计算机专业本硕博多层次互动式教学研究

1、 计算机专业本硕博多层次互动式教学研究 王小明，刘 丁，李成博，卢俊岭，吴三斌，付 红，白东亮，王 栋(陕西师范大学 计算机科学学院，陕西 西安710061)摘 要：在教学实践基础上，创新地提出一种计算机专业“本硕博多层次互动式教学模式”。通过硕士和博士研究生加入本科教学环节，采用多层次学生互动教学形式，对传统计算机教学及考评方式进行了改进。期望此模式对计算机专业免费师范生培养具有一定借鉴作用。关键词：多层次教学；互动式教学；教学模式；计算思维2007年，为鼓励更多优秀大学生投身基础教育，国家在六所部属师范大学施行了免费师范生计划。免费师范生计划促使大量优秀毕业生踊跃投身基础教育，立志为国家教

2、育事业贡献力量。免费师范生的培养目标是面向基层，尤其是教育欠发达地区的优秀中小学教师培养。免费师范生从教的核心工作是利用先进的教学理念和方法培养学生，从而提高国民教育素质。创新型社会需要教师培养创新型人才，而对于以培养教师为己任的师范大学来说，如何培养“创新型教师”是教学的关键所在。计算机学科的特点决定了其教学内容和手段都在不断的革新和变化中，计算机专业免费师范生的培养，面临着更大的挑战。以本科“算法设计与分析”课程为例，我们发现大部分学生把本课程看成理论课学习，对算法设计思想死记硬背，而非灵活运用，缺乏一定的计算思维能力。另外，本门课程有些算法过于抽象，学生不易理解。这就要求教师思考如何提高

3、学生的思维能力，如何探索其他有效的教学模式或手段使学生更容易理解所学知识等问题。本文以笔者讲授的本科算法设计与分析课程教学实践为例，创新性地提出一种教学模式“本硕博多层次互动式教学”。1 “算法设计与分析”互动式教学模式针对免费师范生培养目标的要求，在算法设计与分析课程教学中，提出“本硕博多层次互动式教学”模式，即在传统面向教师、学生的教学模式基础上，将硕士和博士研究生引入本科教学实践，通过3个学历层次学生的互动，改变传统教学模式不足，进而改变学生的思维模式。“互动式教学”是本模式的核心。具体来说，在算法设计与分析课堂教学中，打破传统教学模式，授课对象以本科生为主，同时引入硕士和博士研究生，教

4、师在课堂预留一定时间，针对本课程一些有难度的问题(如算法复杂度分析、汉诺塔问题、n皇后问题、背包问题等)，通过3个层次学生交流和讨论，使本科学生对教学难点有更加深入的思考和全面的理解；在课程辅导环节中，每位研究生辅导一定数量(1520名)的本科生，定期以研究小组为单位帮助本科生解决课堂疑问、专业学习、算法程序调试和生活等问题；在课后时间，教师、研究生和本科生可通过我们开设的教学网站(在此模式下，本科生和研究生同时获益。对于本科学生，首先，可提高学习兴趣。在以往教学中，学生习惯了“教师讲，学生听”的教学模式，这种“灌输式”的教学不利于激发学习的积极性和主动性，引入多层次学生互动学习模式，可打破以

5、教师为中心的传统授课形式，从而提高学生的学习兴趣。其次，可加强学生对学科前沿问题的了解。目前在高校中，由于培养目标和教学形式的不同，本科生和研究生很少有机会交流。通过本科生与研究生的互动，本科学生不但可以了解研究生的学习和生活情况，同时还可以获知本学科最新的前沿研究问题，从而拓宽专业知识面。最后，能使学生更好地进行课程学习。通常学生对课堂上不理解的内容，课后往往出于“羞怯”等原因，很少能主动向老师请教。为此在本模式课后辅导环节中，可让研究生帮助本科生答疑解惑。在这种模式下，研究生也是有收获的。第一，可加深对教学更深层次的理解和训练。研究生培养目标不单是科研能力的提升，同时还要培养较强的语言表达

6、能力。通过参与本科教学实践，可使研究生切身体会到如何阐述问题、讲解问题，使听者明其意。第二，通过课后辅导本科学生，可打破研究生传统的思维方式。研究生可以体会到本科学生认知问题、求解问题过程中的不足，进而会反思自己在认知和学习过程中是否存在同样的问题，达到思维方式的提升。本模式具有一定创新性。通过将研究生引入本科教学实践，克服了目前国内大学本科“大班教学”的授课弊端，研究生以研究小组为单位，有针对性地辅导本科学生，能够取得和国外“小班教学”相同的效果。同时，通过本硕博三个层次学生讨论、交流的形式，可最大限度地激发学生的个性和能力。2 教学方法和手段在“本硕博多层次互动式教学模式”指导下，我们采取

7、了以下教学措施。1) 计算思维的培养是教学重点。计算思维是目前国际计算机界广为关注的一个重要概念1-2。美国卡内基?梅隆大学计算机科学系教授周以真认为：计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解的涵盖了计算机科学之广度的一系列思维活动1。计算思维的最终归宿点简单可描述为，培养“计算机人”。为此我们在教学中，不能仅仅停留在知识的讲授层面，更多应思考的是，如何将计算机学科的方法论“传授”给学生，比如抽象能力、思维层次性、思维清晰性和计算机解决问题的方式(比如递归思维、问题分解、启发推理等)。2) 以“问题研究”为牵引，提升学生综合能力。课程学习不是教学最终目的，如何通

8、过对教学难点和问题的分析和讲解，培养学生的整体素质，才是教学成功的关键所在3。只有学生理解了能力培养目标后，才会避免出现“死记硬背”的现象。例如，在讲解某一算法时，首先让学生明白要解决什么问题，通过学生对该问题的讨论，逐渐培养学生语言表达能力；通过研究报告的撰写，培养学生文字表达能力；在分析算法基础上，鼓励学生上机实现算法，利用仿真工具计算算法的复杂度，从而培养学生的动手能力等。3) 以研究小组为载体，“本硕博”学生互动式学习。参与“本硕博”互动教学的有2名博士研究生和4名硕士研究生，每名研究生有针对性地辅导1015名本科学生。辅导内容涵盖课程教学内容、课后习题及学习生活等诸多问题。辅导周期以

9、星期为单位，辅导内容视学生学习状况而定。不同层次学生的交流，有利于打破本科学生对研究生的神秘感，有利于本科学生更好地进行课程学习，有利于学生提升对本专业的学习兴趣。4) 先进现代教学手段的运用。以多媒体为代表的现代教学手段具有很多优势，主要特点是直观、生动、信息量大，可动态模拟算法的执行过程，提高学生学习兴趣。例如，n皇后和汉诺塔的解题过程相对烦杂，利用多媒体课件就比较容易展现过程步骤，使来自www.lw5u.com学生加深理解和记忆。另外，我们开设了课程网站( asp)，网站配套课程资源、教师和研究生研究状况信息、电子教案及师生互动模块。所有课件均在网站上发布，学生可随时上网查看，方便学生自

10、学、复习。在师生互动模块中，学生可以和教师网上交流，从网站运行后的反馈来看，通过课堂和网站的来自www.lw5u.com结合，教学效果有较大提高。3 教学考评体系现在大学课程的考评方式大多按两部分计算：一部分是平时作业、上课提问及出勤情况，占总成绩的比例为20%30%；另一部分是闭卷考试成绩，占总成绩的比例为70%80%。这样，学生为了得到尽可能高的分数，往往为得分而做作业，为得分而出勤，学习重点落在闭卷考试上，导致教学效果较差，不利于学生平时知识的学习和创新能力的挖掘。因此，有必要对现有的考核方式进行一定改进。为了克服传统考核形式的弊端，我们创新地提出考核标准，即平时成绩(平时作业、上课提问

11、及出勤情况)占总成绩比例的20%，而答辩和提交研究报告占总成绩比例的80%。研究报告依照学术论文的格式，内容为本门课程(含课后习题)某一算法的设计和实现4-5，具体包括：1)算法解决问题的阐述；2)算法设计思想和实现；3)算法复杂性分析(包括时间和空间复杂度)。研究报告的模板在教学网站上公布。具体实施时，学生以小组为单位，制作答辩幻灯片，对于所选考题，依照问题阐述、算法思想、算法分析、算法实现演示等方面进行讲解和答辩。采用这种考核方式，更有助于培养学生分析问题、解决问题能力，创新能力，语言表达能力和文字表达能力。考虑学生能力的差异，采取组内“阶梯出题，异化得分”的考核策略，即同一研究小组内，算

12、法题目有不同的难易度区分，考核时根据不同题目的难易度，依照评分标准，由教师和研究生商议给出相应成绩。4 结语本文针对计算机专业免费师范生的培养目标，创新性地提出一种“本硕博多层次互动式教学”模式，对教学方法、教学手段及考评方式进行了有效改进和补充。通过对陕西师范大学2007级计算机专业免费师范生的教学实践，从教学网站留言板反馈结果来看，学生对教学改革模式、教学方法、教师和研究生的责任心等方面都给予了肯定。为了客观地评估多层次互动式教学实践结果，我们在教学网站上制作了学生听课调查问卷表，调查结果(图1)表明：“本硕博多层次互动式教学模式”改革是成功的。此模式还需进一步在今后的教学实践中不断完善，

13、期望能对国家免费师范生的培养具有一定借鉴作用。参考文献：1 wing j m. computational thinking and thinking about computingeb/ol. 2010-3-23. / wing/publications/wing08a.pdf.2 董荣胜,古天龙. 计算思维与计算机方法论j. 计算机科学,2009,36(1):1-3.3 曾希君. “任务驱动”教学法在计算机专业课教学中的应用探索j. 计算机教育,2007(9):7-9.4 吕国英. 算法设计与分析m. 北京:清华大学出版社,2009:291-294.

14、5 王晓东. 算法设计与分析习题解答m. 北京:清华大学出版社,2003:14-15.6 徐子珊. 算法设计与分析课程中的工程教育j. 计算机科学,2005,32(8):105-106.7 朱亚宗. 论计算思维j. 计算机科学,2009,36(4):53-55.8 刘波. “算法设计与分析”教学探讨j. 高等理科教育,2007(4):78-80.参考文献：1 wing j m. computational thinking and thinking about computingeb/ol. 2010-3-23. / wing/publications/wing08a.pdf.2 董荣胜,古天龙. 计算思维与计算机方法论j. 计算机科学,2009,36(1):1-3.3 曾希君. “任务驱动”教学法在计算机专业课教学中的应用探索j. 计算机教育,2007(9