面向ACM—ICPC競賽的計算機人才培養教學與實踐方法

梁冰+馮林

摘要：針對目前大學計算機學科教學與實踐在培養計算機人才上的不足，提出了以ACM-ICPC競賽為依托的計算機科學方向的理論教學內容和實踐教學方法，引入ACM-ICPC競賽注重學生思維能力和計算機實現算法的考核方式，強化以賽代練的實踐環節，培養學生的算法設計能力、編程技巧、邏輯思維能力以及良好的協作精神，實踐證明通過ACM-ICPC競賽的模式及其培訓能切實提升學生的程序設計和實現能力，培養社會真正需要的創新型計算機科學人才。

關鍵詞：計算機科學；ACM國際大學生競賽；教學方法

TP3-4；G652

一、引言

ACM國際大學生程序設計競賽（ACM International Collegiate Programming Contest，ACM-ICPC）是由美國計算機協會（ACM）主辦的，一項旨在展示大學生創新能力、團隊精神和在壓力下編寫程序、分析和解決問題能力的年度競賽。該項競賽從1970年舉辦至今已歷31屆，因歷屆競賽都薈萃了世界各大洲的頂尖計算機人才，競賽采取ACM/ICPC程序設計競賽評測系統pc2評判，實時發布各賽隊解題結果，避免人為的主觀因素的影響，ACM/ICPC競賽的公正性與公平性得到充分的肯定，備受國際上的知名大學和各著名信息技術公司如Microsoft （微軟公司）、GOOGLE、IBM 等的高度關注，成為世界各國大學生最具影響力的國際級計算機的賽事[1]。

創新實驗學院于2009年成立ACM實踐班，依托于校創新實踐基地，以培養創新人才為目標，近年來在省賽全國賽中獲得多項大獎，并于2012年獲得了我校首枚區域賽金牌[2]。目前，計算機人才培養的專業課程存在以下問題，專業課程廣度和深度都不夠，學生對算法理解的不深入。教學內容理論性強，而缺乏實際應用問題，內容枯燥，學生缺乏學習興趣。實踐教學環節時間較少，形式不夠豐富，實踐活動不具有連貫性和持續性，學生的編程能力弱。

而面向ACM-ICPC競賽的計算機科學人才培養的教學與實踐方法能夠解決以上在計算機科學人才培養上存在的不足與弊端。ACM國際大學生程序設計競賽需要參賽隊員具備數據結構、排序算法、搜索技術、數論、組合數學、搜索技術、動態規劃、計算幾何等多方面的知識。學生要想具備參加ACM-ICPC競賽的能力，需要學習大量的算法知識，而且ACM-ICPC競賽更要求算法的效率，因此學生對算法的理解更加深入。參賽學生需要要在國內外的網站的OJ系統（online judge，OJ）上完成ACM競賽涉及到的多個專題的競賽題目，一個參加ACM競賽的合格學生在一年中的編寫代碼數量至少是計算機專業同學大學4年完成的平均編程量的數十倍數百倍的量[3]。因此，ACM實踐班培養出來的計算機人才具有編程基礎過硬、算法設計能力強、邏輯思維縝密和良好的合作精神，因此在就業和保研中有著優異的表現，獲得了來及微軟、google等知名信息企業以及國內各重點院校的青睞。

二、ACM-ICPC彌補計算機教學不足

目前，大學計算機專業的教學中存在著理論教學與實踐運用的嚴重脫節。一方面，理論教學內容不能指導實踐的運用，學生掌握了理論，卻無法用計算機語言實現。計算機專業課程包括C語言程序設計、數據結構、算法設計采用筆試的方式考核學生的知識掌握能力，考試能得高分的學生，，卻不能編寫一條簡單的程序，這完全背離的計算機專業對人才培養的目標。雖然，目前，國內計算機專業的實踐環節已經得到了強化，但是實驗課程中的程序設計題目單調枯燥，考察知識點單一，實際應用意義不大，不利于學生對知識的深入理解和靈活應用，更不利于創新能力的培養。現在的實驗系統，老師對學生的編程結果的考核幾乎是不現實的，很難評價實驗課學生的編程結果，因此也不能保證學生的實驗課效果。引入ACM-ICPC競賽的PC2判題系統就可以解決以上問題，各大高校的OJ，如北大、杭電上的編程題目知識點綜合性很強，題目貼近生活且趣味性很強，同學們非常有興趣去做題，每道題目都由測試樣例，PC2系統可以自動評判程序的運行結果[4]。對程序的時間復雜度也有限制，同樣一道題目，只有效率最優的算法才能滿足題目的時間復雜度要求，這樣思考問題，才能對知識深入理解并靈活運用，這樣的編程過程能有效的培養學生的創新能力的培養和實踐能力。但目前國內的計算機專業的實踐課還尚未引入ACM-ICPC的PC2系統。

ACM-ICPC競賽內容以大學計算機學科理論課程為基礎，內容往往涉及離散數學，數據結構與算法，高等數學，高等代數，組合數學，圖論，網絡優化與線性規劃，數論，計算幾何等多個領域，一些競賽題目是多個領域知識的結合，掌握的知識需要融會貫通，才能解答出來。目前，關于計算機課程的講授還是獨立的，沒能很好的結合起來，可以通過ACM-ICPC競賽和培訓模式將多門計算機理論課內容融合起來并能夠運用于程序設計當中。

三、面向ACM-ICPC的教學實踐方法

1.ACM程序設計競賽實際問題的案例教學方法

在課程的理論教學中嵌入具有實際問題背景的ACM-ICPC賽題。ACM競賽題目涉及的知識面非常廣，如果按照知識點一一講授，二年的課程時間學習難以講授完，且傳統的教學方法，學生感覺課程枯燥，對算法理解不夠深入，在競賽中難以獲得好成績。

采用acm競賽題目的實際問題案例教學方法，通過計算機編程語言實現算法巧妙的解決生活中遇到的有趣且有一定難度的問題，首先這些案例問題都非常的引人入勝，比如旅行商問題、背包問題、圖著色問題，acm競賽中解決這些問題的算法復雜度要求都很高，因此解決這些問題算法都具有一定的數學思想和理論深度，在解決實際問題的同時，學生對算法和數學思想理解深度、掌握和運用的熟練程度都有了非常大的提升。而且在解決每一道實際問題過程中，遇到的數據結構、算法、數學的知識點有若干個，學生能夠在短時間內吸收到大量的知識。

2.以賽代練的實踐教學方法

課程的實驗教學以程序設計競賽的形式實施，在實踐課環節通過在OJ系統上完成ACM的競賽題目。實ACM競賽對學生編程和算法的基本功要求非常高，對算法理解不深入、編程基礎不扎實、知識點不全面都難以在要求的時間復雜度下完成題目。因此，實踐教學部分至關重要，實踐教學需要全方位、各層次的組織，保證實踐教學的時間和深度，在實踐中提升學生的能力，發現自身知識結構的欠缺，促使學生發揮自主學習精神，自學所需算法和相關知識。

實踐教學分一下幾個方面組織，日常訓練：根據課堂教學的內容，為學生挑選acm競賽中相關的題目，加強訓練，真正掌握相關的知識點和擴展內容。周賽：每周周末舉辦周賽，督促學生對算法的持續學習，提高學生的學習熱情，鞏固學生成果。校賽：每學期舉辦一次校賽，春季學期為個人賽，秋季學習為團隊賽，校賽考察學生知識點全面，提升學生競技狀態，團隊賽培養學生的團隊精神和配合。暑期集訓：暑期集訓是大幅度提升學生能力的關鍵時期，暑期時間集中，學生集中，學生學習效率高，學生學習氛圍濃厚。省賽、四省賽、區域賽：更高級別的acm-icpc競賽，與全國高校中的出類拔萃的計算機人才同場競技，也是為高級別的acm比賽選拔隊員。這樣高層次的比賽可以激發學生的潛能，在準備各級賽事的短時間內，吸收、鞏固大量的知識。

實踐教學通過ACM/ICPC在線評判系統為教學實訓平臺，輔助完成日常訓練和模擬競賽，增加上機考核方式，實現對學生程序的自動運行和測試，增強學生的程序調試能力。并通過分析比賽結果，更加精細地評估學生對教學知識點的掌握程度，這些信息進一步反饋到課程的理論教學中，可以確定課程教學的實際難點和重點。

四、結語

大連理工大學創新實驗學院經過多年培養面向ACM國際大學生競賽的學生發現，這部分學生的計算機專業素質較高，表現在編程能力強、知識面廣、具有良好的團隊合作能力、創新能力和臨場應變能力，因此在畢業時能獲得名校和名企的青睞。這主要與ACM-ICPC競賽的一些良好的競賽規則和競賽環境有關，本文提出了面向ACM-ICPC競賽的計算機人才培養教學與實踐方法提升計算機專業人才的素質，包括以下幾個方面：1、理論課按專題講授，包括：圖、動態規劃、搜索、計算幾何、數論等案例教學；2、實踐課引入PC2自動判題系統，趣味綜合性題目選自國內外著名OJ：3、周賽、月賽、校賽、省賽、區域賽培養學生綜合素質、加深理論知識理解與實際運用能力。

參考文獻

[1] 趙 龍，李貝貝，王喜鳳ACM/ICPC競賽對培養大學生綜合能力的作用.安徽工業大學學報（社會科學版）.2013， 30（5）：110-111

[2] ACM/ICPC競賽人才培養模式的研究與實踐——以大連理工大學ACM/ICPC創新實踐班為例.內蒙古師范大學學報（教育科學版）.2012，25（3）：141-144

[3] 郭嵩山，王磊，張子臻.ACM/ICPC 與創新性IT 人才的培養[J].實驗室研究與探索，2007，（12）6：181-185

[4] 韓建民，鐘發榮，趙相福.基于 ACM-ICPC 訓練模式的數據結構實踐教學探索. 計算機教育.2013，（10）： 103-107