文章編號：1672-5913(2008)10-0072-02

摘要：本文就筆者在“算法設(shè)計與分析”課程中的教學改革實踐對理論與技術(shù)的平衡問題提出了一些看法，并結(jié)合近期在學生中所作的調(diào)查統(tǒng)計提出了一些觀點。

關(guān)鍵詞：算法設(shè)計；算法分析；實踐環(huán)節(jié)

中圖分類號：G642

文獻標識碼：B

“算法設(shè)計與分析”近年來在很多院校的本科階段開設(shè)，體現(xiàn)計算學科以算法為主要研究內(nèi)容的學科目標。算法研究的是解決計算問題的操作序列，早在計算機技術(shù)發(fā)明之前，人們就對算法作了大量的研究。在本科階段開設(shè)“算法設(shè)計與分析”，就是要使學生通過本課程的學習認識算法的設(shè)計與分析對程序設(shè)計與程序性能改善的理論指導作用，為今后在職業(yè)生涯中開發(fā)出具有創(chuàng)新性的應(yīng)用程序打下良好基礎(chǔ)。

基于這一指導思想，在計算機專業(yè)本科階段“算法設(shè)計與分析”課程的教學改革就要求我們把握好理論與技術(shù)的平衡。如何把握本門課程中理論與技術(shù)的平衡，筆者認為需要從如下幾個方面加以考慮。

1教學內(nèi)容

算法課是理論課，它指導的是程序設(shè)計的思想和行為。因此，本課程的教學內(nèi)容以理論為主應(yīng)是合理的。問題在于對本科階段的理論深度與廣度的把握。首先，從我國普通高校本科階段數(shù)理基礎(chǔ)課的教學實際出發(fā)，學生掌握的數(shù)學知識限于微積分、線性代數(shù)、數(shù)理統(tǒng)計初步以及不多的離散數(shù)學(包括集合論、近世代數(shù)、數(shù)理邏輯和圖論的基本概念)基礎(chǔ)知識，遠不能達到在理論論證中靈活運用的程度。在算法課程中，無論是算法的設(shè)計還是算法的分析，都不能超越這一基礎(chǔ)。盲目追求理論嚴密將會嚴重挫傷學生的學習積極性。其次，本課程往往開設(shè)于高年級階段，課時少也限制了教學容量。但是，通過有限的理論教學要使學生明白如下幾點：

●程序設(shè)計不能沒有理論指導

●理論指導下設(shè)計的程序更優(yōu)秀

●實際的應(yīng)用需求將會推動理論的發(fā)展

因此，筆者在本課程的教學中在內(nèi)容上注重以下三個方面：

●經(jīng)典算法設(shè)計方法

●常用的算法分析方法

●算法性能改善對理論研究的要求

2教學模式

很多重點院校，特別是偏重于理論研究的院校開設(shè)算法課通常不包含實驗環(huán)節(jié)。但計算學科發(fā)展至今，更多的學生走進計算機系學習計算機技術(shù)，把算法課作為一門純理論課來開設(shè)，對大多數(shù)學生是不利的。以前算法課不含有實踐環(huán)節(jié)的一個可能的原因是技術(shù)遠落后于理論(數(shù)學理論已有近千年的歷史，而計算機技術(shù)卻僅有短短幾十年的發(fā)展歷程)，很多精巧的理論很難用當時的描述工具和運行平臺加以實現(xiàn)。今天，我們不但能夠用高度抽象的程序設(shè)計語言描述復雜的算法，在微型計算機上實現(xiàn)大多數(shù)流式算法，很多院校還配置了中小型計算機，讓學生可以做并行算法的實驗。所以，現(xiàn)在我們已經(jīng)有了驗證理論的物質(zhì)條件，就應(yīng)當把算法課的課堂擴展到實驗室去。

應(yīng)當認識到，為算法課增添適當課時的實驗環(huán)節(jié)不但是可行的也是必要的。這首先要從教學目標出發(fā)，我們培養(yǎng)的是今后從事計算機軟硬件開發(fā)制造和計算機技術(shù)應(yīng)用的工程技術(shù)人才，學習算法就是要培養(yǎng)他們能用正確的理論指導創(chuàng)新開發(fā)的實踐。其次，通過實驗，讓學生知道現(xiàn)有技術(shù)可能還不足以實現(xiàn)理論上已有的成果，引導學生思考明天可能的技術(shù)改進或理論創(chuàng)新。筆者所在學校將算法課的教學模式設(shè)置為3：1的理論與實踐教學學時比。課堂教學以理論闡述論證為主，實驗課實現(xiàn)算法并驗證算法的效率。筆者最近在學生中作了一個問卷調(diào)查，調(diào)查了如下問題：

對你而言“算法設(shè)計與分析”課程對提高程序設(shè)計技術(shù)的水平________________。

回答“沒有什么幫助”占3%，回答“有一點幫助”占23%，回答“有較大幫助”占47%，回答“有很大幫助”28%。

對你而言學習“算法設(shè)計與分析”課程的最大好處在于_______________。

回答“深入學習程序設(shè)計語言”的占20%，回答“深入學習數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的占23%，回答“提高程序設(shè)計能力”的占56%。

這說明大多數(shù)學生認為算法課確實能提高他們的程序設(shè)計能力。

3實驗課的設(shè)計

筆者認為，在實驗課中將課堂討論的理論加以驗證，加深對理論的理解僅僅是實驗課最基本的任務(wù)。絕大多數(shù)學生必須保質(zhì)保量地完成這一任務(wù)。但是，我們從調(diào)查問卷中對如下問題的統(tǒng)計數(shù)據(jù)中卻看到一個很讓人擔心的情況：

你認為學習“算法設(shè)計與分析”課程的最大困難在于___________________。

回答“聽課理解”的占5%，回答“閱讀理解”的占26%，回答“習題練習”的占17%，回答“算法實現(xiàn)”的占53%。

也就是說，半數(shù)以上的學生認為用他們在一、二年級所學的程序設(shè)計技能來實現(xiàn)已有的算法有困難。認真想來這也符合規(guī)律：一、二年級學習的是程序設(shè)計語言和基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，學生沒有充分體驗到用語言和數(shù)據(jù)來設(shè)計解決問題的算法進而開發(fā)出能實際運行的程序的問題。所以，算法課的實踐環(huán)節(jié)對工科學生來說，不僅是必要的，還是必須的。算法課增添實驗環(huán)節(jié)既能讓學生驗證理論，還能在低年級所學的程序設(shè)計基礎(chǔ)上提高程序設(shè)計開發(fā)的能力。

然而筆者認為，僅僅停留在算法的驗證上還是不夠的。當今的程序設(shè)計技術(shù)日新月異，利用當前的新技術(shù)實現(xiàn)并應(yīng)用經(jīng)典算法，使學生能夠跟上技術(shù)發(fā)展的步伐，增強就業(yè)競爭力應(yīng)當是我們在“算法設(shè)計與分析”課程中加入實驗環(huán)節(jié)的另一個重要著眼點。利用諸如模板、仿函數(shù)、迭代子、對象合成等程序設(shè)計模式將實現(xiàn)的算法拓展成通用的函數(shù)庫或類庫，以此方式在實驗中讓學生自己掌握在高級程序設(shè)計語言課程中由于學時限制未曾深入研習的程序設(shè)計技術(shù)，從而切實地提高程序設(shè)計能力。

普通工科院校計算機專業(yè)的學生學習算法的設(shè)計與分析的最重要的目標，應(yīng)當是其在程序開發(fā)中的應(yīng)用。實驗內(nèi)容應(yīng)該包含應(yīng)用。筆者認為ACM/ICPC(國際大學生程序設(shè)計競賽)歷年來的題目很好地反映了算法設(shè)計與分析技巧在程序設(shè)計中的應(yīng)用意義。筆者嘗試著在本課程的實驗中讓有能力的學生研習一些這方面的題目，效果在一部分學生中是顯著的。

總之，計算機教育工作者都在思考計算學科教育的本質(zhì)以及如何提高本學科的教學質(zhì)量。理論與技術(shù)的平衡是這場思考中的一個重要主題。廈門大學的趙致琢教授曾經(jīng)指出“理論與實踐相結(jié)合，理論與實踐的統(tǒng)一是計算科學發(fā)展中最重要的特點之一。”因此，在教學中如何凸顯本學科的這一特點，是每一門課程的教師應(yīng)當認真思考并努力實踐的。

參考文獻

[1] 中國計算機科學與技術(shù)學科教程2002研究組. 中國計算機科學與技術(shù)學科教程2002[M]. 北京:清華大學出版社，2002.

[2] 錢能. C++程序設(shè)計教程(第二版)[M]. 北京:清華大學出版社，2005.

[3] 趙致琢. 計算科學導論(第三版)[M]. 北京:科學出版社，2004.

[4] 徐子珊. 算法設(shè)計與分析課程中的工程教育[J]. 計算機科學，2005，32(8).