算法专题微课程设计与实践

栾若星

摘 要： 专题化和课程化是微课发展的必然趋势，因此本文提出以算法为专题的微课程设计和制作方案。该微课程由一系列微课构成，每个微课以一个算法为知识点。文中说明了算法专题微课程的开发与制作流程；重点阐述了以五星教学原理为指导的微课教学设计模式，并以递推法为例，提供了一个微课教学设计的实践样例。算法专题微课程可以作为程序设计类课程的学习辅助资源，为实践环节和混合式学习的开展创建条件和平台，旨在培养学生的计算思维和自主学习能力。

关键词：算法；微课；专题化；五星教学原理

中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2017）24-0014-04

一、引言

近年来，微课成为教育界的研究热点。目前，已经有很多高校教师可以制作出具有教学性和趣味性的微课视频。但这样的微课多用于参加比赛，存在选题重复、知识点独立化、平台单一等问题[1]，不适用于课程教学。微课的真正受益者是学生，它应该与课程相融合，成为辅助教学的有效手段。为非计算机专业开设的程序设计类课程是计算机基础教学体系的一部分，主要包括VB程序设计和C语言程序设计等。算法是程序设计的核心，算法思维是计算思维的核心。由于课程要求和学时的限制，课程内容以语法、程序控制结构、数组和函数为主，大多数学生只是机械地学习，没有形成算法思维，当遇到实际问题时就束手无策了。因此，本文提出一个以算法为专题、基于五星教学原理的微课程设计方案。

二、课程化、专题化是微课发展的必然趋势

微课具有短小精悍、知识点单一、时间短等特点，以视频为主要形式，包括按一定教学目标组织的教学内容，按一定教学策略设计的教学活动及进度安排。 从微课发展经历的三个阶段[2]（“微资源构成”—“微教学过程”—“微网络课程”）和微课演变的四种形式 [4]（微视频—微讲座—微讲课—微课程）可以看出，微课程是微课发展的必然趋势。微课程不是零散的、个体化微课的集合，而是围绕课程内容或某一专题的一系列具有关联性的微课的聚合，并依托网络化学习平台为学生提供教学资源，专题化是微课的聚合方式之一。单独一节微课对课程学习的帮助甚微，只有针对某个学科或课程进行系列化、专题化的微课程建设，才会使学生开展有针对性的学习和连贯性、完整性的学习，而不是获得零散的、不成体系的知识[3]。

三、算法专题微课程设计与制作流程

1.选题

以算法为专题，选题范围涵盖算法基础知识（算法的定义、分类、要素和算法分析方法）和一系列经典算法，包括递推法、迭代法、递归法、穷举法、贪心算法、分治法、动态规划法等。首先要确定算法问题用微课实现的可行性，微课选题要实用准确、内容生动有趣、形式短小精炼[4]，不宜选用过于复杂而又不能分割论述的教学内容。

2.教学设计

教学设计是根据课程标准的要求和教学对象的特点，将教学诸要素有序安排，确定合适的教学方案的设想和计划。一般包括教学目标、教学重难点、教学方法、教学步骤与时间分配等环节。微课的教学设计既要保证在尽量短的时间内将知识点讲授得完整、清晰、易于理解，可以引发学生积极深入思考，又要有较强的吸引力，能将学生的注意力和兴趣调动起来，让学生可持续地学习。采用基于五星教学原理的微课教学设计模式，既符合教学规律，又体现了以“学生为主体”的思想，使微课能在有限的时间内达到高效的教学。

围绕算法主题开展教学内容，完成一系列教学任务需要教学策略的支持，实现学生与教学内容的互动、师生之间的互动以及学生的反馈等。通常使用的教学策略包括利用多媒体（如图片、动画、视频）直觀地组织和呈现教学信息、通过创设模拟情境（如游戏）解决教学中的问题[6]，还有情感化教学策略等。因此还要考虑所用的策略是否适合用微课实现，进而考虑能否实现和如何实现的问题。

3.视频制作

微课以视频为核心，视频的质量直接影响到学习效果。微课视频制作主要采用幻灯片录屏式、软件实操式和动画演示式，每个微课都以两种以上的混合方式制作。根据教学内容和教学策略选择最恰当的视频表达方式。对聚焦问题的描述如以讲授法为主，则采用幻灯片录屏式；如果通过一个案例引出聚焦问题，则以动画演示式呈现案例；在讲解算法的实现过程时，教师要示范软件的操作过程，因此采用软件实操式。

4.辅助材料

微课的辅助材料包括教学内容简介、与视频配套的课件和学生的反馈。

5.评价与修改

在将微课程上传到应用平台之前，应先对专题中的所有微课进行测评，然后进行相应的修改。微课的评价可以遵循以学生为中心、目标精准、短小精悍、科学性与可靠性、教育性与启发性以及艺术性与技术性等原则[7]，参考微课评价指标体系和对微课应用效果产生影响的因素[8]，形成微课评价量表，请不同专业的学生代表、专家及同行教师进行评价，做出各自的评价报告，然后综合三方的评价结果对微课进行修改。

6.应用与反馈

将微课程上传到网络教学平台，平台既对校内学生开放，作为程序设计类课程（如C语言程序设计、VB程序设计）实践环节的指导材料；也可以对校外开放，对程序设计和算法有学习兴趣的人都可以参与学习；提供反馈机制，包括教师答疑、用户点评等。

四、以五星教学原理指导微课教学设计

五星教学指的是教学设计应该遵循聚焦问题、激活旧知、示证新知、应用新知、融会贯通这五大步骤（如表1所示）；其实质就是具体的教学任务应被置于循序渐进的实际问题解决情境中完成，即先向学习者呈现问题，然后针对各项具体任务展开教学，接着再展示如何将学到的具体知识运用到解决问题或完成整体任务中去；它强调教师的教学过程要符合学生的学习过程和心理发展的要求。

基于五星教学原理进行微课教学设计，包括激活旧知、示证新知、尝试应用、总结归纳、融会贯通等教学环节。endprint

（1）设计微课聚焦问题

以问题或教学任务为中心的教学才能促进学习者的学习，这是五星教学原理的核心思想，因此，应该把创设问题作为设计的重点，利用问题激发学习者的学习兴趣，进而引起其自主探索知识的欲望。以算法为专题进行微课程设计，就应从实际生活或各学科领域中提炼出蕴含算法原理的问题。因为会出现多个问题可以用同一算法求解的现象，所以在设计“问题”时，要注意“问题”与微课选题之间的关系，保证解决“问题”所需的所有知识点能包含在微课的整个教学任务序列中。“问题”不宜过大，也不要过小，当“问题”过大时，解决这个“问题”还要用到其他新的知识点；如果“问题”太小，则解决问题所需的知识不能覆盖微课的主要知识点。

（2）激活旧知

激活旧知旨在激活学习者先前的知识和经验，使新旧知识之间建立联系，从而为解决新问题奠定基础。可以在示证新知的过程中引导学生回忆、联系、说明和应用相关的旧知识以作为学习新知识的基础[8]，避免用简单回忆式的设问或描述来刺激和指引学生回忆旧知识。

（3）示证新知

示证新知是微课内容的主体。不同的知识类型需要设计不同的教学内容，而不同的教学内容又需要与其相匹配的呈现方式。利用算法求解问题的过程具有很强的逻辑性，教师首先根据聚焦问题引导学生思考求解方法，这实际上就是算法的一个实例化应用，进而使学生认识相关算法、了解算法的特点和适用性、掌握算法的实现步骤，最后在RAPTOR①环境中模拟用算法求解问题的过程。

（4）尝试应用

选取一个难度适中的可用算法求解的问题，根据问题设置1～2个与求解过程相关的测试题，学生提交答案后给出反馈和答案解析，同时还要给出在RAPTOR环境中用算法求解问题的过程。学生在尝试运用新知识解决问题的过程中，既可以判断自己对新知的理解和掌握程度，还可以及时纠正自己的错误认识。

（5）总结归纳

对算法的实质、求解问题的特点、关键操作以及解题技巧等进行总结归纳，做到对知识精准概括，避免只是对前面知识的简单重述。

（6）融会贯通

融会贯通既是强化学习者进一步熟练和灵活运用新知识的阶段，也是激发学习者持续巩固和迁移所学知识的重要环节[5]。由于微课时间较短，因此将持续巩固和迁移安排在程序设计类课程的实践环节完成，根据在微课中布置的思考题，让学生给出用算法求解问题的步骤，再用编程语言实现。通过这种算法思维训练，不仅让学生有机会展示自己的新知识技能，提高应用新旧知识解决实际问题的能力，还可以进行反思和自主拓展。

五、算法专题微课程教学设计实践

以递推法为例，利用基于五星教学原理的教学设计模式，以及参考文献[5]的教学设计应用模板制作一个微课，其教学设计内容详见表2。

六、结语

微课对辅助学生的课程学习有重要作用，它符合掌握学习理论，使绝大多数学生都能学会。但是孤立的、零散的或不成体系的微课很难达到这一目的，这就要求建设课程化、专题化的微课程，本文提出的算法专题微课程可以弥补程序设计类课程的不足之处，加强对学生计算思维能力的训练，并提高學生的自主学习能力。而要制作出完善的微课程不仅应重视教学原理的指导意义，不要过分追求内容的呈现形式、高难的媒体技术和华丽的界面，更需要依托团队和教学资源平台的支持。

注释：

① RAPTOR（Rapid Algorithmic Prototyping Tool for Ordered Reasoning，用于有序推理的快速算法原型工具）是一种可视化的程序设计环境，专为程序和算法设计的基础课程教学提供实验环境。采用流程图仿真的方式，可以直接运行设计成功的算法流程图。用RAPTOR的流程图方式实现算法，更加直观，使学生更容易理解算法原理。

参考文献：

[1]晋春，王敏，许琳莉等.高校课程化微课视频的设计与实践[J].现代教育技术，2016，26（3）：66-72.

[2]赵国栋，王冰一，刘京鲁.微课在高校之应用：从概念到制作技术[J].北京大学教育评论，2016，14（3）：175-187.

[3]胡铁生，黄明燕，李民.我国微课发展的三个阶段及其启示[J].远程教育杂志，2013（4），36-42.

[4]孟祥增，刘瑞梅，王广新.微课设计与制作的理论与实践[J].远程教育杂志，2014（6），24-32.

[5]刘小晶，张剑平，杜卫峰.基于五星教学原理的微课教学设计研究[J].现代远程教育研究，2015（1），82-89，97.

[6]李鹏鸽，左玉，刘志荣等.微课评价指标体系的构建与实施[J].教学与管理，2016（6）：74-76.

[7]樊雅琴，吴磊，孙东梅等.微课应用效果的影响因素分析[J].现代教育技术，2016，26（2）：58-64.

[8]魏戈.五星教学四十年——追求效率、效果与魅力之路[J].开放教育研究，2012（6），61-69.

（编辑：郭桂真）endprint