3R科研式教学法在算法基础课程教学中的应用与实践*

彭 雷，戴光明，王茂才

（中国地质大学[武汉]计算机学院，湖北 武汉 430074）

3R科研式教学法在算法基础课程教学中的应用与实践*

彭 雷，戴光明，王茂才

（中国地质大学[武汉]计算机学院，湖北 武汉 430074）

美国计算机学会（ACM）和电气与电子工程师学会(IEEE)的计算学会(CS)在 1991年发表的《计算教学计划1991》中将“算法和数据结构”列为计算学科的九个主题的第一个。当前,大多数高校也越来越重视算法课程的教学，将该门课程与数据结构课程分离，以算法设计策略为知识单元，系统地介绍计算机算法的设计方法与分析技巧。因此，提高“算法基础”课程的教学水平有着非常重要的意义。本文主要介绍了作者从算法课程教学实践中提炼出的3R科研式教学法的定义、内容及实践效果，以期不断提高教学水平。

3R科研式教学；算法基础；教学与科研

计算机算法的应用已经普及人类社会生活的各个领域，包括计算机软硬件设计、电信和互联网、一般生产制造业以及经济与金融业等。算法技术不仅仅是应用在计算机领域，在其他理工类及社会科学领域里都有极其广泛的应用。任何问题的求解，都离不开一般性的算法设计原则，因此，开设“算法基础”的课程教学具有极其重要的意义。

“算法基础”这门课程的主要目的不仅要讲授计算领域中不同问题的标准算法，更重要的是分析其算法复杂度，且在诸多可行性算法中选择一种时间或空间效率最高的方法。所以，作为高校计算机专业学生的一门专业课,它需要“计算机程序设计语言”和“数据结构”两门课作为基础。这门课程不仅要学习较复杂的算法设计思想及数据结构的选择，还要掌握程序设计语言本身的语法。如何使学生在有限的学时中，既能掌握算法思想又能对高级算法的编程有一定的认识，是这门课程教学的难点。

无论是从当前教育当局的政策导向来看，还是从算法课程教学实践的需要来看，科研和教学都应该是相辅相成的，并且，十分有必要在算法的教学中提高学生的创新思维和科研能力。因为我们发现，在原来的大部分教学时间里，学生只是被动地从教师那里接受现成的知识，而少有主动性的参与，缺乏必要的科研训练，因此很多学生在完成毕业论文的短时间内很难写出有创新性的论文。所以，如何将教学与科研真正结合起来,在长期的教学活动中逐步培养学生的科研意识和能力，是一个值得深入探讨的课题。解决这一问题的根本出路是进行教学改革，实施3R科研式教学，从而转换教学模式，提高教学水平。

一、3R科研式教学的定义及特点

在教学的实践过程中，我们发现通过加入研讨最新的算法研究成果和国内外的研究前沿，将教师科研项目中的一些研究问题作为课堂或课后练习布置给学生实验等做法，不仅有助于开阔学生视野，更能提高学生学习的积极性和能动性，有效地培养其创新意识和科研能力。笔者在算法教学中不断总结、提炼出了 “3R科研式教学法”。这种教学法是我们在“算法基础”的课程教学中尝试性采用的一种教学和科研并重的教学方法，3R即丰富性（Richness）、循环性（Recursion）、关联性（Relation）。丰富性体现为在教学过程中加入研讨环节，增强学生的情感体验，丰富课堂教学内容；循环性表现为利用ACM平台，为学生提供课上与课下互补性的学习环路；关联性主要在于利用任务驱动法，将理论与实践紧密结合，充分调动学生学习与科研的积极性。

结果表明：3R科研式教学可以从根本上改变教师向学生单向性传授知识的灌输式，而代之以教师指导学生在一定的任务驱动下进行主动探索和交流的研讨式，在教学目标上变“授人以鱼”为“授人以渔”，在教学形式上变“一言堂”为“群言堂”，在师生关系上变“主─客”关系为“主─主”合作关系。

二、3R科研式教学法的主要内容

1．通过3R优化课程教学

由于3R科研式课程教学涉及师生双方教学观念、思想的转变，以及选题内容、查阅文献、开展研究、撰写论文、讨论交流等一系列问题，投入的精力和时间都比较多，也因此可以不断优化我们的教学内容。此外，基于工科学生进行研讨式教学成熟的经验还不是很多，我们也在逐步探索和尝试，及时地对每一次研讨环节进行总结和反思，希望有利于下一次运用适宜的教学方法达到事半功倍的效果。这种课程教学对学生知识的掌握、能力的提高和科学素养的培育都具有十分重要的作用。

2．开发学生的创新思维

爱因斯坦曾说过：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决一个问题仅仅是技能而已，而提出新问题，从新的角度去看旧问题，却需要创造性想象力，标志着科学的真正进步。”在任务驱动教学过程中，“任务”的提出最重要，既要符合学生的认知规律，融合教学内容于开放平等的教学环境中，引导学生去探求知识，获取知识并运用知识；同时，还要鼓励他们去“改造”和“创新”任务，充分体现学生的主体作用，引导他们积极思考，培养他们的探究精神，使之带着强烈的好奇心和兴趣，能自己提出问题，探索解决，并很快地开始进行创作，教师则要及时指出学生在创作过程中出现的问题，总结成功的经验和失败的原因，以启发学生的求异思维和发散思维，同时加深其对知识的理解和掌握。

3．改革教学模式，实现教学相长

3R科研式教学中要尽力体现以“学生为中心、教师为主导”的教学策略和模式。在教学过程中,师生虽处于不同的位置,履行不同的职责,但双方是平等的,因而有人把“教育者和受教育者称为教育活动的双主体”,互相认同对方的地位,相互配合,相互作用,实现教学相长。一个有创造性的优秀教师应该帮助学生在自学的道路上前进,教会学生怎样处理大量的信息,更多地应是一名向导和顾问,而非简单机械的传授知识的工具。在这样的教学中,学生的主体作用也得到了很好的发挥。学生是学习的主人,教育的主体。教师只有能够充分调动学生的主观能动性,才能取得好的实际教学效果。教师的主导作用与学生的主体作用同时并重,互教互学。

4．编撰课程学习指导书，明确教学目标

在我们的教学过程中，学生被看作是知识建构过程的积极参与者，学习的许多目标和任务都要学生主动、有目的地获取学习材料来实现。但本科生的自主学习能力毕竟不如研究生，所以，教师在学生学习之前,要制订明确可行的教学计划,学生则可以在教师的计划之内活动。这就客观上要求我们编撰一本学习指导书，学生通过指导手册的使用，能够更加明确学习的目标和任务，从而更好更快地掌握知识和提高能力。

三、3R科研式教学法的应用效果

通过几年的尝试性教学，我们发现，3R科研式教学法取得了较为明显的效果，主要表现在：

1．教学与科研紧密结合。学生检索文献、阅读资料、撰写文稿、宣讲等全过程就是让其在学习如何做学问，也可以说是按照做学问的路径对学生进行培训。在整个教学活动中突出科研地位，以科研活动促进教学质量的提高。

2．增进了师生交流，密切了师生关系。在以往的注入式教学中,师生之间缺乏必要的沟通，关系比较淡薄。增加了研讨环节的教学后，教师从独唱演员变成了“导演”，学生从消极的听众变成了积极的“演员”。“演员”为了演好自己的角色，时常请教“导演”，“导演”为了“演员”表演到位,也时常加以指导。这样一来，师生之间的交流加强了，距离变近了，有助于真正建立起尊师爱生的良好关系。

3．在实践中培养了学生多方面的能力,提高了学生的综合素质。这其中包括自学能力、思维能力、写作能力、口头表达能力、教学能力、研究与创新能力。这是实行3R科研式教学的基本出发点和主要归宿，也是这种教学改革最突出、最根本的特点。在大学高年级中实行3R科研式教学，突出的特点就是“做”，教师在做学问中教，学生在做学问中学。

科学研究是一种创造性的活动，它不仅需要掌握某个专门领域的知识和技能，而且要具有本专业领域坚实宽广的基础理论和系统深入的专门知识。要完成预定的科研任务，至少需要如下5种能力：（1）检索文献、收集资料的能力；（2）阅读文献、鉴别资料的能力；（3）归纳综述和提出问题的能力；（4）逻辑思维和分析综合创新的能力；（5）文字、口头表述能力。上述5种能力对于全面完成科研任务来说都是不可或缺的，也都是形成科研能力的必要成分。毋庸置疑的是，科研能力既不是人人都能具有的，也不是一下子从整体上可以培养起来的。它需要经历一个较长时间的培养过程，更需要从各个方面加强训练以促进整体能力的提高。将教学与科研紧密结合起来，在整个教学过程中突出科研的地位，以科研活动促进教学质量的提高，这既是3R科研式教学的特色所在,也是这种教学方法可以培养学生科研能力的基本原因。这对于提高大学生的综合素质，帮助大学生树立科研意识和创新意识是一个有益的探索。

在我国教育的百花园中,“讨论法”和“研究法”作为两种单独的教学方法其实早已在课堂教学中加以运用。讨论法，是学生根据教师所提出的问题，在集体中相互交流个人看法，相互启发、相互学习的一种教学方法。这种方法的特点是：以自己的活动为中心，参加活动的每一个学生都有自由表达自己见解的机会；每个学生都要听取他人发言，都要准备个人的发言；学生在活动中处于主动地位，这样能很好地发挥学生的主动性和积极性。研究法的结构和顺序是：教师提出问题——学生独立思考——学生相互讨论研究——回答教师提出的问题——教师总结提高。这种教学方法的特点是：使学生在独立思考的基础上，主动探究问题，提出见解，开发思维能力。3R科研式教学方法吸收了这两种教学方式的精华，将研究讨论有机地结合起来，结合我们在教学中的实践经验，形成的一种创新性的教学模式。但是，培养学生的科研能力毕竟是一项长期的工作，3R科研式教学对大学生所进行的仅仅是科学研究工作的初步训练，并且我们的教学研究工作还需进一步深入和系统化。尽管如此，3R科研式教学对于大学生学习和科研能力的培养仍然具有重要意义。

[1]蒙应杰.算法与数据结构——课程教学的研究与探讨[J].高等理科教育，2004(3).

[2]史国川，谢宝陵等．“任务驱动”式教学法及其实施[A]．大学计算机基础课程陈述论文集.北京:高等教育出版社,2006．

[3]李彦鹏,王宏强.博士研究生研讨课教学探索与实践[J].当代教育论坛,2007(12).

[4]陈景文,刘洁.研究生课程的“研讨式”教学方式[J].高等教育研究学报,2008,31(1).

[5]刘文杰，吴婷婷，郑玉.基于任务驱动的小组协作Java教学模式研究[J].计算机教育,2010(20).

（编辑：金冉）

G424

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1673-8454(2012)01-0048-03

中国地质大学（武汉）校级B类一般教学改革项目（2011B19），国家自然科学基金项目(61103144)，中国地质大学研究生课程与教材建设项目。