从博弈论的角度探讨当前的大学计算机基础教学改革

姚怡 吴金春 李向华 余益

[摘 要]当前的大学计算机基础教学改革，可以从博弈论的角度对计算机基础教学改革中教指委、教师和学生之间的三方动态博弈关系进行深入剖析。从多种角度可以计算各博弈方在改革中付出的成本和获得的收益，通过得益矩阵分析各方在不同情况下的对策以及存在的纳什均衡，增加教师方得益是民主改革情况下取得成功的关键所在。

[关键词]动态博弈 计算机教学改革 得益分析 纳什均衡

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2014）01-0041-03

一、前言

随着计算机普及教育的低龄化发展趋势，目前在高校教育界有一种声音，认为高校针对非计算机专业学生开设的大学计算机基础课程与中小学开设的信息技术课程在教学内容和教学目标上有很大部分的重叠，已经没有存在的必要，为此，国内部分高校开始对大学生入学第一门计算机课程---大学计算机基础课进行课时缩减，或减少相关教育资源配置经费，该课程随时面临着被取消的可能性。在此背景下，计算机教育界有识人士纷纷感到忧虑和不安，遂于2010年7月在西安交通大学举办了首届“九校联盟（C9）计算机基础课程研讨会”，经过充分研讨，在教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会（以下简称教指委）的指导下发表了C9联合声明[1]，该声明达成以下四点共识：第一，计算机基础教学是培养大学生综合素质和创新能力不可或缺的重要环节，是培养复合型创新人才的重要组成部分；第二，要旗帜鲜明地把“计算思维能力的培养”作为计算机基础教育的核心任务；第三，进一步确立计算机基础教学的基础地位，加强队伍和机制建设；第四，加强以计算思维能力培养为核心的计算机基础教学课程体系和教学内容的研究。从C9联合声明中可以看出，未来大学计算机基础教学不会消亡，而是通过改革，把培养学生的“计算思维”能力作为教学核心任务，并由此建立更加完备的计算机基础课程体系和教学内容。改革的顺利推进离不开学校和教师的大力支持，更需要学生的配合。从博弈论的角度来看，改革实施的整个流程当中，存在着三个博弈方，分别为教指委、教师和学生，属于多人博弈。各博弈方的行为和决策判断的主要依据是他们各自从博弈中获取的利益。

由于改革的实施过程是有先后次序的，先由教指委下达改革方向和目标，再由各高校教师把改革思想贯彻到教学过程，而三个博弈方的行为有先有后，因此在博弈方之间肯定有某种不对称性，先行为的博弈方可能利用先行之利获得利益，后行者可能会吃亏。但反过来后行为博弈方可根据先行为博弈方的行为做针对性地选择，而先行为博弈方却在自己决策选择时，非但不能看到后行为博弈方的选择，而且还要顾虑、考虑到后行为博弈方的反应[2]，因此教指委、教师、学生三方的博弈属于一种动态博弈。

二、博弈方分析

（一）教指委的改革得益分析

教指委是中国教育部聘请并领导的专家组织，具有非常设学术机构的性质，接受教育部的委托，开展高等学校计算机基础课程教学的研究、咨询、指导、评估、服务等工作。教指委推行的各项改革如获成功或取得一定成效，将被视为为高等学校计算机基础课程教学改革和发展做出了贡献并获得教育部认可，因此改革的顺利推进可视为教指委获得一定的政绩收益，记为Vg，教指委推行改革的所费成本包括组织专家研讨，教学大纲制定，教材编写指导，师资培训等等，记为Cg。如果教学改革的选择权下放给学校教师，由教师决定是否参与改革，可称之为改革的民主推进；某些时候教指委为了实现自身利益最大化，也可选择不理会教师的意愿而强行推进改革进程，则可称之为改革的强行推进。

（二）教师的得益分析

教师是课堂教学的组织者和实施者，是改革成败的关键所在，需要说明的是，由于教师与教指委的博弈活动通常由学校组织与协调，因此相对教指委博弈方和学生博弈方而言，学校与教师应属于同一利益共同体，均为教师博弈方的组成部分，学校可作为教师们的代表与教指委或上级教育部门进行博弈。教师改革成功则被视为教学效果获得提升，进而在申报教改项目、年终考核、职称晋升等方面增添筹码，因此可视为获得一定的教学收益，记为Vce，而教师服从教指委的改革要求所花费的教学成本包括新教学内容的备课、实践环节增加、额外的个性化教学等，记为Cce。

（三）学生的得益分析

学生在改革过程中，通过课堂的教学改革片段，启发计算思维，获得具体的知识和认识，体验计算之美，在一定程度上提高计算科学素养，可视为获取知识性收益。假设教師对学生的考核结果与能力评价主要以测试成绩来衡量，则学生的收益是一个关于成绩S的函数F（S），显然这是一个递增函数，随着成绩S的增加，学生收益F（S）也随之增加。假设改革成功，则学生成绩S由改革前的成绩Sn和改革后的叠加成绩Sy组成，即S=Sn+Sy，F（S）=F（Sn+Sy）。假设改革失败，其表现为教师已进入改革实施者角色并按照更新后的教学大纲进行教学，而学生抗拒新式教学或无法消化新知识，导致部分课时的浪费，则学生博弈方付出的代价是课时t的函数W（t）。教指委、教师和学生三方的博弈关系如图1所示。

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图1 教指委、教师和学生的三方博弈图

三、博弈分析

（一）教指委与高校教师之间的博弈

教指委要有与高校教师和学生“博弈”的意识，否则政策的推行初衷与实际执行效果会产生很大的偏差。例如，教指委为了跟上信息技术的发展步伐而大力推行python编程语言教学活动，但高校教师会以各种借口换成他们信手拈来的C++、VB、JAVA等其他编程语言，借口包括国内教材不足，师资力量薄弱，实验环境跟不上等等。如果教指委不采取预防措施，防止出现“上有政策下有对策”的推诿现象，政策推行的目标就会落空。教指委与高校教师的得益矩阵如表1所示。显然，当改革成功，有Vg>0，Vte>0，当改革失败，Vg=0，Vte=0。

表1：教指委与教师的得益矩阵

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从得益矩阵可看出，当教指委采取民主方式进行改革的时候，存在教师可能不服从的对策，进而损失Vg个单位的利益，因此理论上教指委倾向于采取强行推进改革的策略，但随着尊重高校办学自主权呼声的逐年提高，教指委已经不太可能采取强行改革的对策，以免陷入越权管理的专制危机，因此民主改革将成为教指委的首选策略。为了顺利推进民主改革进程，引导教师从“不服从”策略转向“服从”策略，教指委可设法让Vte-Cte，这意味着教师的教学得益Vte要大于教师付出的教学成本Cte。

（二）教师与学生之间的博弈

教师方与学生方的得益矩阵如表2所示，在此博弈当中，学生有两种可选策略：配合与不配合，在教师不改革的情况下，学生方不管选择“配合”或“不配合”策略，其得益都是改革前的成绩Sn的函数值F（Sn）。而在教师推行改革的情况下，学生如果采取配合策略，其收益是改革前的成绩Sn和改革后的附加成绩Sy的叠加函数值F（Sn+Sy）；学生如果采取不配合策略，其收益是改革前的收益函数值F（Sn）扣除改革失败付出的代价W（t），由于函数F是递增函数，因此有F（Sn+Sy≥F（Sn）>F（Sn）-W（t），由此可见，学生总是倾向于选择得益最大的上策“配合”。教师方选择推行改革策略时肯定需要付出改革成本。如果其获取的教学收益Vte较低，在Vte-Cte<0的情形下则倾向于选择“不改革”，以免浪费所付出的教学成本。此种情况下，在教师方与学生方的两人博弈当中存在着一个纳什均衡（配合，不改革），这样的博弈结果显然不符合改革的精神。若要打破此博弈中以一定概率存在的纳什均衡，关键所在是令Vte>Cte，即增加教师的教学得益Vte。

表2：教师与学生的得益矩阵

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四、博弈分析结果以及应对措施

根据上述的博弈分析可知，民主改革要顺利推进并取得预期成果，关键就在于增加教师方的收益Vte。另外，若改革要获取最大的成效，相当于最大化三个博弈方的收益值，即求取Z=MAX[Vg-Cg]+MAX[Vte-Cte]+MAX[F（S）]的最大值。由于教指委方和教师方的收益值Vg、Vte与学生方的收益值F（S）是具有因果联动关系的，随着F（S）的增长，Vg、Vte也随之增长，从而Z也增长。因此学生成绩S的大小决定了改革的成效高低。下面给出一些有利于增加教师方收益值Vte和学生成绩值S的相关改革措施。

（一）建立激励机制和代管机制

教指委应提前规划激励机制，通过教改项目立项、教材编写资助等措施提高教师的得益Vte，激励教师的改革积极性。对率先参与试点改革的高校增加政策性扶持，强调 “以点带面，整体推进”的改革思路。同时推行代管机制，委托各省市教育厅以及各高校教务管理机构管理和监督改革进程，及时解决教师在改革中遇到的问题和阻碍。

（二）加强教学队伍和机制建设

计算思维的形成是一个长期的“感知—思考—认知”的过程。这一过程需要外因的驱动，例如教师的引导、讲解，更应通过适当的方法，使学生主动地发现问题、分析问题，促进思维的主动发展，启发学生解决问题的各种思路，这就要求教师具有丰富的计算机知识和良好的科学素养。可通过举办各种讲座、培训班、讨论会等形式对现有教师队伍进行集中再培训，协助教师更好地理解课程改革的新思路和方式方法。

（三）改善评价体系，增加改革权重因子

将学生的计算思维能力纳入到学生综合素质考评中，对学生的考核方式不应该只局限于笔试题或机试题的形式，对学生参与项目设计、参加计算机相关比赛、提交综合作品等均可纳入考核指标体系。对教师的评价也应考虑改革权重因子，例如在学生评教表和同行评价表中增加改革权重因子，计算年终教学工作量时对参与改革工作的教师放大课时系数等。

（四）教学模块化改革

改革大学计算机教育沿袭多年的教学模式，尝试模块化教学，把计算思维教学体系细化形成模块，允许学生根据专业和兴趣自主选择学习模块，探索个性化计算思维能力的培养。科学设计模块化教学内容，形成合理的知识体系和稳定的知识结构。

（五）大力推广任务驱动式教学

任务驱动式教学是以解决问题、完成任务为主的多维互动式的教学理念，它将再现式教学转变为探究式学习，使学生处于积极的学习状态，每一位学生都能根据自己对当前问题的理解，运用共有的知识和自己特有的经验提出方案、解决问题[3]，推广“做中学”、“学中做”、“学中想”、“想中做”的新式教学方法和教学模式。

（六）在教学中融入生活情景，提高学生学习兴趣

随着信息技术与网络的日益普及，人们的学习、工作、生活中，越来越多的融入信息技术与网络因素，并逐步改变着人们解决问题的方式，运用信息技术手段帮助人们解决实际问题，已成为一种现实。于是如何将一个问题转化为利用信息技术手段可解决的问题，成为了人们研究的焦点和兴趣所在。计算思维概念的提出，使得该领域的研究更加系统化。计算思维是将人类思维特点与信息技术特点结合起来，运用人类归纳与抽象的思维特点，将一个疑难问题分解为若干个已解决的子问题（建模），通过计算机海量数据运算的特点，求解子问题，最后通过归纳与抽象获得整体问题的最终求解。教师在教学实践中适当融入生活情景，将会极大地提高学生的学习兴趣。

（七）重构问题求解过程

重构求解过程提倡问题解的多样性，鼓励学生运用多种解题思想、多种技术手段对同一任务寻求多种方式的解答。要求学生阅读、改写别人的程序，发展多样性的计算思维方式。对带有创新型的思想和方法，应组织学生展开分析和讨论。

（八）尊重学生的个性化学习方法和解题路径

教师在培养学生计算思维能力方面，以分析基本的计算环境的构成和基本原理为主，同时介绍抽象级问题求解的基本方法，使学生在对计算系统及环境有所了解，同时初步体会计算机问题求解的基本方式方法[4]。当学生掌握了知识点，懂得如何运用计算思维的方法之后，再通过反思评价自己的学习过程和解题路径，自主建构属于自己学习的框架和方式，教师不宜过多的强加干涉和纠偏。

五、结语

本文从博弈论的角度分析了在计算机基础教学改革进程中教指委、教师和学生三方之间的牵制关系，认为增加教师方的教学收益、提高教师参与改革的积极性、让教师从被动改革转化为主动改革是改革得以顺利推进的关键所在。教指委除了要在教改大方向上掌好舵之外，还需在经费拨付、师资培训、项目申报、教材建设等方面上加大投入，以取得改革成效的最大期望值。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 九校联盟（C9）.计算机基础教学发展战略联合声明[J].中国大学教学，2010 （9）.

[2] 謝识予.经济博弈论（第二版），上海：复旦大学出版社，2004：33.

[3] 王新宇.基于计算思维培养的计算方法教学方案研究[J].科教文汇，2011.10（下旬刊）.

[4] 何钦铭.计算机基础教学的核心任务是计算思维能力的培养[J]. 中国大学教学，2010（9）.

[5] 蔡苏瑾.基于计算机技术的信息设计与传播[J]. 大学教育，2012（10）：71.