馬昌威

(阿壩師范高等專科學(xué)校，四川，623002)

伴隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用日漸廣泛，信息技術(shù)也相繼在全球范圍內(nèi)應(yīng)用起來(lái)，隨之而來(lái)是，各種應(yīng)用軟件的需求量的增加。如何在最短的時(shí)間內(nèi)，以最低的成本，開(kāi)發(fā)出符合實(shí)際需要的應(yīng)用軟件，是軟件開(kāi)發(fā)的主要任務(wù)。一個(gè)高效且符合實(shí)際需要的軟件，在設(shè)計(jì)中，不僅需要耗費(fèi)技巧的編程，同時(shí)高效的算法和合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也非常重要，而這正是由于計(jì)算機(jī)算法設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容。為此，《計(jì)算機(jī)算法分析與分析》是高校計(jì)算機(jī)專業(yè)高年級(jí)學(xué)生所必須掌握的一門(mén)知識(shí)，同時(shí)也是系統(tǒng)工程、管理信息以及應(yīng)用數(shù)學(xué)等非計(jì)算機(jī)專業(yè)需要學(xué)習(xí)的一門(mén)課程。該課程主要是通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)算法進(jìn)行系統(tǒng)的研究，來(lái)幫助學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)算法的設(shè)計(jì)，以及對(duì)計(jì)算機(jī)算法進(jìn)行分析的能力，為將來(lái)算法的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

1 教學(xué)內(nèi)容的選擇

計(jì)算機(jī)算法設(shè)計(jì)與分析這門(mén)課程主要難在，需要學(xué)生在對(duì)算法設(shè)計(jì)基本思想充分理解后，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行舉一反三，且對(duì)靈活思維有非常高的要求，死記硬背是無(wú)法掌握該課程的。為了能夠使學(xué)生對(duì)該課程的興趣得到激發(fā)，關(guān)鍵在于教師課程內(nèi)容的選擇。筆者認(rèn)為在教學(xué)內(nèi)容的選擇上，應(yīng)以“難度適中，實(shí)際與理論應(yīng)有并重?！?/p>

1.1 難度適中

首先，我們?cè)诳紤]學(xué)生所掌握的知識(shí)時(shí)，應(yīng)對(duì)學(xué)生的層次進(jìn)行設(shè)置，不同的學(xué)生層次所采用的教學(xué)內(nèi)容當(dāng)然有所差異。對(duì)高年紀(jì)以及基礎(chǔ)較好的學(xué)生，則教學(xué)內(nèi)容則應(yīng)以經(jīng)典算法設(shè)計(jì)的講解為主，其中應(yīng)包括動(dòng)態(tài)規(guī)劃、遞歸與分治策略、回溯法、貪心算法以及分支限界法。相對(duì)來(lái)說(shuō)，這方面知識(shí)的難度較為適中。并以此為基礎(chǔ)，適當(dāng)對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行擴(kuò)展，例如：并行算法、現(xiàn)代啟發(fā)式算法那、分布式計(jì)算以及網(wǎng)格計(jì)算等知識(shí)的講解。而針對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)較弱的學(xué)生來(lái)說(shuō)，由于他們所掌握的基礎(chǔ)知識(shí)層次不同，故在教學(xué)中應(yīng)適當(dāng)增加基礎(chǔ)知識(shí)，并適當(dāng)安排課時(shí)重新對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行講解，再以此為基礎(chǔ)，對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行擴(kuò)展。

1.2 理論與實(shí)際應(yīng)用并重

在向?qū)W生傳授算法設(shè)計(jì)思想的過(guò)程中，教師一定要注意實(shí)際與理論并重。無(wú)論是何種算法設(shè)計(jì)，都必然存在諸多問(wèn)題，在對(duì)策略進(jìn)行講解時(shí)，應(yīng)通過(guò)較為典型的實(shí)例來(lái)進(jìn)行分析，這不僅可使抽象的理論知識(shí)形象化，同時(shí)還可以通過(guò)實(shí)例來(lái)吸引學(xué)生的興趣，再以此來(lái)對(duì)算法策略基本思想進(jìn)行總結(jié)，然后逐漸延伸出其它例子，對(duì)其共性進(jìn)行總結(jié)。例如：在學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)規(guī)劃法時(shí)，需要對(duì)最長(zhǎng)公共序列、矩陣連乘問(wèn)題、電路布線、最大子段和、流水作業(yè)調(diào)度以及圖像壓縮等進(jìn)行分析。在對(duì)該算法進(jìn)行講解的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)對(duì)矩陣連乘問(wèn)題的動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法進(jìn)行講解，使學(xué)生能夠?qū)λ惴ㄔO(shè)計(jì)有初步的認(rèn)識(shí)，再隨著問(wèn)題的深入，使學(xué)生在實(shí)例分析中，理解動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法。

2 教學(xué)方法與教學(xué)手段

筆者認(rèn)為在該課程的教學(xué)中，應(yīng)打破傳統(tǒng)教育模式，結(jié)合啟發(fā)式、自學(xué)兩種教學(xué)方法，輔以實(shí)驗(yàn)課程的配合，可大大有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并達(dá)到較好的教學(xué)目的。

2.1 打破傳統(tǒng)教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

在教學(xué)中，通過(guò)靈活多樣的教學(xué)方法來(lái)提高學(xué)生的主動(dòng)性和積極性，是達(dá)到教學(xué)目的的關(guān)鍵。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，可讓學(xué)生的創(chuàng)造力得到提升，同時(shí)學(xué)習(xí)算法設(shè)計(jì)也有著重要作用。教學(xué)工作中，教師應(yīng)當(dāng)有意識(shí)地去加強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，引導(dǎo)學(xué)生靈活思維，舉一反三。例如：我們可用導(dǎo)彈防御系統(tǒng)為實(shí)例來(lái)幫助學(xué)生對(duì)動(dòng)態(tài)規(guī)劃問(wèn)題進(jìn)行理解，并提出如何對(duì)敵國(guó)導(dǎo)彈入侵進(jìn)行防御的問(wèn)題。啟發(fā)學(xué)生自行調(diào)動(dòng)思維，去考慮這個(gè)實(shí)際問(wèn)題如何通過(guò)動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而在問(wèn)題解決中掌握算法的知識(shí)。教師在知識(shí)講解時(shí)，可通過(guò)問(wèn)題式、啟發(fā)式以及參與式等方法來(lái)充實(shí)教學(xué)知識(shí)，讓理論知識(shí)能夠融合到實(shí)際中，讓實(shí)際來(lái)展現(xiàn)理論知識(shí)，使學(xué)生的邏輯思維能力得到不斷強(qiáng)化，自主學(xué)習(xí)能力得到提高。與此同時(shí)，在實(shí)施教學(xué)時(shí)，我們應(yīng)始終堅(jiān)持“以學(xué)生為本，讓學(xué)生做學(xué)習(xí)的主人”為教學(xué)原則。相比之下，大學(xué)的思維已經(jīng)較為成熟，且具備了解決和分析問(wèn)題的能力。為此，課堂中教師可通過(guò)課堂討論以及課前收集資料等方法相結(jié)合的方式來(lái)開(kāi)展。同時(shí)結(jié)合問(wèn)題引導(dǎo)，來(lái)刺激學(xué)生的求知欲望；分組討論則可使學(xué)生都參與到課堂學(xué)習(xí)中，有助于學(xué)生之間的溝通交流，帶動(dòng)思維的靈活變化，讓學(xué)生能夠?qū)﹄y點(diǎn)和重點(diǎn)進(jìn)行感知，進(jìn)而逐漸掌握算法的精髓。

2.2 教學(xué)過(guò)程

本文以筆者課堂中開(kāi)展貪心算法的教學(xué)過(guò)程為例，對(duì)課程的教學(xué)方法進(jìn)行分析，主要是通過(guò)以下五大環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的推進(jìn)，取得了非常好的實(shí)際成效。

2.2.1 新課導(dǎo)入

筆者根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)水平，結(jié)合生活實(shí)例，提出了“找零錢(qián)問(wèn)題”這一實(shí)例，來(lái)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入貪心算法的課程中。例：[找零錢(qián)]某超市內(nèi)，小孩選購(gòu)了一些糖，但總面值不足10 元，小孩拿出10 元交給售貨員。售貨員如何以數(shù)目最少的貨幣來(lái)找補(bǔ)。柜臺(tái)所有面值數(shù)目均較為充足，求解售貨員如何分步驟來(lái)完成零錢(qián)找補(bǔ)，每次僅需加入一張貨幣。

通過(guò)實(shí)際問(wèn)題的聯(lián)系，學(xué)生的思維自然而然被調(diào)動(dòng)起來(lái)，也成功將學(xué)生的好奇心帶動(dòng)了起來(lái)，唯有產(chǎn)生了興趣，才能夠真正將學(xué)生帶入到算法研究的學(xué)習(xí)中，進(jìn)而主動(dòng)去學(xué)習(xí)、去分析問(wèn)題、掌握問(wèn)題。

2.2.2 創(chuàng)設(shè)情境

將問(wèn)題拋給學(xué)生，讓他們自己去分析問(wèn)題，探討問(wèn)題的解決方法與途徑。得出：每次在對(duì)零錢(qián)進(jìn)行選擇時(shí)，都盡可能選擇最大的面值。為保證解法的可行性（即：能夠正確完成零錢(qián)的找補(bǔ)），故在對(duì)硬幣進(jìn)行選擇時(shí)，不能夠使零錢(qián)總數(shù)大于最終所需的數(shù)目。在找補(bǔ)的過(guò)程中，大多以直覺(jué)來(lái)進(jìn)行零錢(qián)的找補(bǔ)，且使其貨幣數(shù)目能夠最少，至少應(yīng)當(dāng)確保其能夠滿足數(shù)量達(dá)到最少。教師在對(duì)得出結(jié)論進(jìn)行點(diǎn)撥時(shí)，提出：“該問(wèn)題的分析，我們就用到貪心算法的基本思想?！痹趯?duì)上述問(wèn)題分析的過(guò)程中，盡管教師并未提出貪心算法的相關(guān)知識(shí)，但卻讓學(xué)生在實(shí)際例子的分析中，對(duì)貪心算法的基本思想進(jìn)行總結(jié)，且有了非常清晰的條理。

2.2.3 任務(wù)實(shí)施

此階段，筆者主要是通過(guò)自主探究、分組寫(xiě)作以及教師引導(dǎo)這三大環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)課程的推進(jìn)。主要采取的措施如下：教師對(duì)情境進(jìn)行創(chuàng)設(shè)，讓學(xué)生能夠依照所創(chuàng)設(shè)的情境自行提出問(wèn)題，再通過(guò)合作學(xué)習(xí)來(lái)分析問(wèn)題，同時(shí)輔以分組交流，讓學(xué)生各抒己見(jiàn)，最后，教師再通過(guò)參與到討論中，對(duì)課堂內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)。

2.2.4 任務(wù)評(píng)價(jià)

課后主要是通過(guò)實(shí)踐來(lái)對(duì)學(xué)生的掌握情況進(jìn)行判斷評(píng)價(jià)。在這個(gè)階段，教師同樣需要以實(shí)際例子來(lái)引導(dǎo)學(xué)生，讓學(xué)生判斷實(shí)例所能夠用到的最佳算法，在這個(gè)過(guò)程中，還可以建立數(shù)學(xué)模型，再結(jié)合編程來(lái)實(shí)現(xiàn)模型的構(gòu)建。

2.2.5 小結(jié)與作業(yè)

課后作業(yè)能夠使學(xué)生的對(duì)所學(xué)過(guò)的知識(shí)進(jìn)行總結(jié)回顧，即個(gè)體作業(yè)和小組作業(yè)，最低要求必須完成個(gè)體作業(yè)的實(shí)驗(yàn)，即選擇某些經(jīng)典問(wèn)題，采用不同算法實(shí)現(xiàn)，輸入大量數(shù)據(jù)，測(cè)試程序運(yùn)行時(shí)間，與理論結(jié)果進(jìn)行比較。如旅行商問(wèn)題問(wèn)題，可以選用回溯法、分支限界法等算法，將三個(gè)算法的實(shí)際執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行比較，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明理論分析的正確性。小組作業(yè)是在個(gè)體作業(yè)完成的前提下，提出一個(gè)綜合性問(wèn)題，利用所學(xué)的知識(shí)，設(shè)計(jì)出新的算法，并用實(shí)驗(yàn)?zāi)M驗(yàn)證。

3 結(jié)論

《計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與分析》是相關(guān)專業(yè)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)課程之一，該門(mén)課程盡管以理論知識(shí)為主，使得不少學(xué)生對(duì)其了解出現(xiàn)誤差，提不起學(xué)習(xí)興趣，導(dǎo)致學(xué)習(xí)進(jìn)度和教學(xué)目標(biāo)嚴(yán)重滯后。教師在教學(xué)中如何通過(guò)有效措施，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改變對(duì)該課程的認(rèn)知，讓學(xué)生掌握各種經(jīng)典算法的基本思想，為將來(lái)的實(shí)際應(yīng)用打下基礎(chǔ)是工作的主要任務(wù)。

[1] 孫紅麗,葉斌.基于多元智能理論的算法設(shè)計(jì)分析教學(xué)改革[J].淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2012,2(15).

[2] 劉淑英.《算法設(shè)計(jì)與分析》課程教學(xué)方法研究[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)(專業(yè)版),2012,1(15).

[3] 郭萌萌.算法設(shè)計(jì)與分析教學(xué)方法探討[J].山東省農(nóng)業(yè)管理干部學(xué)院學(xué)報(bào),2012,11(15).

[4] 馮慧玲,吳靜松.《算法設(shè)計(jì)與分析》的課程特點(diǎn)和教學(xué)方法探討[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)(專業(yè)版),2012,10(25).

[5] 曲德祥.關(guān)于實(shí)踐教學(xué)中算法設(shè)計(jì)與分析課程的研究及應(yīng)用[J].信息技術(shù)與信息化,2012,2(15).