大學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競賽相關(guān)課程的教學(xué)改革

楊玉軍

(懷化學(xué)院 計(jì)算機(jī)工程系，湖南 懷化 418008)

大學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競賽相關(guān)課程的教學(xué)改革

楊玉軍

(懷化學(xué)院 計(jì)算機(jī)工程系，湖南 懷化 418008)

為培養(yǎng)學(xué)生全方位多角度分析問題和解決實(shí)際問題的能力，促使和調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，本文提出一種基于大學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競賽的課程教學(xué)體系，將大學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競賽機(jī)制引入到相關(guān)課程的常規(guī)教學(xué)中，改變了課程的傳統(tǒng)授課方式和教學(xué)形式.經(jīng)過4年的改革嘗試，實(shí)踐結(jié)果表明，這樣的教學(xué)模式能夠培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的實(shí)踐能力，最終達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生全方位多角度分析問題和解決實(shí)際問題的能力.

課程教學(xué)改革; 全方位多角度分析問題; 自主學(xué)習(xí)能力; 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競賽

0 引言

在把美國計(jì)算機(jī)協(xié)會(ACM)舉辦的大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競賽(ACM/ICPC)引入我國高校后，我國大學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競賽就此應(yīng)運(yùn)而生了[1].大學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競賽有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和團(tuán)隊(duì)合作能力，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S能力和全方位多角度分析問題的能力，最終達(dá)到提高學(xué)生運(yùn)用知識解決實(shí)際問題的能力和實(shí)踐能力[2].競賽充分利用了有限的教學(xué)資源和人才優(yōu)勢，因材施教，其授課方式或訓(xùn)練形式與常規(guī)課程的教學(xué)有顯著的不同，成功的學(xué)科競賽授課方式和培訓(xùn)形式應(yīng)用于常規(guī)教學(xué)將大大提高相關(guān)課程的教學(xué)質(zhì)量和效果[3-7].

2005年湖南省計(jì)算機(jī)教學(xué)委員會首次引進(jìn)國際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競賽，并舉辦第一屆湖南省大學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競賽，以后每年舉行一次.自2005年以來，通過多年的競賽培訓(xùn)，不斷地探索和嘗試了各種方法，積累了一些經(jīng)驗(yàn)，并取得了較為滿意的成績.結(jié)合大學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競賽規(guī)則和在線培訓(xùn)系統(tǒng)，并逐步將競賽培訓(xùn)方法和經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到常規(guī)課程教學(xué)中，如：“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、“C++程序設(shè)計(jì)”、“Java語言程序設(shè)計(jì)”、“計(jì)算機(jī)算法分析”、“C語言程序設(shè)計(jì)”等.在保證學(xué)生課程常規(guī)教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的同時(shí)，提高他們的多角度分析問題的能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和解決實(shí)際問題的能力.

1 基于大學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競賽的課程教學(xué)體系

要想在國際ACM/ICPC或湖南省大學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競賽中取得較好的成績，學(xué)生除了需要深入掌握各種計(jì)算機(jī)算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的知識外，還需要擁有扎實(shí)的數(shù)學(xué)知識和較好的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)能力，包括計(jì)算幾何、數(shù)論和組合數(shù)學(xué)等數(shù)學(xué)知識，熟練使用C語言程序設(shè)計(jì)、C++語言程序設(shè)計(jì)、Java語言程序設(shè)計(jì)中至少一種程序設(shè)計(jì)語言，并具備多角度全方位分析問題的能力.大學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競賽的培訓(xùn)采用模塊化的教學(xué)方法，把培訓(xùn)內(nèi)容分成很多個(gè)知識模塊，集中幾天完成一個(gè)模塊的教學(xué)和訓(xùn)練，反復(fù)練習(xí)、講解和討論，以最快的速度讓學(xué)生理解、掌握和靈活應(yīng)用該模塊的知識.為了提高效率，一般在具有自動評判能力的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)在線評判系統(tǒng)(Online Judge)上進(jìn)行日常訓(xùn)練，把一個(gè)或多個(gè)考察的知識點(diǎn)擬成題目，每個(gè)題目參照競賽規(guī)則具有特定格式和實(shí)際問題背景.學(xué)生通過全面的思考后完成解決問題的程序代碼設(shè)計(jì)，認(rèn)為正確后在線提交程序代碼，計(jì)算機(jī)在線評判系統(tǒng)會自動編譯該代碼，運(yùn)行并評判運(yùn)行結(jié)果是否正確，并立即給出評判結(jié)果.計(jì)算機(jī)在線評判系統(tǒng)提供了一個(gè)全天候的練習(xí)和學(xué)習(xí)平臺，學(xué)生可以在任何自由時(shí)間內(nèi)聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)和練習(xí)，不受時(shí)間和空間的限制，可以迅速掌握各種相關(guān)算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等知識，并能提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和解決實(shí)際問題的程序設(shè)計(jì)能力.

圖1 基于程序設(shè)計(jì)競賽的課程教學(xué)體系

基于大學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競賽的課程教學(xué)體系如圖1所示，該體系以大學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)在線評判系統(tǒng)為核心，在課程的常規(guī)教學(xué)中嵌入具有實(shí)際問題背景的程序設(shè)計(jì)競賽題目，以分析和講解競賽題目引入常規(guī)教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，課程的實(shí)踐教學(xué)完全以程序設(shè)計(jì)競賽的形式開展，每次實(shí)訓(xùn)課以比賽的形式安排一次實(shí)訓(xùn)練習(xí)，要求學(xué)生在上課期間完成比賽，并實(shí)時(shí)顯示做題情況，實(shí)時(shí)反映上課班級學(xué)生做題成績的排名，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在的問題，以便下次上課時(shí)有目的地分析和解決學(xué)生普遍存在的問題;同時(shí)把各個(gè)知識點(diǎn)分布在每一個(gè)競賽的題目中，通過分析比賽結(jié)果，更加精確地統(tǒng)計(jì)學(xué)生對每個(gè)知識點(diǎn)的掌握程度，同時(shí)可以對多位學(xué)生的解題思路進(jìn)行綜合匯集，給出某個(gè)實(shí)際問題的多種解題方法，開闊學(xué)生的視野，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維和全方位多角度分析問題的能力.通過分析學(xué)生普遍存在的問題進(jìn)一步反饋到課程的理論教學(xué)中，可以非常清楚地確定課程教學(xué)的實(shí)際重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容.在課程外拓展學(xué)習(xí)方面，對計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競賽感興趣且有較好基礎(chǔ)的學(xué)生組成競賽參賽預(yù)備隊(duì)，參加每周的課外培訓(xùn)訓(xùn)練，講解更加全面和深入的內(nèi)容，使學(xué)生深入理解相關(guān)內(nèi)容和解題方法，學(xué)生也可以通過自學(xué)和互相討論接受更多的知識和更廣泛的指導(dǎo).

在基于大學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競賽的課程教學(xué)體系中，大學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競賽和常規(guī)課程教學(xué)相輔相成、相互促進(jìn).學(xué)生在常規(guī)課程學(xué)習(xí)的過程中，通過大學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競賽及其訓(xùn)練形式，激發(fā)其運(yùn)用課程知識分析和解決實(shí)際問題的興趣，培養(yǎng)其全方位多角度分析和解決問題的實(shí)踐能力，從而更好地理解、掌握和靈活應(yīng)用課程知識；同時(shí)在常規(guī)課程教學(xué)中實(shí)施大學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競賽教學(xué)方法和訓(xùn)練形式，有利于課程常規(guī)教學(xué)的規(guī)范管理，提高教學(xué)效率和效果，同時(shí)也能盡早地發(fā)現(xiàn)適合大學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競賽的參賽選手，以便日后加以培養(yǎng).

2 基于大學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競賽的課程教學(xué)實(shí)踐

2.1 競賽相關(guān)課程改革

依托我校大學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競賽培訓(xùn)，對“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、“C++程序設(shè)計(jì)”、“Java語言程序設(shè)計(jì)”、“計(jì)算機(jī)算法分析”、“C語言程序設(shè)計(jì)”和“ACM程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”等課程常規(guī)教學(xué)過程進(jìn)行了改革，其改革路線圖如圖2所示.

圖2 競賽相關(guān)課程教學(xué)改革路線圖

課程教學(xué)改革路線圖簡單描述如下：(1)構(gòu)建程序設(shè)計(jì)競賽典型賽題或根據(jù)競賽規(guī)則自擬有代表性的題目，即精選部分競賽題目進(jìn)行修改后，將其作為課程常規(guī)教學(xué)中的實(shí)例，通過典型賽題的分析和講解，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用課程知識來分析和解決實(shí)際問題的能力；(2)深入研究課程常規(guī)教學(xué)中的實(shí)訓(xùn)大綱，將實(shí)訓(xùn)課分解為多個(gè)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競賽賽題，引入實(shí)際問題背景，使其既符合大綱要求，又符合競賽規(guī)則，形成標(biāo)準(zhǔn)競賽題目，并適合在計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)在線評判系統(tǒng)中進(jìn)行自動評判；(3)在課程教學(xué)進(jìn)程中極容易發(fā)現(xiàn)優(yōu)秀學(xué)生，并勸導(dǎo)其加入“競賽預(yù)備隊(duì)”，跟蹤與培養(yǎng)這些優(yōu)秀學(xué)生，還可以讓其成為課程教學(xué)的有力幫手；(4)推薦這些優(yōu)秀學(xué)生參加各級大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競賽，通過舉辦校級比賽和月賽，逐漸讓班上其他學(xué)生發(fā)現(xiàn)和認(rèn)可這些優(yōu)秀學(xué)生，并以此為榜樣帶動班級其他學(xué)生進(jìn)行課外學(xué)習(xí)，進(jìn)一步深化課程的教學(xué)，培訓(xùn)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和解決實(shí)際問題的綜合能力.

課程常規(guī)教學(xué)中的每項(xiàng)實(shí)訓(xùn)課題均被改造為10至20道計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競賽題目，每門課程要求設(shè)計(jì)600題以上，讓學(xué)生在課外完成，并要求每位學(xué)生一個(gè)學(xué)期至少完成100題，優(yōu)秀學(xué)生完成300題以上，否則影響課程成績，通過要求學(xué)生多做題目來完善其課程知識結(jié)構(gòu).

2.2 問卷調(diào)查和效果分析

為檢驗(yàn)基于大學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競賽的課程教學(xué)改革的實(shí)施效果，在2009和2010級計(jì)算機(jī)專業(yè)必修課程“計(jì)算機(jī)算法分析”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”及“C語言程序設(shè)計(jì)”等改革課程的學(xué)生中進(jìn)行了問卷調(diào)查，共發(fā)放問卷624份，收回有效問卷596份，調(diào)查內(nèi)容包括:(1)對課程引入程序設(shè)計(jì)競賽機(jī)制的課程教學(xué)是否滿意?(2)對課程引入程序設(shè)計(jì)競賽的實(shí)例是否偏難?(3)對引入程序設(shè)計(jì)競賽的題目是否能培訓(xùn)多角度分析問題的能力；(4)基于程序設(shè)計(jì)競賽的教學(xué)模式能否培養(yǎng)動手能力；(5)基于程序設(shè)計(jì)競賽的教學(xué)模式中競賽式課內(nèi)實(shí)訓(xùn)是否更加有趣，易于培養(yǎng)在壓力下自助學(xué)習(xí)的能力和競爭意識；(6)基于程序設(shè)計(jì)競賽的實(shí)訓(xùn)教學(xué)能否培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作意識和協(xié)作學(xué)習(xí)意識；(7)基于程序設(shè)計(jì)競賽的教學(xué)模式是否不僅能學(xué)到課本上的理論知識，而且能與實(shí)際問題相結(jié)合；(8)基于程序設(shè)計(jì)競賽的教學(xué)模式是否起點(diǎn)太高，不容易上手；(9)在課程教學(xué)中引入競賽機(jī)制是否對學(xué)習(xí)有幫助；(10)是否希望將基于程序設(shè)計(jì)競賽的教學(xué)模式運(yùn)用在后續(xù)相關(guān)課程的教學(xué)中.

調(diào)查結(jié)果表明:學(xué)生充分肯定了在“計(jì)算機(jī)算法分析”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”及“C語言程序設(shè)計(jì)”等課程教學(xué)中引入程序設(shè)計(jì)競賽機(jī)制后的好處：(1)91.1%的被調(diào)查者認(rèn)為對課程引入程序設(shè)計(jì)競賽機(jī)制的課程教學(xué)比較滿意；(2)19.6%的被調(diào)查者認(rèn)為對課程引入程序設(shè)計(jì)競賽的有些實(shí)例偏難；(3)83.4%的被調(diào)查者認(rèn)為對引入程序設(shè)計(jì)競賽的題目能培訓(xùn)多角度分析問題的能力；(4)79.7%的被調(diào)查者認(rèn)為基于程序設(shè)計(jì)競賽的教學(xué)模式能培養(yǎng)動手能力；(5)90.8%的被調(diào)查者認(rèn)為基于程序設(shè)計(jì)競賽的教學(xué)模式中競賽式課內(nèi)實(shí)訓(xùn)更加有趣，易于培養(yǎng)在壓力下自助學(xué)習(xí)的能力和競爭意識；(6)69.1%的被調(diào)查者認(rèn)為基于程序設(shè)計(jì)競賽的實(shí)訓(xùn)教學(xué)能培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作意識和協(xié)作學(xué)習(xí)意識；(7)65.3%的被調(diào)查者認(rèn)為基于程序設(shè)計(jì)競賽的教學(xué)模式不僅能學(xué)到課本上的理論知識，而且能與實(shí)際問題相結(jié)合；(8)29.4%的被調(diào)查者認(rèn)為基于程序設(shè)計(jì)競賽的教學(xué)模式起點(diǎn)太高，不容易上手；(9)87.2%的被調(diào)查者認(rèn)為在課程教學(xué)中引入競賽機(jī)制對學(xué)習(xí)有幫助；(10)71.8%的被調(diào)查者認(rèn)為希望將基于程序設(shè)計(jì)競賽的教學(xué)模式運(yùn)用在后續(xù)相關(guān)課程的教學(xué)中.分析調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)成績好的學(xué)生100%希望采用程序設(shè)計(jì)競賽的教學(xué)方式進(jìn)行教學(xué)，避免學(xué)生死記課本上的知識內(nèi)容而不會理解應(yīng)用，比賽的規(guī)則迫使他們深入學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容，進(jìn)一步訓(xùn)練其具有全方位多角度分析問題的能力；與此同時(shí)卻發(fā)現(xiàn)成績差的學(xué)生中，有70%以上的學(xué)生反對這種方式，也許是采用這種方式后，成績評定更加公平和客觀，這些學(xué)生無法得到好成績，甚至考試不及格的原因.近期隨機(jī)調(diào)查了2007、2008和2009級畢業(yè)的部分優(yōu)秀學(xué)生，從調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)幾乎都認(rèn)為這樣的方式很好，對就業(yè)后的個(gè)人發(fā)展非常有利，能承擔(dān)起企業(yè)軟件項(xiàng)目的重要任務(wù)和核心工作，有很多后悔沒有加入程序設(shè)計(jì)競賽隊(duì)培訓(xùn)、沒有機(jī)會把知識學(xué)透學(xué)精；同時(shí)也共同指出對剛開始的學(xué)生或基礎(chǔ)差的學(xué)生入門有點(diǎn)困難，需要一段時(shí)間的幫帶著學(xué)習(xí)，只憑任課教師來輔導(dǎo)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，建議組建懷化學(xué)院大學(xué)生ACM程序設(shè)計(jì)協(xié)會，希望每周給大一、大二的學(xué)生開課輔導(dǎo)，解決入門的常見問題.在綜合考慮了各方因素后，于2013年上半年組建了懷化學(xué)院大學(xué)生ACM程序設(shè)計(jì)協(xié)會，每周休息日安排2次免費(fèi)上課輔導(dǎo)，上課安排在周六或周日，每次3-4小時(shí)，上課教師由大學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競賽教練老師和獲省級三等獎以上或國際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競賽亞洲賽區(qū)獲獎的學(xué)生擔(dān)任，經(jīng)過一年的嘗試，目前已經(jīng)取得了較好的效果，具體結(jié)果待該方法實(shí)踐2年后才能統(tǒng)計(jì)分析.

3 結(jié)束語

基于大學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競賽的課程教學(xué)模式將程序設(shè)計(jì)競賽的比賽規(guī)則與競賽培訓(xùn)的授課方式和訓(xùn)練形式引入到課程的常規(guī)教學(xué)中，適合于與競賽相關(guān)的課程，如“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、“C++程序設(shè)計(jì)”、“Java語言程序設(shè)計(jì)”、“計(jì)算機(jī)算法分析”、“C語言程序設(shè)計(jì)”和“ACM程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”等計(jì)算機(jī)專業(yè)課程，這種教學(xué)模式能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和競爭意識，能夠鍛煉學(xué)生的多角度分析問題的能力和實(shí)踐動手能力，同時(shí)可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識和自主學(xué)習(xí)的能力，提高他們學(xué)習(xí)的積極性和效率，達(dá)到熟練掌握課程主要內(nèi)容的目的.目前只針對與程序設(shè)計(jì)競賽相關(guān)的6門計(jì)算機(jī)專業(yè)課程進(jìn)行了小范圍的改革與探索，沒有涉及到其它課程，希望通過嘗試形成成功經(jīng)驗(yàn)后再逐步推廣到其它課程.從問卷調(diào)查和結(jié)果分析顯示該教學(xué)模式在保證學(xué)生常規(guī)教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的同時(shí)，提供了客觀公平有效的考核方式，促使和調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高了學(xué)生全方位多角度分析問題和解決實(shí)際問題的能力等方面取得了較好的成效.

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TheTeachingReformofCollegeCoursesRelatedtoComputerProgrammingContest

YANG Yu-jun

(DepartmentofComputerEngineering,HuaihuaUniversity,Huaihua,Hunan418008)

To develop students more comprehensive perspective of the ability to analyze and solve practical problems,to promote and mobilize the enthusiasm of students,we propose a system based on college teaching computer programming contest,college students will be introduced to computer programming competition mechanism conventional teaching related courses,and changed the way the traditional curriculum and teaching in the form of lectures,after four years of reform attempts,practice teaching model results show that this can foster students' ability to learn,to stimulate student interest in learning,improve their practical ability to ultimately achieve all-round ability of students to analyze problems and multiple perspectives to solve practical problems.

teaching reform; comprehensive multi-angle analysis of the problem; self-learning ability; computer programming contest

2014-05-04

懷化學(xué)院教改項(xiàng)目“基于創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力培養(yǎng)的模塊化教學(xué)模式在學(xué)科競賽中的實(shí)踐研究——以大學(xué)生程序設(shè)計(jì)學(xué)科競賽教學(xué)為例”(201125)；湖南省第十屆教學(xué)成果三等獎“以學(xué)科競賽為平臺,計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生實(shí)踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式的探索與實(shí)踐”(湘教通【2013】541號).

楊玉軍，1978年生，男，湖南邵陽人，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競賽.

G642.3

A

1671-9743(2014)11-0090-04