趙慧娟 馮國富 劉智翔

[摘 要] 算法基礎(chǔ)是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心課程。為提高教學(xué)質(zhì)量，文章對課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核評價體系進行了探索。實踐證明，課程建設(shè)和教學(xué)改革效果良好。

[關(guān)鍵詞] 算法基礎(chǔ);雨課堂;工程教育專業(yè)認證

[基金項目] 上海海洋大學(xué)2019年重點建設(shè)課程項目“算法基礎(chǔ)”（A1-2005-00-300533）;上海海洋大學(xué)2018年信息學(xué)院重點課程建設(shè)項目“算法基礎(chǔ)”（20180218）

[作者簡介] 趙慧娟（1977—），女，山東泰安人，碩士，講師，研究方向為機器學(xué)習(xí)。

[中圖分類號] G642? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）37-0180-02? ? [收稿日期] 2019-11-25

一、引言

算法是計算機科學(xué)技術(shù)的基石。在人工智能時代，算法的學(xué)習(xí)和研究更為重要。算法基礎(chǔ)課程旨在培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，提高分析問題和解決問題的能力。課程具有綜合性、實用性、靈活性和難度大等特點，在我校2018版計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)方案中，算法基礎(chǔ)被列入專業(yè)核心課程，學(xué)時數(shù)從32學(xué)時（20學(xué)時理論+12學(xué)時實驗）增加為64學(xué)時（32學(xué)時理論+32學(xué)時實驗）。

在舊版的培養(yǎng)方案中，算法課程作為選修課，課時少。存在的問題有：一是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中參與度不高;二是教師不能及時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況;三是對學(xué)生成績未進行深入分析，對后續(xù)的課程教學(xué)參考意義甚微。算法課程教學(xué)內(nèi)容的梳理、教學(xué)手段及考核評價等改革迫在眉睫，面向工程教育認證基于“雨課堂”的算法基礎(chǔ)混合式教學(xué)模式的構(gòu)建應(yīng)運而生。

二、課程教學(xué)內(nèi)容

課程以學(xué)生熟悉的問題為切入點，例如信息搜索、排序、密碼學(xué)及貨物配送最短路徑等入手，以各種基本算法設(shè)計技術(shù)作為主線，講授的算法設(shè)計技術(shù)包括蠻力法、分治法、減治法、動態(tài)規(guī)劃法、貪心法、回溯法、分支限界法和概率法等。在介紹每個算法設(shè)計技術(shù)時，按照“算法思想-應(yīng)用案例—時間空間復(fù)雜度分析”的路線展開，隨著算法技術(shù)學(xué)習(xí)的深入，將對比不同算法設(shè)計技術(shù)在解決同一問題時的異同點和優(yōu)劣。

為提高學(xué)生對算法設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用能力，加強學(xué)生競爭力，從各類競賽（如ACM，藍橋杯）和IT類公司面試題中選取具有代表性的問題進行分析、算法設(shè)計、算法實現(xiàn)和效率評價，切實將理論付諸實踐。

三、基于“雨課堂”的混合式教學(xué)方法

（一）雨課堂

雨課堂是清華大學(xué)和學(xué)堂在線共同研發(fā)的新型智慧教學(xué)軟件?！坝暾n堂”作為PowerPoint插件，簡單實用，為教師和學(xué)生打通了課堂內(nèi)外的時間和空間，形成了24小時的在線課堂。教師借助“雨課堂”發(fā)布課堂教學(xué)中使用的PPT、習(xí)題、視頻、語音等學(xué)習(xí)材料;學(xué)生掃碼進入課堂，在微信里可以實時收到老師推送的學(xué)習(xí)材料，提高學(xué)生的出勤率。在課堂教學(xué)及討論中，學(xué)生可以通過發(fā)送彈幕反饋問題，及時與教師互動，教師可據(jù)此更好地調(diào)整課堂的學(xué)習(xí)氣氛、實時調(diào)整教學(xué)的節(jié)奏進度，及時答疑解惑;在課堂教學(xué)中，教師還可以實時給學(xué)生發(fā)送習(xí)題，提高學(xué)生在課堂中的學(xué)習(xí)參與度，第一時間了解學(xué)生對知識的掌握程度，對上課效果有更直觀的認識，寓教于樂，增加教學(xué)趣味性與教育教學(xué)的實用性。

（二）基于“雨課堂”的理論和實驗教學(xué)

基于“雨課堂”的混合式教學(xué)是一種輕量級的翻轉(zhuǎn)課堂，它將傳統(tǒng)教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)習(xí)、移動學(xué)習(xí)融于一體。學(xué)生真正成為課堂的核心，實時獲取課堂教學(xué)內(nèi)容、反饋疑惑、提升學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體的積極性與創(chuàng)造性;教師在基于“雨課堂”的混合式教學(xué)中，可以及時掌握學(xué)生對課堂教學(xué)知識點的掌握，以便教師及時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和進度，更多地體現(xiàn)為學(xué)習(xí)的設(shè)計者和指導(dǎo)者，對教師提出了更高的專業(yè)要求。在算法基礎(chǔ)的理論教學(xué)中，借助“雨課堂”電子教案，采用案例驅(qū)動，講解算法設(shè)計技術(shù)的思想、適用問題、算法描述和時間空間復(fù)雜度分析，并輔以直觀的程序演示。由此，舉一反三，使用該算法設(shè)計技術(shù)求解其他經(jīng)典問題。在算法基礎(chǔ)的實驗課中，學(xué)生根據(jù)實驗計劃，對實驗題目進行問題分析、算法設(shè)計、使用編程語言實現(xiàn)算法。在此學(xué)習(xí)中，學(xué)生不僅可以掌握算法設(shè)計和分析技術(shù)，理論與實踐相結(jié)合，而且對編程語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等內(nèi)容溫故知新，將所學(xué)的知識融會貫通，從而提升復(fù)雜程序設(shè)計的技能。

（三）EOL在線學(xué)習(xí)

除了雨課堂之外，本課程教學(xué)組還依托學(xué)校的EOL（在線學(xué)習(xí)）教學(xué)平臺。在EOL平臺上教師已發(fā)布有課程的教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、教案、算法演示程序、習(xí)題庫、章節(jié)測驗和作業(yè)等。學(xué)生可以借助EOL了解課程目標、教學(xué)進度、教學(xué)內(nèi)容，做好課下預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)練習(xí)，及時完成測驗和提交作業(yè);在多輪課程教學(xué)中，教學(xué)組參考借鑒國內(nèi)外高校算法課程的教學(xué)內(nèi)容和當(dāng)今算法研究的熱點，梳理、調(diào)整教學(xué)內(nèi)容;篩選優(yōu)秀的MOOC資源推薦給學(xué)生在課外輔助學(xué)習(xí)，補充增加算法設(shè)計與分析領(lǐng)域最新的新成果。

（四）線上線下輔導(dǎo)答疑

課堂外的輔導(dǎo)答疑作為課程學(xué)習(xí)的有效補充，有線下的面對面輔導(dǎo)和線上的課程學(xué)習(xí)群等方式，為學(xué)生提供“全浸入”的課程學(xué)習(xí)環(huán)境。在課程學(xué)習(xí)群，除了討論課程教學(xué)知識點外，還將及時推送業(yè)界研究熱點、國內(nèi)外算法類競賽以及IT公司面試中算法設(shè)計題目，引導(dǎo)學(xué)生捕捉業(yè)內(nèi)研究熱點。

四、課程考核

在課程教學(xué)中，堅持按照國際工程認證的要求指導(dǎo)教學(xué)過程，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、算法設(shè)計、算法實現(xiàn)和算法分析等方面的能力。面向工程教育專業(yè)認證，將課程教學(xué)目標與畢業(yè)要求關(guān)聯(lián)，改進課程考核和評價方法。

（一）工程教育專業(yè)認證

工程教育專業(yè)認證是工程教育質(zhì)量保障制度，也是實現(xiàn)工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎(chǔ)。工程教育突出教學(xué)目標產(chǎn)出導(dǎo)向，以學(xué)生收獲、畢業(yè)達成情況為中心，強調(diào)持續(xù)改進培養(yǎng)素質(zhì)。因此，面向工程認證的教學(xué)更有助于提升學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量。以O(shè)BE為導(dǎo)向進行課程的反向設(shè)計，將課程教學(xué)目標與畢業(yè)要求關(guān)聯(lián)，改進課程考核和評價方法。

（二）課程教學(xué)目標

①掌握基本的算法設(shè)計技術(shù)，能夠讀懂算法;對于具體問題可以設(shè)計算法求解，進一步增強學(xué)生的程序設(shè)計與實現(xiàn)能力。②掌握基本的算法時間復(fù)雜性和空間復(fù)雜性分析方法，培養(yǎng)學(xué)生的算法分析能力，從而優(yōu)化算法。③引導(dǎo)學(xué)生的思維過程，培養(yǎng)計算思維能力、提升分析問題和解決問題的能力。④樹立正確的價值觀，培養(yǎng)文化自信、團隊合作精神、良好的職業(yè)道德素養(yǎng)和法治意識。

（三）支撐的畢業(yè)要求

在我校計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生需要達到的眾多畢業(yè)要求中，算法基礎(chǔ)課程支撐的畢業(yè)要求如下：①能針對本專業(yè)領(lǐng)域具體的對象建立數(shù)學(xué)模型并求解;②能夠?qū)ｉT知識和數(shù)學(xué)模型方法用于復(fù)雜計算機工程問題解決方案的比較與綜合。③能運用基本原理，借助文獻研究，分析過程的影響因素，獲得有效結(jié)論。④能對實驗結(jié)果進行分析和解釋，并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。

（四）課程考核

課程考核采用平時成績和閉卷筆試和相結(jié)合的形式，其中期末筆試占70%，平時成績占30%。平時成績包括課堂表現(xiàn)、實驗作業(yè)等。實驗作業(yè)將改變以往只提交紙質(zhì)作業(yè)或網(wǎng)上簡單客觀題的局面，更加注重學(xué)生分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)。平時作業(yè)的評測依托在線評測系統(tǒng)，更好地提高學(xué)生動手解決問題的能力。期末考試的主要內(nèi)容是算法設(shè)計技術(shù)的基本思想、分析問題能力和算法設(shè)計能力的考核。課程考核與課程目標、畢業(yè)要求的關(guān)系如下表。

課程教學(xué)和考核結(jié)束后，對學(xué)生成績進行目標達成度分析，及時了解學(xué)生對課程內(nèi)容的掌握程度和學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量，便于后續(xù)完善教學(xué)過程、持續(xù)提升教學(xué)質(zhì)量。改變以往試卷成績簡單歸檔的情況。

五、結(jié)語

為迎接新的算法基礎(chǔ)課程教學(xué)，我們梳理、優(yōu)化了教學(xué)內(nèi)容;改革了教學(xué)方法和課程考核評價體系。今后，我們將進一步探索和實踐，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動性和教師的教學(xué)潛力。以國內(nèi)外信息類競賽為契機，積極組織和指導(dǎo)更多的學(xué)生，形成良好的學(xué)習(xí)實踐氛圍，切實提高學(xué)生在就業(yè)工作招聘時的競爭力。