《计算机算法设计与分析》教学方法探究

马昌威

(阿坝师范高等专科学校，四川，623002)

伴随着计算机的应用日渐广泛，信息技术也相继在全球范围内应用起来，随之而来是，各种应用软件的需求量的增加。如何在最短的时间内，以最低的成本，开发出符合实际需要的应用软件，是软件开发的主要任务。一个高效且符合实际需要的软件，在设计中，不仅需要耗费技巧的编程，同时高效的算法和合理的数据结构也非常重要，而这正是由于计算机算法设计的主要研究内容。为此，《计算机算法分析与分析》是高校计算机专业高年级学生所必须掌握的一门知识，同时也是系统工程、管理信息以及应用数学等非计算机专业需要学习的一门课程。该课程主要是通过对计算机算法进行系统的研究，来帮助学生掌握计算机算法的设计，以及对计算机算法进行分析的能力，为将来算法的设计奠定基础。

1 教学内容的选择

计算机算法设计与分析这门课程主要难在，需要学生在对算法设计基本思想充分理解后，并以此为基础进行举一反三，且对灵活思维有非常高的要求，死记硬背是无法掌握该课程的。为了能够使学生对该课程的兴趣得到激发，关键在于教师课程内容的选择。笔者认为在教学内容的选择上，应以“难度适中，实际与理论应有并重。”

1.1 难度适中

首先，我们在考虑学生所掌握的知识时，应对学生的层次进行设置，不同的学生层次所采用的教学内容当然有所差异。对高年纪以及基础较好的学生，则教学内容则应以经典算法设计的讲解为主，其中应包括动态规划、递归与分治策略、回溯法、贪心算法以及分支限界法。相对来说，这方面知识的难度较为适中。并以此为基础，适当对教学内容进行扩展，例如：并行算法、现代启发式算法那、分布式计算以及网格计算等知识的讲解。而针对基础知识较弱的学生来说，由于他们所掌握的基础知识层次不同，故在教学中应适当增加基础知识，并适当安排课时重新对基础知识进行讲解，再以此为基础，对相关知识进行扩展。

1.2 理论与实际应用并重

在向学生传授算法设计思想的过程中，教师一定要注意实际与理论并重。无论是何种算法设计，都必然存在诸多问题，在对策略进行讲解时，应通过较为典型的实例来进行分析，这不仅可使抽象的理论知识形象化，同时还可以通过实例来吸引学生的兴趣，再以此来对算法策略基本思想进行总结，然后逐渐延伸出其它例子，对其共性进行总结。例如：在学习动态规划法时，需要对最长公共序列、矩阵连乘问题、电路布线、最大子段和、流水作业调度以及图像压缩等进行分析。在对该算法进行讲解的过程中，应当重点对矩阵连乘问题的动态规划算法进行讲解，使学生能够对算法设计有初步的认识，再随着问题的深入，使学生在实例分析中，理解动态规划算法。

2 教学方法与教学手段

笔者认为在该课程的教学中，应打破传统教育模式，结合启发式、自学两种教学方法，辅以实验课程的配合，可大大有效调动学生的学习兴趣，并达到较好的教学目的。

2.1 打破传统教学，促进学生学习兴趣

在教学中，通过灵活多样的教学方法来提高学生的主动性和积极性，是达到教学目的的关键。培养学生的创新思维，可让学生的创造力得到提升，同时学习算法设计也有着重要作用。教学工作中，教师应当有意识地去加强学生的创新思维，引导学生灵活思维，举一反三。例如：我们可用导弹防御系统为实例来帮助学生对动态规划问题进行理解，并提出如何对敌国导弹入侵进行防御的问题。启发学生自行调动思维，去考虑这个实际问题如何通过动态规划算法实现，进而在问题解决中掌握算法的知识。教师在知识讲解时，可通过问题式、启发式以及参与式等方法来充实教学知识，让理论知识能够融合到实际中，让实际来展现理论知识，使学生的逻辑思维能力得到不断强化，自主学习能力得到提高。与此同时，在实施教学时，我们应始终坚持“以学生为本，让学生做学习的主人”为教学原则。相比之下，大学的思维已经较为成熟，且具备了解决和分析问题的能力。为此，课堂中教师可通过课堂讨论以及课前收集资料等方法相结合的方式来开展。同时结合问题引导，来刺激学生的求知欲望；分组讨论则可使学生都参与到课堂学习中，有助于学生之间的沟通交流，带动思维的灵活变化，让学生能够对难点和重点进行感知，进而逐渐掌握算法的精髓。

2.2 教学过程

本文以笔者课堂中开展贪心算法的教学过程为例，对课程的教学方法进行分析，主要是通过以下五大环节来实现教学内容的推进，取得了非常好的实际成效。

2.2.1 新课导入

笔者根据学生的基础知识水平，结合生活实例，提出了“找零钱问题”这一实例，来引导学生进入贪心算法的课程中。例：[找零钱]某超市内，小孩选购了一些糖，但总面值不足10 元，小孩拿出10 元交给售货员。售货员如何以数目最少的货币来找补。柜台所有面值数目均较为充足，求解售货员如何分步骤来完成零钱找补，每次仅需加入一张货币。

通过实际问题的联系，学生的思维自然而然被调动起来，也成功将学生的好奇心带动了起来，唯有产生了兴趣，才能够真正将学生带入到算法研究的学习中，进而主动去学习、去分析问题、掌握问题。

2.2.2 创设情境

将问题抛给学生，让他们自己去分析问题，探讨问题的解决方法与途径。得出：每次在对零钱进行选择时，都尽可能选择最大的面值。为保证解法的可行性（即：能够正确完成零钱的找补），故在对硬币进行选择时，不能够使零钱总数大于最终所需的数目。在找补的过程中，大多以直觉来进行零钱的找补，且使其货币数目能够最少，至少应当确保其能够满足数量达到最少。教师在对得出结论进行点拨时，提出：“该问题的分析，我们就用到贪心算法的基本思想。”在对上述问题分析的过程中，尽管教师并未提出贪心算法的相关知识，但却让学生在实际例子的分析中，对贪心算法的基本思想进行总结，且有了非常清晰的条理。

2.2.3 任务实施

此阶段，笔者主要是通过自主探究、分组写作以及教师引导这三大环节来实现课程的推进。主要采取的措施如下：教师对情境进行创设，让学生能够依照所创设的情境自行提出问题，再通过合作学习来分析问题，同时辅以分组交流，让学生各抒己见，最后，教师再通过参与到讨论中，对课堂内容进行总结。

2.2.4 任务评价

课后主要是通过实践来对学生的掌握情况进行判断评价。在这个阶段，教师同样需要以实际例子来引导学生，让学生判断实例所能够用到的最佳算法，在这个过程中，还可以建立数学模型，再结合编程来实现模型的构建。

2.2.5 小结与作业

课后作业能够使学生的对所学过的知识进行总结回顾，即个体作业和小组作业，最低要求必须完成个体作业的实验，即选择某些经典问题，采用不同算法实现，输入大量数据，测试程序运行时间，与理论结果进行比较。如旅行商问题问题，可以选用回溯法、分支限界法等算法，将三个算法的实际执行时间进行比较，从实验结果证明理论分析的正确性。小组作业是在个体作业完成的前提下，提出一个综合性问题，利用所学的知识，设计出新的算法，并用实验模拟验证。

3 结论

《计算机设计与分析》是相关专业学习的基础课程之一，该门课程尽管以理论知识为主，使得不少学生对其了解出现误差，提不起学习兴趣，导致学习进度和教学目标严重滞后。教师在教学中如何通过有效措施，激发学生的学习兴趣，改变对该课程的认知，让学生掌握各种经典算法的基本思想，为将来的实际应用打下基础是工作的主要任务。

[1] 孙红丽,叶斌.基于多元智能理论的算法设计分析教学改革[J].淮南职业技术学院学报,2012,2(15).

[2] 刘淑英.《算法设计与分析》课程教学方法研究[J].现代计算机(专业版),2012,1(15).

[3] 郭萌萌.算法设计与分析教学方法探讨[J].山东省农业管理干部学院学报,2012,11(15).

[4] 冯慧玲,吴静松.《算法设计与分析》的课程特点和教学方法探讨[J].现代计算机(专业版),2012,10(25).

[5] 曲德祥.关于实践教学中算法设计与分析课程的研究及应用[J].信息技术与信息化,2012,2(15).