戴彩艷 丁有偉 胡孔法

摘 要：在算法設(shè)計與分析的教學(xué)過程中，教師作為算法教學(xué)的引導(dǎo)者，應(yīng)該巧妙引導(dǎo)學(xué)生積極主動的研究各種算法的自身的特點以及與其它算法之間存在的差別，思維導(dǎo)圖可以有效快速的幫助學(xué)生進(jìn)行知識點的歸納，清晰明了的掌握多種算法的使用。本文主要對思維導(dǎo)圖在算法設(shè)計與分析教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行和探討。從各個算法的自身特點以及各個算法之間的差異介紹如何建立思維導(dǎo)圖。以此提高在算法設(shè)計與分析教學(xué)過程中，有效提高課堂教學(xué)質(zhì)量和效率，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，幫助學(xué)生系統(tǒng)深入地掌握算法相關(guān)知識。

關(guān)鍵詞：算法設(shè)計與分析;思維導(dǎo)圖;知識點的歸納;自主學(xué)習(xí)的積極性

一、背景

算法設(shè)計與分析是在普通本科學(xué)生掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)編程語言基礎(chǔ)上開設(shè)的一門選修課。對算法知識的有效學(xué)習(xí)可以提升學(xué)生本身的能力，使得他們在眾多的算法比賽中取得好成績，并在機器學(xué)習(xí)發(fā)展大趨勢下，增強學(xué)生的就業(yè)優(yōu)勢。算法的主要內(nèi)容包含了五大主要部分，分別是：遞歸與分治、動態(tài)規(guī)劃、貪心算法、回溯法以及分支限界法。種類不多，但是很多學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，往往會分不清各種算法的特點和算法之間存在的區(qū)別，在遇到正式比賽的時候會弄不清楚用什么辦法解決。本人嘗試在教學(xué)過程中使用分小組討論、對同一個問題使用不同算法進(jìn)行求解，但是效果不是很好。本研究就是在這個背景下產(chǎn)生的。

二、相關(guān)研究

思維導(dǎo)圖又叫做心智導(dǎo)圖、腦圖或者思維地圖。采用不同顏色的符號、圖形或者文字相結(jié)合的方式沿用方向與人類思維相同，簡單有效的對相關(guān)內(nèi)容的知識點進(jìn)行歸納總結(jié)。從眾多使用思維導(dǎo)圖輔助教學(xué)的情況來看，通過教師的引導(dǎo)，學(xué)生自身的學(xué)習(xí)積極性會得到提高，能夠提升自身的邏輯思維、創(chuàng)新思維。

國外學(xué)者從多個角度展開了思維導(dǎo)圖的研究[1]，包括思維導(dǎo)圖功能探索、思維導(dǎo)圖教學(xué)以及思維導(dǎo)圖教學(xué)評價等。Remigio等[2]研究了思維導(dǎo)圖作為評估工具的應(yīng)用。研究比較了使用兩種思維導(dǎo)圖評分方法的評分者之間的置信度，并將這些方法的評分與其他年終結(jié)果相關(guān)聯(lián)。

國內(nèi)學(xué)者對思維導(dǎo)圖的研究范圍也很廣泛[3，4]，涉及到各個層次的語文、數(shù)學(xué)、英語等科目。王奎[5]等人對思維可視化課堂教學(xué)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)采用這種方式可以幫助學(xué)生掌握文章的整體結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生提高閱讀技巧。孫玲[6]研究了C語言教學(xué)過程中使用思維導(dǎo)圖可以將在知識點分門別類的區(qū)別開來，使得學(xué)生對知識點的理解條理清晰，增強學(xué)習(xí)的邏輯能力。

三、算法設(shè)計與分析的思維導(dǎo)圖構(gòu)建

本研究擬在算法設(shè)計設(shè)計與分析教學(xué)過程中使用思維導(dǎo)圖，使用三步走策略引導(dǎo)學(xué)生自主全面的學(xué)習(xí)。分別是：

第一步：給出課前預(yù)習(xí)的思維導(dǎo)圖，引導(dǎo)學(xué)生圍繞重要知識點去自主研究下次課要講的算法的要點;

第二步：課堂上圍繞著重要知識點進(jìn)行講解，對同類算法中不同類型的題目進(jìn)行講解，并對算法使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及時間復(fù)雜度進(jìn)行系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)。學(xué)生在此過程中可以對沒有預(yù)習(xí)的漏洞進(jìn)行查找和彌補;

第三步：課后歸納，對各個算法的思想以及對應(yīng)類型的題目進(jìn)行總結(jié)。在各個網(wǎng)站或者比賽中遇到同種算法不同類型的題目時，也方便記錄和復(fù)習(xí)。

思維導(dǎo)圖可以通過手工繪制也可以通過不同軟件繪制，對算法設(shè)計與分析這門課，繪制過程大體如下：

（一）畫出最大范圍，如：算法，字樣或者相應(yīng)圖片;

（二）將范圍內(nèi)的各個主題描述出來，本研究主要包括五個方面：遞歸與分治、動態(tài)規(guī)劃、貪心算法、回溯法以及分支限界法;

圖1 算法設(shè)計與分析教學(xué)過程中思維導(dǎo)圖的大體框架

（三）在每個主題后衍生出分支，各個分支可以用一個關(guān)鍵詞或者圖片表示，其中包含了各個算法的關(guān)鍵特點，采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、不同類型經(jīng)典算法，留出部分空白，以便后續(xù)遇到問題時進(jìn)行添加;

（四）可以用不同箭頭連通不同算法，在連通線上采用方法生動表示出不同算法之間存在的區(qū)別。

（五）對同一算法不同類型的題目進(jìn)行類型概括，比如貪心算法的不同題目，可以歸納為三大類：背包問題、日程安排問題、圖問題）?；厮莘梢詺w納為：背包問題、裝載問題以及圖問題等。

按照上述描述，算法設(shè)計與分析教學(xué)過程中思維導(dǎo)圖的大體形式如圖1所示。

四、總結(jié)

在算法設(shè)計與分析教學(xué)過程中使用思維導(dǎo)圖可以對不同算法的知識點進(jìn)行概括，并能有序的對各個算法的思想，經(jīng)典算法進(jìn)行形象的記憶。以便于學(xué)生牢牢的掌握相關(guān)知識點，在以后的算法比賽中能夠靈活運用相應(yīng)的算法去解題。

參考文獻(xiàn)：

[1]Pérez-Jiménez，Paul. Cooperative Learning A Current Snapshot： Before， During and After Implementation. Comparative Professional Pedagogy.2018.

[2]Remigio Zvauya， Shilpa Purandare， Nicola Young， Miranda Pallan. The Use of Mind Maps as an Assessment Tool in a Problem Based Learning Course. Creative Education，2017，8 （11）：1782-1793.

[3]王娟，基于Scratch的創(chuàng)意計算思維可視化研究[D].上海：上海師范大學(xué)，2015.

[4]張曉雯，三年級畫圖教學(xué)中運用思維導(dǎo)圖培養(yǎng)邏輯思維的研究[D]，南京師范大學(xué)，2019.

[5]王奎，在信息技術(shù)課堂中培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力[J].中國信息技術(shù)教學(xué)，2016（16）：74-76.

[6]孫玲，C 程序邏輯思維訓(xùn)練支持系統(tǒng)構(gòu)建與應(yīng)用[D]，陜西師范大學(xué)，2014.