课程教学改革 算法设计与分析课程教学改革的几个方法研讨

算法设计与分析课程教学改革的几个方法研讨

算法设计与分析所涉及的领域非常广泛，通常包括下面 几方面的内容：（1）各种基本和经典的算法，如排序、搜 索、图的算法、组合算法和大量的数值计算算法；
（2）关 于算法分析和算法设计策略、可计算性理论和问题复杂性等 方面的理论研究，如计算模型、NP完全问题和问题复杂度等 理论；
（3）近年来在并行算法、随机算法、近似算法、加 密算法、智能优化算法、模式识别算法、神经网络算法、遗 传算法以及其他算法领域方面的最新研究成果。

经过多年的教学实践，笔者认为教学内容应由四部分构 成：算法基础知识、算法设计策略、算法分析技术、并行算法设计技术及本学科领域的最新进展。算法基础知识包括算 法的概念、基本要素、问题求解步骤等。算法设计策略主要 包括迭代法、蛮力法、分治法、贪婪法和动态规划。算法分 析技术主要包括算法分析的评价体系、算法的时间复杂性和 空间复杂性。在讲授这门课时，切忌讲授太深奥的纯理论知 识，教师要讲清楚算法的基本概念与思想方法，理论联系实 际，用实际项目激发学生学习算法的兴趣。另一方面，教材 选择、学时安排要合理，基础理论以必需、够用为度，适当 突出实践教学。坚持“实践、实际、实用”的原则，坚持实 战教学，培养学生的实践能力和创新能力。

二、教学方法 在教学过程中，教师应该始终贯穿“以问题为中心，以 求解为目标”的指导思想来阐述算法设计过程。一般来说， 问题求解是从问题分析到算法设计，再到算法分析的逻辑思 维过程。第一步是“问题分析”。针对问题的现实领域，认 真分析并确认问题的逻辑结构和基本功能，进而建立数学模 型，这是从具体到抽象的过程。第二步是“算法设计”。根 据求解问题域的特点和数学模型，选择合适的数据结构，进 行算法设计和实现，这是从抽象到具体的过程。第三步“算 法分析”是对算法的时空复杂度等性质的评价与总结。在讲 授算法实例时，可以分五个步骤，即问题分析、数学建模、 算法设计、算法说明与算法分析。这样有助于学生理解算法 的基本方法，掌握算法的思想精髓，从而提高学生分析和解决问题的能力。本课程可以采用多种教学方法，充分发挥各 种教学方法的优势，使学生能够更好地理解和掌握算法设计。

1启发式教学 传统的教学过程中，教师采用以授课为主的教学方式， 教师与学生之间缺少必要的交流和互动。教师应该以算法应 用场景为驱动，采用启发式教学，实现教与学的互动，引导 学生学习的积极性和主动性，教师通过精心设计的启发式教 学，诱导学生深入理解算法设计方法的基本思想、适用条件 和基本解题步骤。从而引导学生在遇到类似问题时如何选择 算法设计方法，如何设计解题步骤。如贪婪法的思想很简单， 可以用于处理最优化问题，但是由于用此方法解决问题时优 化测度要根据具体的问题自己选取，故用此方法设计算法时 对于解决不同问题其具体实现方式也是不同的。为了让学生 对此设计技术有完整的认识，引导学生思考对于不同问题应 如何选取优化测度，如数钱问题，背包问题，单源最小路径 问题等解决时到达最优化时其优化测度各不相同。这种教学 方式让学生带着问题学习，可以提高他们学习的兴趣，更重 要的是可以培养他们发现问题、分析问题及解决问题的意识 和能力。

2研究式教学 研究式教学以解决科学问题为中心，关注学生的独立活 动，着眼于培养学生的创新思维能力。将学生分成若干小组， 每组选择教师给定的题目，让学生进行研究、探讨，提出解决问题的思路和方法，这样有利于培养学生的创造性思维， 增强编程能力和技巧，充分展示自己的能力。

3理论分析和实际应用相结合 计算机科学强调理论联系实际，算法本身相对来说比较 枯燥，如果能拓展教材中的内容，在加强理论说明的同时， 与实际应用联系起来，可以使学生学起来更有兴趣。

4强化习题讨论教学环节 针对理论课教学中一些尚未理解透彻，容易出错的问题， 在习题课中进行分析讨论。选题要有代表性，不选难题繁题， 但是要有讨论引申之内容。通过一题多解和分析，加深学生 对基本理论知识的理解而起到举一反三，触类旁通的作用， 有助于学生结合实际进行具体应用。讨论问题的同时，学生 又会提出新问题。在讨论问题、解决问题过程中，使学生独 立思考能力得到培养和锻炼。在讲授递归方程解法时，以汉 诺塔问题的递归方程为例，可以采用三种解法中任一个求解， 同时可以联系时间复杂性分析其时间耗费，从而引导学生思 考三种求解方法各自的适用范围及其优缺点。

三、教学手段 四、考核方式 考试的主要作用是对学生所学的知识进行评价反馈、检 测教学效果并督促学生认真学习、巩固所学知识，同时也有 利于教师发现教学中的问题。不断地改进教学工作。传统的 考核方式比较单一，仅根据期末考试的成绩来对学生好坏进行衡量，不利于反映学生真实的学习效果。与外国学生相比， 中国学生理论基础扎实，从教师和教材吸取的知识较多，对 讲授的内容掌握牢靠。但创新能力较差，不善于发现问题、 提出问题，缺乏实际解决问题的能力。这种现象的根源在于 考试制度，包括考核形式与评分标准。目前，算法设计与分 析这门课程的成绩大多按两部分计算：一部分是平时作业等 情况的考核，占总成绩的30%～40%；
另一部分是闭卷考试， 占总成绩的60%～70%。这样，大部分学生只重视闭卷考试部 分，不重视平时学习，更不会挖掘潜力进行创新研究。因此， 考试形式和评分标准的改革是中国教育体制改革的重中之 重。就“算法设计与分析”这门课程而言，笔者认为在平时 考核中应突出动手能力和团队合作能力。[JP2]这样更注重 学生学习过程中的表现情况，有利于促进学生积极。因此， 本课程考核方式主要从以下两个方面做出改革和新尝试。

[JP] 一是学生成绩由平时成绩、期末成绩两部分组成其中平 时成绩占30%，期末成绩占70%。学生的平时成绩包括：课堂 出勤率，30%；
作业完成情况，40%；
团队项目中所发挥的作 用，40%。

五、结束语 算法设计与分析课程是一门非常重要的计算机科学与 技术专业的课程.具有理论与实践并重、设计与分析并重的 特点，是保证学生校内所学知识与企业需求相互匹配的关键课程。如何根据企业需求调整该课程的教学目标、教学内容、 教学方法及考核方式，是新一轮课程改革的目标。本文就前 面四个方面的教改提出了见解和策略，并将在以后的教学过 程中将这些理论应用于实践，以帮助学生尽快适应社会发展 的需要，提高他们在社会上的竞争能力。

参考文献：
[1]王晓东.算法设计与分析[M].北京：高等教育出版社， 2009. [2]孙红丽.浅谈算法设计与分析课程的教学改革[J]. 太原教育学院学报，2005，（4）. [3]刘波.算法分析与设计教学探讨[J].高等理科教育， 2007，（4）.