學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。大部分學(xué)生習(xí)慣于教師對(duì)知識(shí)的強(qiáng)行填灌，沒有課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)的習(xí)慣，缺少主動(dòng)思考的過程。2.學(xué)生解決實(shí)際問題能力較差，對(duì)于算法的基本思想能夠掌握，但是應(yīng)用能力差，做實(shí)驗(yàn)不會(huì)，很難將算法的偽代碼描述轉(zhuǎn)換成可執(zhí)行的程序語言，無法將實(shí)際應(yīng)用與理論思想很好結(jié)合，對(duì)于算法基本思想理解停留在表層，不夠深入、透徹。3.學(xué)生學(xué)習(xí)效果較差。課程教學(xué)中例題基本都是教師講課，學(xué)生聽課，學(xué)生往往聽聽就不愿意聽了。而本門課程需要以對(duì)大量例題分析過程為支撐，這樣才能使學(xué)生充分理解算法的思想，真正學(xué)會(huì)去應(yīng)用算法設(shè)計(jì)方法和問題分析過程。

二、翻轉(zhuǎn)混合式教學(xué)模式的設(shè)計(jì)

（一）整體思路設(shè)計(jì)

針對(duì)以上教學(xué)中存在的問題，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況和課時(shí)安排，我們?cè)谒惴ǚ治雠c設(shè)計(jì)課程中引入翻轉(zhuǎn)和混合式教學(xué)模式，將被動(dòng)任務(wù)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，督促學(xué)生建立主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)，構(gòu)建以“學(xué)生為主體，教師為引導(dǎo)”為主旨，以“任務(wù)驅(qū)動(dòng)、學(xué)習(xí)匯報(bào)、共同評(píng)價(jià)”為主線的翻轉(zhuǎn)混合式教學(xué)模式（見圖1）。

以網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)為媒介，按照“任務(wù)驅(qū)動(dòng)、教師線下線上引導(dǎo)、學(xué)生線下線上學(xué)習(xí)、學(xué)生線上線下討論、學(xué)生線下任務(wù)匯報(bào)交流、學(xué)生線上線下評(píng)價(jià)、教師線上線下總結(jié)”為主線的教學(xué)過程，將線上和線下有機(jī)融合，將理論和應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，從而更好地使學(xué)生發(fā)揮主觀能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)激情，鍛煉學(xué)生問題分析、動(dòng)手實(shí)踐、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、個(gè)人情感等方面的能力。

（二）教學(xué)過程設(shè)計(jì)內(nèi)容

在算法分析與設(shè)計(jì)課程的翻轉(zhuǎn)混合式教學(xué)過程設(shè)計(jì)中，主要面臨的問題有：一是如何進(jìn)行分組才能保證差優(yōu)結(jié)合，真正起到互補(bǔ)的作用，使學(xué)生能夠共同學(xué)習(xí)交流、共同進(jìn)步;二是如何規(guī)劃知識(shí)點(diǎn)，保證線上和線下學(xué)習(xí)內(nèi)容的銜接融合，保證學(xué)生學(xué)會(huì)知識(shí)，應(yīng)用知識(shí);三是如何設(shè)計(jì)分組任務(wù)，保證知識(shí)點(diǎn)均衡，并且還要讓學(xué)生能夠獨(dú)立完成，體驗(yàn)到成功的喜悅并愿意去分享;四是如何監(jiān)督學(xué)生的任務(wù)完成情況，如何檢測(cè)學(xué)生學(xué)習(xí)情況，如何才能達(dá)到教學(xué)改革的真正目的——提高學(xué)生實(shí)際問題的解決能力。整個(gè)教學(xué)過程設(shè)計(jì)規(guī)劃路線如圖2所示。

1.課前部分

依照教材的章節(jié)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容按照兩大塊“算法分析”和“算法設(shè)計(jì)”劃分為10個(gè)知識(shí)點(diǎn)單元，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)單元根據(jù)內(nèi)容的難易程度分別設(shè)置線上和線下學(xué)習(xí)內(nèi)容及學(xué)時(shí)，并依據(jù)不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容分項(xiàng)設(shè)置相應(yīng)的學(xué)習(xí)方式。利用案例支撐教學(xué)內(nèi)容，便于學(xué)生理解理論部分，同時(shí)利用案例拓展學(xué)習(xí)內(nèi)容，便于學(xué)生后期的應(yīng)用。

依照教學(xué)內(nèi)容的理解難易程度，設(shè)置小組任務(wù)內(nèi)容（見圖3 蠻力法的2個(gè)任務(wù)書），并將任務(wù)題目劃分難度等級(jí)，給出任務(wù)完成要求，使學(xué)生帶著目標(biāo)去學(xué)習(xí)教學(xué)內(nèi)容，帶著任務(wù)去應(yīng)用所學(xué)知識(shí)。

依照任務(wù)題目的難度等級(jí)和學(xué)生情況，將小組任務(wù)和學(xué)生分組一一對(duì)應(yīng)，學(xué)習(xí)程度弱的學(xué)生分配較簡(jiǎn)單的小組任務(wù)，學(xué)習(xí)程度強(qiáng)的學(xué)生分配較難的小組任務(wù)，保證學(xué)生體驗(yàn)到成功的喜悅，從而樂意分享，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。劃分學(xué)生小組時(shí)，3人一組，先是學(xué)生自由組合，再是教師微調(diào)，盡量根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)程度搭配均衡，保證完成小組任務(wù)時(shí)能夠有交流、有討論，共同學(xué)習(xí)進(jìn)步。根據(jù)課程進(jìn)度，提前在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)中對(duì)選課學(xué)生進(jìn)行分組設(shè)置，以便后期以組為單位進(jìn)行討論、評(píng)分、提交等管理方便。

2.課中部分

針對(duì)知識(shí)點(diǎn)單元內(nèi)容的學(xué)習(xí)，一是線下基礎(chǔ)內(nèi)容加案例講授，并通過問題討論帶動(dòng)主動(dòng)思考;二是線上閱讀資料、微視頻案例自主學(xué)習(xí)，并通過自學(xué)筆記（見圖4 自學(xué)筆記單的內(nèi)容）和章節(jié)自測(cè)檢測(cè)學(xué)習(xí)結(jié)果帶動(dòng)主動(dòng)思考?；旌鲜綄W(xué)習(xí)方式能增強(qiáng)學(xué)生的主動(dòng)思考過程，從而強(qiáng)化學(xué)生對(duì)理論內(nèi)容的理解，同時(shí)也保證了學(xué)生解決問題的算法經(jīng)驗(yàn)的積累。

線上自主學(xué)習(xí)筆記

線上自主學(xué)習(xí)筆記

根據(jù)線下和線上學(xué)習(xí)的內(nèi)容學(xué)生領(lǐng)取所在小組的任務(wù)題目，利用線下課外時(shí)間完成各自的任務(wù)內(nèi)容（包括分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、結(jié)果、總結(jié)），并在線下課堂中進(jìn)行匯報(bào)展示。各小組在完成任務(wù)時(shí)，可通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)答疑討論區(qū)或釘釘群和教師、同學(xué)交流，也可以由組長(zhǎng)召開小組會(huì)議線下討論;各小組任務(wù)完成后，首先在組內(nèi)3人根據(jù)各自的完成情況進(jìn)行評(píng)分;其次，線下翻轉(zhuǎn)課堂時(shí)，由隨機(jī)指定的學(xué)生對(duì)其進(jìn)行評(píng)分;最后，教師根據(jù)每位學(xué)生的完成情況，也給出分?jǐn)?shù)。這個(gè)過程綜合了多種評(píng)價(jià)指標(biāo)，保證了公平性，同時(shí)也對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)反饋給出不同的評(píng)價(jià)意見，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到自己的真正學(xué)習(xí)情況，并能督促學(xué)生認(rèn)真完成。

3.課后部分

利用線上或線下對(duì)知識(shí)點(diǎn)單元進(jìn)行總結(jié)，學(xué)生根據(jù)自己的理解去填寫自學(xué)筆記，這能督促其對(duì)知識(shí)點(diǎn)單元中涉及的各個(gè)教學(xué)活動(dòng)內(nèi)容進(jìn)行梳理，并對(duì)涉及的知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)，引起其對(duì)各知識(shí)點(diǎn)單元內(nèi)容的思考。

4.課程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置

根據(jù)課程教學(xué)活動(dòng)調(diào)整整個(gè)課程的評(píng)價(jià)體系，注重過程評(píng)價(jià)。新的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中，主要以學(xué)生是否完成預(yù)期的學(xué)習(xí)任務(wù)為考量，注重學(xué)生在教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中理解知識(shí)和運(yùn)用知識(shí)的能力。調(diào)整后評(píng)價(jià)體系包括：期末考試成績(jī)（50%），線上網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)成績(jī)（查閱資料、觀看微課、討論答疑等情況，10%），在線測(cè)試成績(jī)（線上章節(jié)測(cè)試，10%），任務(wù)完成情況（自評(píng)、學(xué)生評(píng)、教師評(píng)比例為3∶3∶4，20%）和個(gè)人表現(xiàn)（包含自學(xué)筆記、參與活動(dòng)情況，10%）五大方面。

三、翻轉(zhuǎn)混合式教學(xué)模式的實(shí)施情況

算法分析與設(shè)計(jì)課程在每學(xué)年第二學(xué)期開設(shè)，目前已實(shí)施兩輪，線上以案例自主學(xué)習(xí)為主并重新錄制線上微視頻，線下以基本知識(shí)和案例學(xué)習(xí)同步展開，通過“基礎(chǔ)+應(yīng)用+拓展”展開整個(gè)知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。課程結(jié)業(yè)考試全班一致通過，無不及格人數(shù)。在翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施過程中，學(xué)生發(fā)言積極，并能夠提出自己的想法與同學(xué)們進(jìn)行討論。

四、結(jié)論

算法分析與設(shè)計(jì)課程的翻轉(zhuǎn)混合式教學(xué)實(shí)施，除了需要教師盡心設(shè)計(jì)方案、準(zhǔn)備各類資源之外，還需要學(xué)生的配合和支持。盡管多元化的評(píng)價(jià)方式可以督促每位學(xué)生參與到課程的各個(gè)活動(dòng)中來，但仍然存在一些學(xué)生不認(rèn)真對(duì)待或不配合的問題;存在一些學(xué)生只關(guān)注自己的任務(wù)而忽略其他任務(wù)的問題，這些問題需要我們不斷思考，不斷探索改進(jìn)的措施。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 陳緒敖，王宏琳.“任務(wù)驅(qū)動(dòng)、以學(xué)定教、過程管理”的混合式教學(xué)模式探究[J].安康學(xué)院學(xué)報(bào)，2019（2）：123-128.

[2] 吳珺，葉志偉. 面向算法分析與設(shè)計(jì)課程的四部曲新模式探研[J].湖北第二師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2019（2）：106-108.

[3] 雷鵬，張小峰，王靜蓮.基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學(xué)模式改革：以算法分析與設(shè)計(jì)課程教學(xué)為例[J]. 中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2019（1）：97-99.

[4] 孫瓊瓊.互聯(lián)網(wǎng)+背景下混合式教學(xué)模式設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J]. 文學(xué)教育（上），2019（5）：156-158.

[5] 安思，柯春艷.算法設(shè)計(jì)與分析課程“混合式學(xué)習(xí)”教學(xué)改革[J]. 福建電腦，2018（8）：75+96.

[責(zé)任編輯：劉鳳華]

[收稿時(shí)間]2020-06-09

[基金項(xiàng)目]本論文受到2019年石河子大學(xué)混合式教學(xué)改革專項(xiàng)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：BL2019014，項(xiàng)目名稱：以“任務(wù)驅(qū)動(dòng)、學(xué)習(xí)匯報(bào)、共同評(píng)價(jià)”為主線的翻轉(zhuǎn)混合式教學(xué)改革與實(shí)踐）的資助。

[作者簡(jiǎn)介]鄭瑤（1976-），女，河北人，碩士研究生，副教授，研究方向：數(shù)據(jù)科學(xué)。高攀（1981-），男，安徽人，博士研究生，副教授，研究方向：智能科學(xué)。