对分课堂在“算法设计与分析”课程的教学实践

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　　[摘 要] 对分课堂集成了讲授教学和讨论教学的优点，能有效改善大学课堂师生互动缺失、师生关系割裂的缺陷，使教与学真正成为双向互动的过程，提高教学质量。本研究将对分课堂引入“算法设计与分析”课程教学，探索基于对分课堂的算法设计与分析教学新模式。教学实践表明，对分课堂教学模式能够提高算法设计与分析课程的教学效果。
　　[關键词] 对分课堂;算法设计与分析;教学模式;教学改革
　　 一、引言
　　算法设计与分析是计算机科学与技术、物联网工程、软件工程等专业的核心课程之一。本课程设置的目的是使学生掌握常用的计算机算法，并能对这些算法的时间和空间复杂度进行分析，培养学生分析和解决问题的能力，为学生解决计算机领域的复杂工程问题奠定良好的基础[1]。
　　目前，我校算法设计与分析课程主要是以教师讲授为主。虽然传统讲授教学有助于学生快速掌握知识、构建知识体系。但在这种教学模式下，不利于发挥学生的主观能动性，不利于师生互动，且讲授时间过长易造成学生认知超负荷;同时讲授式教学不利于培养学生的创新能力和探索精神，从而使算法设计与分析课程的教学效果不够理想。
　　国内外教育工作者针对教学模式改革做了许多有益尝试。其中，对分课堂[2]是最具代表性的创新教学模式之一。对分课堂教学模式能够集成讲授教学和讨论教学的优点，有效改善大学课堂师生互动缺失、师生关系割裂的缺陷，使教与学真正成为双向互动的过程[3]，有助于提高教学质量。通过将对分课堂应用到算法设计与分析课程，有望破解该课程传统教学模式下所面临的困局，提升教学效果。本研究将对分课堂引入算法设计与分析课程教学，探索具有可操作性的算法设计与分析教学新模式。
　　二、对分课堂的内涵
　　对分课堂，也称作PAD课堂，集成了讲授教学和讨论教学的优点，由复旦大学张学新教授于2014年提出[2]。该教学模式包括教师课堂讲授、学生课后内化吸收和学生课堂讨论（第二次知识内化）三个相互联系的环节。其中有两个关键创新点：一是时间对分（不要求严格对分）：根据实际情况将课堂时间划分为两个部分，一部分分配给教师讲授，另一部分分配给学生讨论。二是隔堂讨论：错开教师讲授和学生讨论的时间，保证学生有足够的时间进行知识内化和吸收，实现有充分准备的课堂讨论[4]。
　　三、基于对分课堂的算法设计与分析教学实践
　　（一）算法设计与分析对分课堂实施方式
　　算法设计与分析是面向计算机学院大二学生的专业必修课，共32学时，每周两次课，每次2课时，共上八周。该课程主要包括算法概述、递推与递归、分治法、动态规划、贪心算法、深度优先搜索和宽度优先搜索等内容。这些内容包含两类：①知识点集中、理论性较强、理解相对困难的章节，比如递归算法时间复杂度评估的主方法、深度（宽度）优先搜索等。②知识点相对比较分散、内容相对简单的章节，比如分治法、动态规划、贪心算法等。
　　根据对分课堂的原理，以及算法设计与分析课程内容的特点，开展两种形式的对分教学。第一种是将整次课（两课时）全部对分：前一部分时间（比如1课时）教师组织学生对上次课讲授内容进行分组讨论，并抽查学生发言，最后对共性疑难问题进行统一讲解;后一部分时间（剩余时间）用来讲授新课，重点讲解基本概念、理论重点难点，并给学生留取有针对性的作业，通过作业促使学生对教学内容进行第一次内化与吸收，为下次课的讨论做准备。此种对分方式适合内容为类型①的章节（例如深度优先搜索）。第二种是根据实际情况将部分课堂时间对分，比如24分钟对分，教师首先用10分钟讲解一个知识点或题目，然后组织学生用4分钟独立思考，4分钟与邻座同学进行讨论，最后6分钟抽查1-2位同学发言、教师进行总结。此种对分方式适合内容为类型②的章节（例如贪心算法）。
　　（二）对分课堂实施要点
　　为保证对分课堂实施效果，有许多要点需要关注[5]。首先，需精选对分内容：虽然对分课堂是一种行之有效的教学模式，但也不是算法设计与分析课程的所有章节都适用，也没必要对所有章节采用。需根据具体章节的内容特点，有选择性地采用对分课堂，以及合适的对分模式（本研究主要采用前文所述两种对分模式）。其次，要合理组织教学过程：采用对分课堂并不是简单地将一部分时间分配给教师讲授，另一部分时间分配给学生讨论，而是要根据章节内容的特点和学情，合理组织教学过程，从而使教师课堂讲授、学生课后内化吸收和学生隔堂讨论三个环节相互促进、有机结合。第三，课堂讲授要抓要点：对分课堂授课时长较短，需精选并精心组织讲授内容，使学生在较少课时下快速建立知识框架，掌握基本概念和原理。第四，要注重分层教学：需根据学情布置有层次的课后作业，设置有层次的讨论问题，并对学生合理分组，促进学生课后自主学习、课堂有效讨论，提高不同层次学生的知识学习效果。第五，需加强过程考核：考核是确保学生学习效果的重要保证，当前考核主要以期末考试为主（70%），辅以平时作业、考勤和试验（30%），对分课堂模式下，学生讨论占重要比重，有利于教师掌握学生的平时学习情况，便于实施过程考核;且通过过程考核能够有效避免学生仅在期末突击，提高学生平时学习的积极性，因此需加强过程考核，提升平时成绩所占比例（比如可将平时成绩的比例由30%提升至60%）。
　　（三）对分课堂实施效果
　　当前教学实践中将对分课堂应用到一个班的算法设计与分析课程。通过与以往和其他平行班级该课程教学效果的比较表明，对分课堂能够有效增强学生探索和解决问题的积极性，保证学生平时的学习时间，有助于发挥学生的主体作用，从而提升学生的创新能力，拓展学生的视野，促进教学效果。同时，对分课堂教学模式受到该班学生的认可与欢迎。
　　四、总结
　　总的来讲，对分课堂集成讲授教学和讨论教学的优点，通过“课堂时间对分”避免学生被动地接受知识，引导学生参与到课堂教学活动中，增加师生和生生之间的沟通，使师生双方的主体性都能发挥作用。教学实践表明应用对分课堂能够提高算法设计与分析课程的教学效果。
　　但需要指出的是，为保证对分课堂的顺利和有效实施，取得更优的教学效果，有以下问题需进一步解决：当前班级规模较大，如何进行合理分组，以确保课堂讨论效果？如何制定有效的考核评价方案来增强对学生学习的激励和引导？
　　参考文献
　　[1]刘波.“算法设计与分析”教学探讨[J].高等理科教育，2007（4）：78-80.
　　[2]张学新.对分课堂：大学课堂教学改革的新探索[J].复旦教育论坛，2014（5）：5-10.
　　[3]袁涛.“对分课堂”在大学理工科专业课程中的应用[J].教育教学论坛，2019（11）：5-8.
　　[4]刘绍乾，钱频，王曼娟，等.对分课堂教学模式及其成功因素探析[J].教育教学论坛，2019（13）：46-48.
　　[5]徐英，谷雨.对分课堂在提升《C+程序设计》课程教学效果的实践与思考[J].教育教学论坛，2017（1）：213-214.
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