能力培養下算法課程教學改革淺析

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摘要培養學生工匠精神、算法創新能力和解決實際問題的能力是計算機科學與技術、軟件工程等專業的核心任務之一。針對算法設計與分析課程的教學，本文提出了一個集課程思政、算法競賽和實踐案例為一體的教學改革的方案。該教學改革方案的實踐取得了好的效果。

關鍵詞算法競賽；協同育人；團體協作；過程評價

1引言

人工智能時代，算法是科技原力。創造力則是人工智能的核心算法突破方向之一。培養具有創新能力和實踐能力的算法類應用型人才是高等院校的責任。《算法設計與分析》課程是培養該類人才的主要載體，也是培養計算機專業學生創新能力的重要課程之一。學生掌握本課程知識的多少及解決問題能力的強弱，直接關系到學生后續的專業課學習，直接影響培養出應用型人才的質量，故亟需對《算法設計與分析》課程進行改革探索。算法類的競賽作為培養學生創新能力和實踐能力、深化課程改革的有效途徑。“賽教融合，以賽促學”這種模式在應用型人才培養上取得一定的成果[1]。校企合作協同育人能夠解決應用型本科高校學生應用能力培養與社會需求不能接軌的問題，能夠培養符合產業需求的應用型人才[2]。賽教融合和校企合作是《算法設計與分析》課程教學改革的重要實施方式。本文研究的教學改革主要圍繞學生算法創新能力和解決實際問題的能力（雙能力）培養，實施賽教融合和校企合作方式，重構教學內容，采用混合教學方式，將教學從樸素的以知識為中心轉換為以應用為中心，將考核方式從期末考試轉為過程主導的考核，力求提高教學質量。

2傳統教學中待解決的不足

（1）重理論輕實踐。“灌輸式”的理論教學和“復制式”的實驗教學，導致學生的學習浮于表面，很難激發學生的創新意識，也很難提高學生解決實際問題的能力[3]。（2）學生基礎差異性大，課程深度難以掌控。邏輯思維能力強、學習態度好的學生能夠很好掌握知識點，并能夠將其應用到實踐中。相對弱的學生掌握知識點則有一定困難，實踐效果差。（3）翻轉課堂的尷尬。線上學習無法保證學習效果。雖然布置課前預習，并在課堂進行交流探討，但學生沒有認真預習，導致課堂上存在教師期待滿滿、學生卻無動于衷的尷尬境地[4]。（4）校企協同育人形式較為單一，缺乏以學生為中心的技術輸入途徑，且覆蓋面有限。（5）教學團隊參與深層次人才培養投入不夠。團隊成員工作量大，科研教研工作難以兼顧。

3教學改革思路

一流課程建設應該堅持以人才培養為中心，培養具有社會責任感、創新精神和實踐能力，適應地方經濟發展的應用型人才[5]。《算法設計與分析》需按照一流課程標準來改革和建設。圖1中所示，《算法設計與分析》教學改革思路主要包含一個中心，即學生雙能力的培養；以及兩個實施，賽教融合和校企合作，構建多方協同育人的新模式。圖1教學改革思路針對教學不足，提出教學創新的措施：（1）賽教融合，學生能將理論教學應用到競賽中，同時利用競賽驗證理論教學。（2）學生雙能力的培養，借助競賽來培養學生的創新能力，通過企業實訓培養學生的實踐能力。（3）線上線下混合式教學，采用互動式翻轉課堂、小組協作方式和沉浸式競賽教學方法，豐富學生的課堂學習內容。（4）深化校企合作，校企共建算法競賽，提高本科教學水平和培養學生創新創業能力。它將算法設計策略、算法實現、算法競賽和思政元素融合，重構教學內容，采用線上線下混合式教學模式，通過實施以學生為中心的教學方法和多元化評價，使學生迅速掌握理論知識，提高教學效率和學習效果。

3.1教學內容的創新

課程內容不再拘泥于課本知識，引入算法競賽、思政元素、行業競賽等內容。（1）思政元素與專業知識的融合。每種算法策略都有一個算法框架，這是人類智慧的體現。如分治法的基本思想就是分而治之，當遇到一個復雜任務時，可以將其分為多個小型且簡單的任務來解決。高效核酸檢測題就是一個很好的分治法例子。它的題解是開放的，學生需要從效率和為人民服務等角度來回答。學生的答案體現了他們的職業素養。圖3顯示了專業知識與思政元素的深度融合。教師從算法知識點挖掘思政元素，并融合于課程資源、教學內容和實驗作業，將其傳授給學生。（2）算法競賽可以有效地促進教學內容的改革。算法競賽的試題出題人都是軟件行業骨干精英。試題具有引導性、前瞻性、創新性。學科內知識融合貫通、不同學科間的學科交叉，從廣度和深度豐富了《算法設計與分析》課程的教學內容。在算法競賽試題中，有許多題目可以引入教學。例如居民集合（2015年藍橋杯）和三足鼎立（2021年天梯模擬賽）等。（3）行業競賽可以使教學緊跟時代發展。在教學過程中融入在數字經濟時代舉辦的競賽，如廣東省舉辦的工業大數據算法比賽和華為ICT實踐賽。這些行業的比賽題目可以在教學過程中引入，拉近與產業的距離，培養學生的雙能力。

3.2教學方法的創新

線上線下混合教學是在線學習和傳統課堂教學的相互結合與補充，既發揮教師的主導作用，也能體現學生的主體性。線上線下混合教學過程分為：課前線上學習、線下課堂教學、作業和實驗報告。具體的混合教學過程如圖4所示。首先，教師提前布置線上學習任務，學生則通過學習通自學相關知識點。其次，在理論課堂上課之前，先測試學生對基本知識點的掌握情況。然后，在課堂上采用知識點歸納總結、主題討論、算法競賽方式進行知識傳授。最后，布置線上作業或分組任務，要求學生查閱相關資料，組隊完成任務或作業。該教學模式可以突破傳統課程時間和空間限制，極大豐富教學過程，提高學生學習創造性。

3.3混合教學環境的創設

本課程利用算法競賽平臺（PTA或洛谷）實現從任務驅動教學到團隊競賽。理論課堂上的知識點歸納總結后，教師給學生演示一個具體的簡單案例或從筆架山算法小隊（微信公眾號）中查看競賽模板，然后再給學生布置一個團隊競賽的任務。這個團隊任務與之前演示的案例存在一定的相似性。這樣可以給學生鋪設好前奏，留給學生思考的空間，能夠最大限度地調動所有學生的積極性，使學生們都能夠參與課堂活動。

3.4教學評價的改革

教師利用已有的教學資源開展教學，對完整教學過程進行跟蹤檢測和實時評估。學生課前預習、課堂互動、主題討論、團隊協作方面的表現和章節測試、期末考試，全面反映學生學習結果。根據學習通平臺記錄學生的學習軌跡，優化課程教學內容。本課程的評價為過程性評價與終結性評價相結合。本課程的過程性評價占30~40%，終結性評價60~70%（視平時開展輔助教學活動而定），具體評價內容如表1所示。

3.5教學團隊

教學團隊在人才培養的廣度和深度都發揮重要作用，是人才培養質量的保障。教學團隊建設模式如圖5所示，教學團隊成員共享各種教學資源，通過團隊的協作機制促進團隊成員在教學以及科研業務方面的彼此交流、相互協作，達到共同成長。教學團隊教學的優勢有：（1）科教融合。教學團隊利用學科競賽、教研項目等形式，將自身的科研思路和手段融入教學。團隊成員近年多次指導學生參加挑戰杯和算法競賽等創新活動，并在這些學科競賽中獲獎。團隊成員間協同研究，共同申報專利和軟件著作權，共同申報省自然科學基金面上項目，并獲得立項。（2）校企合作。企業導師將項目的問題或競賽試題帶進課堂，學生可以將理論知識應用于求解實際問題，可以更好地把握行業發展脈搏。（3）教學創新。由于課程內容量大、難點多，團隊成員協同合作將教學內容整合，編寫適合二本院校的教學資源，積極探索“線上自主探究+線下協作研討”的有效融合，以便達到最佳教學效果。

4改革效果

本課程在2021年獲得校級一流課程和校級思政示范課程。課程網站目前訪問量達到30萬+，思政教學評價96.2分。學生學習算法的興趣增長了30%，參加寒期算法集訓的人數從10多人到40多人。此外，參加算法競賽的學生需要學習該課程，故在B站和微信公眾號上發布競賽培訓視頻和基礎算法視頻。教學團隊協同研究、共同成長，編寫本課程教材，前五章節已完成；積極申報科研項目，已獲得省自然科學基金面上項目和教育部協同育人項目各一項。2021年學生參加算法競賽成績：2021廣東程序設計大賽（GDCPC）銅獎(1隊)，韓山師范學院歷史上最好成績；全國大學生數學建模省一等獎（1隊）、省二等獎（2隊）、省三等獎（1隊）；第十一屆藍橋杯省賽一等獎（1人）、二等獎（6人）、三等獎（10人）；第十一屆藍橋杯國賽優秀獎（1人）；第六屆天梯賽省高校三等獎（2隊）、省團隊三等獎（2隊）、全國個人三等獎（1人）；校級2021年“互聯網+”大學生創新創業大賽主賽道創意組金獎；2021睿抗人工智能賽道省賽省三等獎（1人）、優勝獎（3人）；華為中國大學生2021年ICT大賽-廣東實踐賽本科組優勝獎（1人）；廣東工業大數據省賽省三等獎（1隊）；2021年CCPC廣州站優秀獎（1隊）；2021年第四屆傳智杯全國大學生IT技能大賽二等獎（1人）。

5結束語

綜上所述，本文圍繞“培養應用型人才”目標，重點突出學生雙能力的培養，提出賽教融合、校企合作兩大發展路徑，通過將算法競賽和行業競賽有機融入課程建設中，起到了很好的以賽促教、以賽促學；深化與深圳信盈達有限公司等協同合作，促進產業技術向高校的良性過渡和轉化，取得了良好的實踐效果。

參考文獻

[1]趙小剛,王峰,汪鼎文,等.以學科競賽為抓手的產學協同育人模式研究.計算機教育,2021,316(4):46-50

[2]張天華,柴麗娜.校企合作,協同育人的應用型人才培養路徑探析.渤海大學學報：哲學社會科學版,2020,42(3):146-149

[3]屠添翼,聶方彥,易明.賽教融合的地方高校計算機專業人才培養模式研究.教育教學論壇,2019,409(15):63-64

[4]邱澤敏,董美霞.新工科背景下應用型本科算法類課程的深度改革.計算機教育,2021,319(7):23-27

[5]李慧,施珺,陳艷艷,等.線上線下混合式一流課程建設的探索與實踐.計算機教育,2021,319(7):183-187

作者:田小霞 單位:韓山師范學院計算機與信息工程學院