依托程序設計競賽,提高計算機專業學生培養質量

袁國武 趙 楊 趙征鵬 楊澤榆

摘要:程序設計能力是計算機專業學生最重要的能力之一。本文總結過去幾年組織學生開展程序設計競賽的經驗,探索出一條運用程序設計競賽提高學生程序設計能力的新途徑,從而可為提高計算機專業學生的培養質量,進一步拓寬創新素質教育提供參考。

關鍵詞:程序設計;競賽;教學改革;素質教育

中圖分類號:G642 文獻標識碼:A

目前,各高等院校積極組織學生參加各種學科競賽,把各種學科競賽活動看作是提高學生培養質量的重要措施和手段。其中,大學生程序設計競賽是目前在我國高校中影響范圍、參與程度和競賽水平等方面都處于前列的競賽項目之一。本文將探討怎樣依托于程序設計競賽,提高計算機專業學生程序設計的能力,從而提高計算機專業學生培養的質量。

1計算機專業學生程序設計能力的重要性

計算機專業作為實踐性很強的工科專業,本科學生無論畢業后踏上工作崗位,還是繼續進行研究生的學習,程序設計能力的高低始終是衡量一名計算機專業學生能力高低的最重要指標,是影響學生今后發展的一項重要的技能。

程序設計不僅需要掌握一定的基礎知識,同時還需要具備嚴謹的邏輯思維能力,對培養學生的創造性大有好處。程序設計需要程序設計語言基礎、數據結構、算法設計與分析等多門課程的支持,學習過程枯燥、難懂、持續時間長,特別在程序調試階段,大部分學生沒有興趣和耐心去查找錯誤。很多學生都反映程序設計語言難學,程序更難編寫,這些學生往往拷貝他人源代碼應付檢查,非常不利于教學質量的提高。

但是,計算機學科是一門應用學科,利用計算機解決現實存在問題的關鍵就在于是否能設計出相應的軟件產品。據統計,我國擁有計算機本科專業的高等院校達到500余所,約占全國679所本科院校的75%,在校學生約27萬余人,約占理工科在校生總數的14.6%,計算機專業在單個專業的設點數和單個專業的在校生總人數方面都位居全國本科專業之首。但是,以此形成鮮明對比的是,我國軟件設計開發人員缺乏,特別是高級人才嚴重缺乏。背后的原因很多,但是,最重要的一點,就是我們的學生程序設計能力不高,本科學生培養質量有問題。因此,提高學生的程序設計能力,是提高計算機專業學生培養質量的關鍵一步。

2鼓勵學生參加程序設計競賽,提升學生的程序設計能力

要提高學生程序設計的能力,除了學習相關理論課程外,花大量時間去練習是必不可少的。對于大多數學生來說,程序設計難度大,枯燥無味,對上機編程練習的興趣不高,寧愿把時間花在打游戲、上網等娛樂活動上,也不愿意上機練習編程。

程序設計競賽試題從現實生活中抽象出來,涉及數據結構、算法設計與分析、組合數學、人工智能、計算幾何等多學科領域知識,有些問題沒有統一的最優解法,要求參賽者在限定的時間內,綜合運用所學知識對問題進行認真分析、研究、歸納、整理,進行抽象化、模型化,并經過編程調試、提交測試等嚴格步驟完成競賽,有相當難度。程序設計競賽體現了對計算機專業學生的素質教育,能培養學生的創造能力,培養學生的綜合能力,激勵學生的創新能力,培養學生的科學素質,鍛煉學生的心理素質,提高學生的團隊素質。因此,開展程序設計競賽,能提升學生的程序設計能力,也能提升學生運用各個方面知識解決問題的能力。

但是,要在程序設計競賽中取得好的成績,學生僅僅有興趣是遠遠不夠的,還必須經過長時間的艱苦訓練。要使學生做到這些,需要運用合理的激勵機制,對參賽學生進行正確的引導。管理學中的馬斯洛需求層次理論對參賽學生激勵機制的形成具有重要的指導意義。

馬斯洛需求層次理論認為,人的需求分為生理、安全、社交、尊重和自我實現五個層次;人的行為受到需求的影響和驅動,但是只有尚未滿足的需求才能影響人的行為;人的行為是由主導需求決定的,對人的行為方向起決定作用的就是這個人在這一時期的主導需求。大學生在父母和學校的支持下,生理、安全、社交和尊重這幾個層次的需求,在這一階段暫時得到基本滿足,他們的主導需求是畢業后早日自我實現。又因為想參加競賽的學生往往是同齡人中的高素質群體,自我實現的需求更為強烈。那么大學生通過何種方式來自我實現呢?主要有兩種途徑:畢業后從事自己理想的職業,在工作中實現自我;畢業后攻讀研究生,在學習和科研中實現自我。學校可以通過程序設計競賽來引導計算機專業學生實現自我,對參賽學生形成有效的激勵機制。

除了通常的物質獎勵外,最重要的是體現在其畢業后的去向上。對于畢業后打算找工作的學生,可以通過學校、學院的推薦和引導,使工作單位優先錄用競賽中成績優異的學生;對畢業后計劃攻讀研究生的學生,讓在競賽中獲得一定等級以上的學生獲得免試攻讀碩士研究生的資格。這種激勵機制可以使很多有專業特長的學生自發地、積極地參加競賽并努力爭取好的成績。

3程序設計競賽的組織與培訓

要取得程序設計競賽的好成績,就要挑選挑選并組織一支高素質的學生隊伍,并科學訓練,不斷提高訓練水平。

我們首先對學生進行宣講,介紹各種學科競賽,其中最重要的就是程序設計競賽和數學建模競賽,并播放往年到外地參賽的圖片,介紹參賽獲獎隊員被保送研究生和推薦到較好的工作單位的情況,并找一些具有代表性的賽題給學生進行初步的了解,提供競賽介紹、賽題下載的網址,給一周的時間讓學生進行報名。

我校的計算機專業已經開設了“數學實驗”作為必修課,能讓學生學習到一些程序設計競賽和數學建模競賽中用到的一些相關知識。但是,課程時間有限,不能進行深入的指導。考慮到參加程序設計競賽和數學建模競賽的學生中,很大部分有重疊,并且兩種競賽所用的知識也有很多部分是重疊的,所以,我們把兩種競賽的培訓合到一起進行,安排在周六進行統一的培訓輔導。

合理的培訓計劃是保證程序設計競賽健康發展的關鍵。我們的整個培訓過程劃分成兩個階段:

第一,理論基礎培訓階段,根據競賽所涉及的知識,講解計算機、數學等相關的知識,拓寬參賽學生知識面,采用課堂輔導+自學方式進行。我們組織了7名非常有經驗、認真負責的指導教師,對這兩種競賽所用到的知識進行了劃分,例如:大數問題、排序、數論、計算幾何、近似算法、組合數學、搜索技術、動態規劃、圖論等等。每位指導教師選擇1～2類進行認真準備,為學生進行講解。每周布置和講解相關的題目,要求學生進行訓練。

第二,賽題實戰訓練階段,按不同知識點對歷屆典型競賽題目進行分類,對特定學生進行特定類型題目的訓練。在第一階段的練習過程中,尋找程序設計方面好的“苗子”,把這些優秀學生分為3組,每位學生在學習所有知識的同時,特意專攻2～3類問題,每組學生專攻問題盡量不交叉。參賽時,把他們進行搭配,使得3人的參賽隊伍里面,每組各有1名學生,使得對于任意的一類問題,起碼有一位學生較為精通。

鼓勵學生報名注冊參加百度之星程序設計大賽、TopCoder大學生程序設計挑戰賽等競賽。在每次競賽結束后,針對這些競賽過程中出現的問題來進一步調整培訓內容。這種邊賽邊學習的教學模式能起到事半功倍的教學效果,也能使學生堅持完成整個培訓計劃。

在培訓過程中,要注意利用國內很多高校提供的ACM競賽平臺,讓學生選擇一個平臺,在上面注冊自己的賬號,與各個高校的同行相互切磋,交流心得和體會,這會使學生感到自我實現的成就感。經過培訓,做了一些上機練習題后,這些學生的程序設計能力會有質的提高。

4在國內可參加的程序設計競賽介紹

近年來,國內舉行的程序設計相關競賽主要有以下幾種。

(1)ACM國際大學生程序設計競賽(ACM/ICPC):由ACM(Association for Computing Machinery,美國計算機學會)主辦,是世界上規模最大和水平最高的國際大學生程序設計競賽,其目的旨在使大學生運用計算機來充分展示自己分析問題和解決問題的能力。該項競賽從1970年舉辦至2008年已歷30余屆,近10年來該競賽由IBM贊助。ACM/ICPC競賽分區域預賽和國際決賽兩個階段,其中區域預賽規模大、范圍廣,2008年有來自83個國家(地區),1821所大學的6700大學生代表隊參加了各大洲的區域賽,以爭奪參加全球總決賽的100個名額。中國內地共設置5個區域賽賽區。

(2) 百度之星程序設計大賽:由百度公司發起,創辦于2005年,旨在為廣大程序設計愛好者搭建一個比試身手、切磋交流的平臺。2009年百度之星程序設計大賽是連續舉辦的第五屆。大賽每年邀請喜歡發掘最佳算法和數據結構,以解決各種挑戰性問題的程序員高手參與其中,業已成為中國互聯網規模最大最具影響力的程序設計大賽。

(3)TopCoder大學生程序設計挑戰賽:TopCoder成立于2001年,每年TopCoder都會舉辦若干幾個編程競賽和錦標賽,并會不定時的在各個高校舉行巡回賽。比賽形式均為網上在線比賽。

(4)iGoogle中國大學生創新設計大賽:由Google舉辦,iGoogle 中國大學生創新設計大賽旨在通過富有創意的中國大學生的參與,依循iGoogle API標準,促進軟件應用開發,為用戶提供更加豐富的內容和改進用戶體驗。

(5)Sun Java程序設計PK大賽:由希賽教育主辦,Sun中國培訓部協辦,旨在為廣大Java程序愛好者搭建一個小試身手、切磋交流的平臺。本賽事分為兩組:初級Java比賽和高級Java比賽。

(6)NVIDIA(英偉達)CUDA校園程序設計大賽:由NVIDIA中國公司和CSDN主辦,CUDA(Compute Unified Device Architecture,統一計算架構)是建立在GPU基礎之上的通用計算開發平臺,它是一個全新的軟硬件架構,可以將GPU視為一個并行數據計算的設備,對所進行的計算進行分配和管理,計算難題。利用CUDA能夠充分的將GPU的高計算能力開發出來,并使得GPU的計算能力獲得更多的應用。

(7)“英特爾杯”全國計算機多核程序大賽:由清華大學、863高性能計算機評測中心主辦,英特爾(中國)有限公司協辦。主要面向在校學生、軟件工程師、以及廣大的計算機愛好者。此次競賽的主要目的,是推動國內的學生和軟件工程師使用英特爾公司最新的 Parallel Studio 軟件開發套件來簡化多線程編程,提升在多核平臺上并行程序設計與優化的能力。

這些競賽中,以ACM國際大學生程序設計競賽級別最高,歷史最悠久,是最值得參加的競賽,是我們關注的重點。這種競賽的賽題風格和方向都有所區別,可根據具體的情況選擇3～4種參加。

5結語

組織學生參加程序設計競賽,能為學校爭得一些榮譽,提高學校的知名度。但是,更為重要的是通過給學生搭建參賽的實踐平臺,培養學生的程序設計能力,使學生能更好地將理論與實踐緊密結合,動手能力、創造能力和協作能力得到提高。從而提高計算機專業學生的培養質量。我們仍然需要堅持不懈的努力和探索,才能進一步挖掘和開發程序設計競賽在計算機專業人才培養中的作用,使創新人才培養取得豐碩成果。

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Depending on the Programming Competition and Improving the Quality of the

Students Majored Computer Science and Technology

YUAN Guo-wu1, ZHAO Yang2, ZHAO Zheng-peng1, YANG Ze-yu1

(1. School of Information Science and Technology, YunNan University, KunMing 650091, China; 2. School of Computer and Information Science and Technology, YunNan Normal University, KunMing 650092, China)

Abstract: Programming capability is one of the most important ability to the students majored in computer science and technology. The participation experiences over the past years programming contest are summed up in this paper, and a new way to enhance the students ability by participate a wide range of domestic and international programming contest is explored. It is very useful method for teachers to improve computer science students in the cultivation of quality and to broaden the innovation education for all-around development.

Key words: programming; competition; teaching reform; education for all-around development