基于“雨課堂+學(xué)科競賽”的混合式教學(xué)改革探索*
——以算法設(shè)計(jì)與分析課程為例

楊呈永 王潔

（1.桂林理工大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)與信息中心 廣西桂林 541004；2.桂林理工大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院 廣西桂林 541004）

引言

算法設(shè)計(jì)作為計(jì)算機(jī)科學(xué)的一門分支學(xué)科，是軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。算法設(shè)計(jì)與分析課程是大部分高校計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的一門必修課程，教學(xué)內(nèi)容將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、離散數(shù)學(xué)等內(nèi)容緊密結(jié)合起來，結(jié)合計(jì)算機(jī)應(yīng)用中遇到的實(shí)際問題，系統(tǒng)地學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)與分析各種算法的基本原理、方法和技術(shù)，以全面培養(yǎng)學(xué)生正確分析算法復(fù)雜性和解決問題的能力。

2022年全國教育工作會議指出，要推進(jìn)人才培養(yǎng)服務(wù)新時(shí)代人才強(qiáng)國戰(zhàn)略，推進(jìn)學(xué)科專業(yè)結(jié)構(gòu)適應(yīng)新發(fā)展格局。隨著信息技術(shù)與現(xiàn)代教育的深度融合[1]，傳統(tǒng)教學(xué)模式已不能滿足當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展的工程科技人才培養(yǎng)需求。在全球數(shù)字化轉(zhuǎn)型的大背景下，高校需要順應(yīng)當(dāng)前發(fā)展，對教學(xué)進(jìn)行針對性改革以培養(yǎng)面向復(fù)雜工程問題的新工科人才[2]。

以我?，F(xiàn)有的算法分析與設(shè)計(jì)課程為例，為適應(yīng)當(dāng)前對工程科技人才的需求，進(jìn)一步提高課程教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生對專業(yè)知識的實(shí)際應(yīng)用能力。我校針對該門課程的教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行混合式教學(xué)改革。通過“雨課堂”與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，幫助學(xué)生系統(tǒng)地掌握專業(yè)理論知識，與此同時(shí)，實(shí)踐教學(xué)與學(xué)科競賽相結(jié)合，全面培養(yǎng)學(xué)生對專業(yè)知識的實(shí)際應(yīng)用與學(xué)科競賽能力[3，4]，培養(yǎng)新工科應(yīng)用型人才。

一、課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

算法分析與設(shè)計(jì)課程的教學(xué)目的在于鍛煉學(xué)生的算法邏輯思維，提高學(xué)生的編程能力。通過該門課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生能夠理解算法所設(shè)計(jì)的概念、原理和策略，能夠運(yùn)用所學(xué)理論進(jìn)行算法設(shè)計(jì)。算法分析與設(shè)計(jì)課程內(nèi)容多、概念復(fù)雜且邏輯性比較強(qiáng)，其學(xué)習(xí)難度較大，學(xué)生學(xué)習(xí)起來也較為困難。經(jīng)調(diào)研顯示，我校的算法分析與設(shè)計(jì)課程中普遍存在的問題主要為以下三個(gè)部分：

1.教學(xué)模式跟不上課程教學(xué)需求

當(dāng)前我校的算法分析與設(shè)計(jì)課程教學(xué)仍為傳統(tǒng)的教學(xué)模式，理論知識部分以教師講授為主，課堂教學(xué)以教師為中心，教師主導(dǎo)教學(xué)過程，學(xué)生長時(shí)間被動學(xué)習(xí)會使其喪失獨(dú)立思考與解決問題的能力。該門課程目前的教學(xué)模式跟不上其教學(xué)需求，導(dǎo)致其教學(xué)效果跟不上現(xiàn)今對新工科應(yīng)用型人才的培養(yǎng)需求。

2.課程抽象難懂，學(xué)生缺乏興趣

我校該課程基于java語言進(jìn)行算法理論基礎(chǔ)知識的教學(xué)，學(xué)生需要具備扎實(shí)的編程基礎(chǔ)，并且具備一定的離散數(shù)學(xué)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等知識基礎(chǔ)，總體上對學(xué)生的基礎(chǔ)能力要求較高。據(jù)課堂問卷調(diào)研顯示，大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為該門課程抽象性較強(qiáng)，教師授課較為粗糙，理論知識講解不透徹，極大削弱學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。受課程教學(xué)的安排，很多地方教學(xué)不到位，導(dǎo)致學(xué)生對算法的理論知識掌握不足，并且算法設(shè)計(jì)實(shí)踐能力也沒有提高。短時(shí)間且低效率教學(xué)導(dǎo)致教學(xué)效果無法達(dá)標(biāo)。

3.學(xué)生實(shí)踐與綜合應(yīng)用能力差

課程教學(xué)目的在于幫助學(xué)生學(xué)會分析算法復(fù)雜性，通過教學(xué)能夠設(shè)計(jì)出復(fù)雜度低且性能好的算法。我校該課程的教學(xué)安排緊湊，理論教學(xué)與上機(jī)教學(xué)安排不合理，教師偏重對算法的理論教學(xué)，對上機(jī)實(shí)踐部分重視不夠，上機(jī)作業(yè)由學(xué)生自主完成，大部分學(xué)生不愿意花費(fèi)大量的課余時(shí)間投入到算法學(xué)習(xí)中，因此學(xué)生的算法實(shí)踐能力和對算法的綜合應(yīng)用能力較差。

二、“雨課堂+學(xué)科競賽”驅(qū)動教學(xué)創(chuàng)新改革

雨課堂是在線教育研究中心的最新研究成果[5，6]，基于PC端和微信平臺提供智能化教學(xué)支撐，在很大程度上推動了教育信息化的改革。雨課堂靈活地與線下課堂高效整合，有促進(jìn)師生教學(xué)融合，輔助學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和減輕教師工作量的優(yōu)勢。

計(jì)算機(jī)學(xué)科競賽如藍(lán)橋杯競賽、ACM競賽和互聯(lián)網(wǎng)+大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等都與算法息息相關(guān)，通過學(xué)科競賽能夠反映出學(xué)生對學(xué)科理論知識的實(shí)際操作和應(yīng)用能力。從算法分析與設(shè)計(jì)課程教學(xué)來看，學(xué)科競賽與教學(xué)相結(jié)合不僅能夠促進(jìn)學(xué)生對理論知識理解，還能夠培養(yǎng)學(xué)生綜合能力，推動應(yīng)用型人才培養(yǎng)[7]。

三、基于“雨課堂+學(xué)科競賽”混合教學(xué)模式課程改革

基于“雨課堂+學(xué)科競賽”的混合教學(xué)模式以算法分析與設(shè)計(jì)的教學(xué)現(xiàn)狀作為出發(fā)點(diǎn)，將雨課堂應(yīng)用于傳統(tǒng)課堂教學(xué)中，將課堂中心從教師轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生，讓學(xué)生主動參與到課堂教學(xué)活動當(dāng)中，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)與獨(dú)立思考的能力。課程教學(xué)與學(xué)科競賽相結(jié)合進(jìn)行教學(xué)創(chuàng)新改革，本文以藍(lán)橋杯競賽為例，使用“藍(lán)橋杯練習(xí)系統(tǒng)”作為課程實(shí)踐教學(xué)和學(xué)科競賽培養(yǎng)的線上平臺。

1.基于“雨課堂”的理論教學(xué)

基于“雨課堂”的理論教學(xué)貫穿于課前、課中、課后的教學(xué)過程，將雨課堂平臺應(yīng)用于傳統(tǒng)線下教學(xué)課堂中，將課堂中心轉(zhuǎn)變成以學(xué)生為主，改變傳統(tǒng)授課中以教師為中心，學(xué)生被動學(xué)習(xí)的弊端，雨課堂向?qū)W生提供了師生相互學(xué)習(xí)與交流的平臺，教師借助雨課堂的強(qiáng)大的教學(xué)功能進(jìn)行課堂教學(xué)，提高教學(xué)效率。

（1）課前準(zhǔn)備

學(xué)生課前準(zhǔn)備以雨課堂為主，初次上課學(xué)生通過教師分享的課程碼或課程二維碼加入班級，教師課前在雨課堂平臺上傳每節(jié)課的相關(guān)教學(xué)資料供學(xué)生進(jìn)行輔助預(yù)習(xí)，同時(shí)為了確保學(xué)生參與到課前預(yù)習(xí)中，發(fā)布一定量的預(yù)習(xí)任務(wù)來檢驗(yàn)學(xué)生的預(yù)習(xí)效果，學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成預(yù)習(xí)任務(wù)，為了激勵(lì)學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，根據(jù)學(xué)生對預(yù)習(xí)任務(wù)的完成度按照一定比例作為課程平時(shí)成績。

（2）課中學(xué)習(xí)

學(xué)生提前通過微信或者PC端進(jìn)入雨課堂，教師上課后，在雨課堂發(fā)起上課，學(xué)生在課堂上結(jié)合教材，在雨課堂同步觀看課件，教師根據(jù)課程授課的實(shí)際需求要求同學(xué)在雨課堂的討論區(qū)進(jìn)行討論，不僅能夠活躍課堂氣氛而且還可以鍛煉學(xué)生的思考能力，進(jìn)而加深學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)記憶。此外教師能夠在雨課堂發(fā)布課堂練習(xí)或測試題，答題結(jié)束后實(shí)時(shí)生成答題報(bào)告，通過答題報(bào)告教師能夠根據(jù)學(xué)生的掌握情況進(jìn)行針對性教學(xué)調(diào)整。

（3）課后復(fù)習(xí)

上課結(jié)束后，雨課堂自動發(fā)送課堂報(bào)告給學(xué)生，課堂報(bào)告記錄學(xué)生通過雨課堂進(jìn)行學(xué)習(xí)的情況，例如匯總課堂做題情況，生成成績單供學(xué)生參考。

2.基于“學(xué)科競賽”的實(shí)踐教學(xué)——以藍(lán)橋杯競賽為例

該課程的上機(jī)實(shí)踐環(huán)節(jié)以培養(yǎng)學(xué)生的算法設(shè)計(jì)和學(xué)科競賽能力為主，該課程選取藍(lán)橋杯競賽內(nèi)容作為上機(jī)實(shí)踐教學(xué)。藍(lán)橋杯練習(xí)系統(tǒng)應(yīng)用于藍(lán)橋杯競賽培訓(xùn)，其內(nèi)容十分貼切算法設(shè)計(jì)與分析課程的實(shí)踐教學(xué)。

藍(lán)橋杯練習(xí)系統(tǒng)的試題集共分為基礎(chǔ)練習(xí)、算法訓(xùn)練、算法提高和理解真題四個(gè)類別。上機(jī)實(shí)踐課程教學(xué)一共6周，每周有不同的實(shí)踐內(nèi)容，實(shí)踐題目來自藍(lán)橋杯練習(xí)系統(tǒng)的試題集，上機(jī)實(shí)踐安排如表1所示。

上機(jī)實(shí)踐練習(xí)題目由教師根據(jù)練習(xí)內(nèi)容在藍(lán)橋杯練習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行選取，學(xué)生通過試題編號在藍(lán)橋杯練習(xí)系統(tǒng)完成，并且將每周的上機(jī)實(shí)踐內(nèi)容撰寫相應(yīng)的上機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。此外，藍(lán)橋杯練習(xí)系統(tǒng)中的算法提高和理解真題類別的試題作為額外加分試題，學(xué)生在課余時(shí)間可自行選擇完成，額外加分僅限前兩道試題。

四、教學(xué)效果

算法分析與設(shè)計(jì)課程的考核方式由“平時(shí)成績（30%）+期末考試成績（40%）+上機(jī)實(shí)驗(yàn)成績（30%）”三部分組成，平時(shí)成績由考勤、課堂表現(xiàn)、雨課堂學(xué)習(xí)情況這三部分組成。上機(jī)實(shí)驗(yàn)成績則以上機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告和加分試題完成情況作為參考，教師根據(jù)所提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成情況進(jìn)行評分。綜合該多元化的課程考核方式，能夠從理論和實(shí)踐上考查學(xué)生對算法的掌握情況、綜合能力和創(chuàng)新能力。我校在2021年秋季學(xué)期，算法分析與設(shè)計(jì)課程采用“雨課堂+學(xué)科競賽”的混合式教學(xué)模式進(jìn)行改革實(shí)踐，經(jīng)過一學(xué)期的混合式教學(xué)，混合式教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)課程成績對比如圖1所示，藍(lán)橋杯競賽獲獎情況對比如圖2所示。

圖1 學(xué)生成績分?jǐn)?shù)段對比圖

圖2 教學(xué)改革前后競賽獲獎情況對比圖

結(jié)語

算法分析與設(shè)計(jì)需要兼顧理論與實(shí)踐，基于“雨課堂+學(xué)科競賽”的混合教學(xué)模式，在理論教學(xué)上借助雨課堂作為教學(xué)輔助平臺，以學(xué)生為中心，通過雨課堂的在線互動教學(xué)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科競賽能力作為上機(jī)實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)，通過“藍(lán)橋杯練習(xí)系統(tǒng)”的針對性練習(xí)，鍛煉學(xué)生的編程實(shí)踐能力，開發(fā)學(xué)生對算法設(shè)計(jì)的創(chuàng)新和競賽能力，有效提高了課堂教學(xué)效率和學(xué)生算法設(shè)計(jì)能力。