基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的高中“算法基礎(chǔ)”混合式教學(xué)實踐研究

摘要：本文結(jié)合“算法基礎(chǔ)”課程教學(xué)現(xiàn)狀，以MOOC、SPOC教學(xué)平臺為依托，結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂，探討混合式教學(xué)在“算法基礎(chǔ)”的應(yīng)用及其達(dá)到的教學(xué)效果，供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)教學(xué)；信息技術(shù)；算法基礎(chǔ)；混合式教學(xué)

一、引言

信息技術(shù)類課程具有系統(tǒng)全面、注重解決問題、活動設(shè)計開放、關(guān)注培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神和人文精神等特點。從當(dāng)前教學(xué)來看，傳統(tǒng)教學(xué)模式存在一定的不足，將網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺引入教學(xué)，可鼓勵學(xué)生積極進行混合式學(xué)習(xí)，豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，提高教學(xué)質(zhì)量[1]。因此，教師可以在線開放課程資源為依托，融合在線教學(xué)平臺、智慧教學(xué)輔助工具來創(chuàng)新教學(xué)形式，提升教學(xué)效果。

二、“算法基礎(chǔ)”課程概述

“算法基礎(chǔ)”是高中信息技術(shù)的基礎(chǔ)課程，也是其他專業(yè)課的先導(dǎo)課程。課程采用“MOOC（massive open online courses，大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程，簡稱慕課）+SPOC（Small limited online courses，小規(guī)模在線課程）+翻轉(zhuǎn)課堂”混合式教學(xué)模式，致力于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。通過學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)建模、算法設(shè)計、實現(xiàn)優(yōu)化等內(nèi)容，能夠培養(yǎng)學(xué)生成為自主學(xué)習(xí)、合作溝通，具備信息素養(yǎng)和社會責(zé)任感的人才。

該課是關(guān)于計算機算法的入門課程，適合受過高中教育的學(xué)生，希望對計算機算法有專業(yè)了解的學(xué)生，但還未系統(tǒng)學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)者。本節(jié)教學(xué)共包括400分鐘講課視頻，80道習(xí)題和一套試卷（15題）內(nèi)容，用于面向?qū)W有余力的高中生開設(shè)的AP（先修）課程。

本課程概述了“算法是什么”“算法的描述”“算法的分析”和“算法的類型”等要點，并在課程中選擇了10個具有代表性的問題進行算法求解討論。本課程框架為：問題導(dǎo)入→算法思路→算法描述→算法分析。不僅展現(xiàn)了計算機科學(xué)中的常用算法思維，還針對特殊問題，強調(diào)一題多解過程，體現(xiàn)算法設(shè)計思想的豐富性。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)習(xí)者在算法的世界里達(dá)到多維度、有深度、拓寬視野的效果。通過典型問題求解，使學(xué)習(xí)者在學(xué)問的關(guān)注點上，更專業(yè)地掌握算法?？蚣軋D如圖1所示：

三、教學(xué)設(shè)計

（一）教學(xué)資源設(shè)計

本課程基于某知名教授及其教學(xué)團隊的國家級精品在線開放課程，科學(xué)應(yīng)變、主動求變的程序設(shè)計與算法基礎(chǔ)課程在線混合式教學(xué)模式[2]，從而在“算法基礎(chǔ)”課程教學(xué)中進行混合式教學(xué)實踐。根據(jù)本校人才培養(yǎng)定位（應(yīng)用型）和高中生的學(xué)情，有選擇地引用慕課資源并酌情增減，補充建設(shè)一套覆蓋課前、課中、課后的特色化教學(xué)資源體系，為學(xué)生搭建學(xué)習(xí)支架。

為了加快現(xiàn)代化教育的變革進程，在課堂中引入慕課、微課等創(chuàng)新教學(xué)形式，對于教師而言可以進一步提升綜合能力，并提高信息化教學(xué)質(zhì)量。通過結(jié)合現(xiàn)代教學(xué)情況，建立聯(lián)盟各單位成員協(xié)同參與的教學(xué)質(zhì)量評價機制，大力召集定期交流會議，各單位教學(xué)督導(dǎo)委員會彼此溝通督查，合力建立教學(xué)質(zhì)量評估考核機制。補充教學(xué)資源包括：素材類資源、網(wǎng)絡(luò)課、資源管理平臺和資源建設(shè)的評價環(huán)節(jié)。內(nèi)容涵蓋算法動畫庫、章節(jié)練習(xí)、習(xí)題訓(xùn)練庫、錯題集錄。

（二）課程內(nèi)容設(shè)計

鑒于CAD/CAM課程內(nèi)容涉及理論原理、算法、程序?qū)崿F(xiàn)，充分利用線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)方式，根據(jù)搭建的CAD/CAM在線資源課程平臺，通過融入OBE理念，闡述“以學(xué)生為中心”混合式教學(xué)模式設(shè)計思路、課堂教學(xué)方法和課內(nèi)實驗改革實踐，以培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新意識，進而提高課程教學(xué)質(zhì)量，達(dá)成課程教學(xué)目標(biāo)[3]。

首先，將“算法基礎(chǔ)”內(nèi)化為課程內(nèi)容，挖掘課程和教學(xué)方式中蘊含的教育元素。教學(xué)過程主張問題探究為導(dǎo)向，以“算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)=程序”為課堂教學(xué)總思路，學(xué)生在參與課堂活動的過程中，自身數(shù)學(xué)思維、理論知識與設(shè)計能力都得到進一步強化。鞏固學(xué)生已有的數(shù)學(xué)理論知識體系，在教師的適時引導(dǎo)下，指引學(xué)生利用問題抽象、數(shù)據(jù)抽象、算法抽象的分析與解決問題，以及根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及算法設(shè)計對應(yīng)程序。在這樣的課程學(xué)習(xí)中，學(xué)生綜合能力均得到全方面提升。如圖2所示。

其次，通過引入混合式教學(xué)理念，教學(xué)中采用線上線下混合教學(xué)，強調(diào)了教師的“傳授知識”功能，實現(xiàn)了學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體的角色定位，并將研究性教學(xué)模式引入課堂，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合科研項目掌握計算材料學(xué)的知識點，將學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)由淺入深地引向深度學(xué)習(xí)[4]。緊密結(jié)合高中生的特點和當(dāng)今時代發(fā)展的最新成果，在課程內(nèi)容中引入學(xué)科前沿技術(shù)、科研成果、行業(yè)發(fā)展情況，讓教學(xué)內(nèi)容更豐富、學(xué)術(shù)性更強。

最后，在授課安排上，制定課前、課中、實踐、課后內(nèi)容，融合教學(xué)資源，讓學(xué)生對算法基礎(chǔ)進行基本的認(rèn)知，綜合應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、雨課堂、評測系統(tǒng)與傳統(tǒng)課堂教學(xué)、實驗教學(xué)、實踐教學(xué)有機結(jié)合[5]，使學(xué)生能動手驗證并通過訓(xùn)練鞏固知識。例如，面對實際問題想要正確解決，需要做到時空及各資源開銷情況的綜合權(quán)衡，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指引下，組織數(shù)據(jù)完成高效運算，設(shè)計高效算法的高質(zhì)量程序，從而滿足真正所需。

（三）教學(xué)模式設(shè)計

線上學(xué)習(xí)中，由教師結(jié)合教學(xué)資源，上傳“算法基礎(chǔ)”相關(guān)知識，并讓學(xué)生在課前開展自學(xué)。在教學(xué)活動中，以在線討論、互動答疑、知識測試、反饋跟蹤等方法，滿足學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)要求。

探究真正啟發(fā)學(xué)生思維的教學(xué)內(nèi)容，充分發(fā)揮MOOC視頻的優(yōu)勢。將知識連貫起來，訓(xùn)練學(xué)生思維、形成學(xué)習(xí)體系，注重運用趣味故事、思維挖掘等方法讓學(xué)生學(xué)而有趣、學(xué)而有思、學(xué)而有用。

MOOC教學(xué)中，為了解決“如何考”的問題，強化知識考核轉(zhuǎn)為能力考核，由概念問答轉(zhuǎn)為場景化、探究化、遞進式考核的途徑中。操作系統(tǒng)功能、軟件運行、代碼編譯、數(shù)據(jù)庫、人機交互等計算機課程，奠定未來計算機相關(guān)研發(fā)工作的理論與技能基礎(chǔ)。通過制作精品MOOC，強化運用錄制的教學(xué)短視頻和編輯合成，為在線開放課程主持人提供多元化的指導(dǎo)和建議。

混合式教學(xué)模式的應(yīng)用，離不開線下教學(xué)。由此，教師可以結(jié)合“推銷員問題”，即“一位旅行推銷員想要訪問n個城市中每個城市恰好一次，并且返回到出發(fā)點。應(yīng)如何走才能使總距離最短？其實就是求帶權(quán)完全無向圖中訪問每個頂點恰好一次并且返回出發(fā)點的總權(quán)數(shù)最小的回路，即總權(quán)數(shù)最小的哈密頓回路?！?/p>

思路：將n個城市做全排列，并求出每種排列對應(yīng)的總距離，然后選擇最短的一個。

推論：將上面求出的最短哈密頓回路看作一個圓，求出最短哈密頓回路以后，從回路上任一點開始出發(fā)而訪問每個頂點一次，總距離是相等的，因為總距離與圓周相等。

一方面，借助智慧樹、爾雅課程平臺開展慕課教學(xué)，或者使用果殼網(wǎng)、網(wǎng)易公開課等公益課程平臺。在MOOC平臺外部部署上，以Moodle（魔燈）、Edx等作為視頻在線播放、字幕控制的載體，讓學(xué)生在碎片化的知識學(xué)習(xí)中，實現(xiàn)技術(shù)升華。

另一方面，由教師總結(jié)該算法的關(guān)鍵問題，提前布置給學(xué)生，讓學(xué)生邊觀看教學(xué)視頻，邊思考，組織小組學(xué)生參與討論。與先修課程有關(guān)程序設(shè)計內(nèi)容及考核成績相結(jié)合，劃分學(xué)生為多個小組，每組人數(shù)控制在5～6人，對其得分進行評估，確保高分和低分間的優(yōu)勢互補。組織學(xué)生組內(nèi)交流，圍繞4個問題數(shù)量，科學(xué)安排課時與交流時間，教師注意在旁適時指導(dǎo)。交流結(jié)束之后，小組長對討論成果總結(jié)呈現(xiàn)，匯總意見當(dāng)堂匯報，進入組間交流。

（四）考核評價設(shè)計

本節(jié)“算法基礎(chǔ)”教學(xué)中，該教學(xué)平臺的應(yīng)用，是以學(xué)生能力發(fā)展為中心，構(gòu)建包含“線上（MOOC+SPOC）線下（翻轉(zhuǎn)課堂）、標(biāo)準(zhǔn)（學(xué)生在線課堂）及非標(biāo)準(zhǔn)（校外學(xué)習(xí)者）”的多元評價方案，并制定詳細(xì)得分準(zhǔn)則，強調(diào)學(xué)習(xí)過程各環(huán)節(jié)的參與度。

四、課程實施

本節(jié)課擬定采用“五步法”開展教學(xué)，并結(jié)合不同章節(jié)讓學(xué)生完成在線自主學(xué)習(xí)、課前/課中翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)、課前/課中/課后實踐課堂學(xué)習(xí)。

設(shè)置問題：設(shè)有n=2k個運動員要進行網(wǎng)球循環(huán)賽?，F(xiàn)要設(shè)計一個滿足以下要求的比賽日程表：

1.每個選手必須與其他n-1個選手各賽一次；

2.每個選手一天只能參賽一次；

3.循環(huán)賽在n-1天內(nèi)結(jié)束。

結(jié)合“算法基礎(chǔ)”內(nèi)容對教學(xué)目標(biāo)的支撐作用，制定匯總→細(xì)分→評價→歸因→決策，將翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式的設(shè)計與教學(xué)活動密切關(guān)聯(lián)。如表1所示。

五、結(jié)束語

本次混合式教學(xué)模式融合了在線自主學(xué)習(xí)和MOOC的資源優(yōu)勢，并綜合考慮了學(xué)生的差異特點，以漸進式、進階方法，達(dá)成“算法基礎(chǔ)”教學(xué)目標(biāo)。結(jié)合思政、教改等教學(xué)項目，打造了適合高中生水平與校本特色的混合式課程。但“算法基礎(chǔ)”涉及的理論方法和知識體系是學(xué)生實踐和后續(xù)課程學(xué)習(xí)的必要基礎(chǔ)。此次開展的線上教學(xué)中，受師生所處物理空間差異，且授課形式以學(xué)生自主觀看課程視頻為主，故教師對學(xué)生的掌控度及其問答式方法的局限性，尤以對學(xué)生狀況、學(xué)習(xí)態(tài)度、專注度及其督導(dǎo)略顯不足，很難做到及時有效。同時，受“算法基礎(chǔ)”的理論性強、知識靈活等特點，故在授課難度上較大，容易導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)中產(chǎn)生困難心理，容易導(dǎo)致教學(xué)效率事倍功半。為此，本課程設(shè)計環(huán)節(jié)要以翻轉(zhuǎn)課堂作為補充，從而激發(fā)學(xué)生內(nèi)在潛能，達(dá)到“我要學(xué)”的效果。教師在“算法基礎(chǔ)”的應(yīng)用引導(dǎo)上，還要求學(xué)生結(jié)合課程的每一個章節(jié)，將案例引入作為設(shè)計重點加以強化，從而讓學(xué)生真正明白算法問題，實現(xiàn)對該課程的理性認(rèn)知。

作者單位：戴羽嵐 安徽省碭山第二中學(xué)

戴羽嵐（1981.11-），女，漢族，江蘇鹽城，本科，中教二級，研究方向：高中信息技術(shù)混合式教學(xué)研究。

參考文獻

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