結(jié)合學(xué)科競(jìng)賽的程序設(shè)計(jì)綜合應(yīng)用能力培養(yǎng)

寧彬　曹文平

摘? 要： 在OBE（Outcomes based Education）教育理念下，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力是目前教學(xué)的核心問(wèn)題。提出以學(xué)科競(jìng)賽為載體，構(gòu)建程序設(shè)計(jì)課程和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程相結(jié)合的教學(xué)框架，實(shí)施基于主題的課程教學(xué)，整合線上教學(xué)資源建設(shè)由基礎(chǔ)知識(shí)向深度擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂和平臺(tái)資源混合教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變，引導(dǎo)學(xué)生從基礎(chǔ)程序設(shè)計(jì)到綜合應(yīng)用能力的整體提高，從而達(dá)到良好的實(shí)踐效果。

關(guān)鍵詞： 學(xué)科競(jìng)賽; 程序設(shè)計(jì); 綜合應(yīng)用能力; 培養(yǎng)框架

中圖分類號(hào)：G642.0? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?文章編號(hào)：1006-8228（2022）05-102-03

Training of comprehensive application ability of programming

combined with subject competitions

Ning Bin， Cao Wenping

（

Abstract： Under the concept of OBE education， cultivating students' application ability and innovation ability is the core issue in teaching. We put forward the framework of the combination of program design course and data structure course with subject competition as the carrier and the cultivation of students' comprehensive application ability of program design as the core， discuss the methods of students from basic program design to comprehensive application， and finally explain the practical effect.

Key words： subject competitions; programming; comprehensive application ability; training framework

引言

在當(dāng)前OBE教育理念的背景下，強(qiáng)調(diào)成果導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)，這是以知識(shí)的整合為基礎(chǔ)，要求學(xué)生能夠綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)。傳統(tǒng)的教育注重學(xué)習(xí)過(guò)程，而課程之間的聯(lián)系被弱化，學(xué)生在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中不能綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題，導(dǎo)致學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力不能滿足實(shí)際需要。針對(duì)學(xué)生綜合能力評(píng)價(jià)和社會(huì)需求能力標(biāo)準(zhǔn)不一致問(wèn)題，提出計(jì)算機(jī)類專業(yè)人才綜合能力評(píng)價(jià)模型，指出具有綜合應(yīng)用能力才能滿足社會(huì)需求[1]。很多研究提出了相關(guān)的教學(xué)改革措施，提出基于OBE考核方式的程序設(shè)計(jì)課程改革，根據(jù)考核結(jié)果對(duì)課程目標(biāo)達(dá)成度進(jìn)行分析[2];提出基于OBE理念和PBL方法的混合式教學(xué)模式，融合多平臺(tái)綜合案例以提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力[3]。

目前在計(jì)算機(jī)專業(yè)的教學(xué)過(guò)程中，各課程的教學(xué)相對(duì)獨(dú)立，缺乏實(shí)際應(yīng)用支撐，難以完成知識(shí)的整合，達(dá)不到學(xué)以致用的目標(biāo)。特別是程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)不達(dá)標(biāo)，直接導(dǎo)致后續(xù)的專業(yè)課程不能高效地延續(xù)性學(xué)習(xí)。這需要加強(qiáng)課程教學(xué)過(guò)程的科學(xué)性和嚴(yán)密性，并進(jìn)行多課程的融合教學(xué)。

1 理念與思路

程序設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)專業(yè)的入門(mén)課程，對(duì)于后續(xù)的專業(yè)課程學(xué)習(xí)至關(guān)重要。程序設(shè)計(jì)本質(zhì)上是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的初級(jí)應(yīng)用，教學(xué)過(guò)程需要融合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法思維，與實(shí)際應(yīng)用無(wú)縫銜接，使學(xué)生掌握程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，并為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。

考慮到目前程序設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程是先后開(kāi)設(shè)的兩門(mén)課程，在程序設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)中未能融合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)完整的框架來(lái)達(dá)到目的。傳統(tǒng)的做法是針對(duì)兩門(mén)課程學(xué)完之后開(kāi)設(shè)一個(gè)課程設(shè)計(jì)，通過(guò)完成一個(gè)小型項(xiàng)目整合兩門(mén)課程知識(shí)。但從實(shí)踐情況來(lái)看，整合的時(shí)間點(diǎn)存在滯后性，學(xué)生的積極性不高，并不能完成知識(shí)整合目的。

結(jié)合實(shí)際調(diào)查，以程序設(shè)計(jì)類的學(xué)科競(jìng)賽為載體，搭建融合程序設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的培養(yǎng)框架，如圖1所示，分為三個(gè)層次：基礎(chǔ)知識(shí)專題、課程深度擴(kuò)展和學(xué)科競(jìng)賽。對(duì)應(yīng)的教學(xué)方式轉(zhuǎn)變?yōu)榛诜D(zhuǎn)課堂和平臺(tái)資源的混合教學(xué)，同步線上資源建設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生組成學(xué)習(xí)小組，培養(yǎng)程序設(shè)計(jì)綜合應(yīng)用能力，實(shí)現(xiàn)整體提高。程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)與學(xué)科競(jìng)賽對(duì)接，能夠使學(xué)生有明確的目標(biāo)和成就感，有助于學(xué)生綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

2 培養(yǎng)框架建設(shè)

2.1 基于專題的課程教學(xué)

專題式的程序設(shè)計(jì)教學(xué)方法將課程按照難度系數(shù)由淺入深劃分為計(jì)算思維訓(xùn)練、語(yǔ)法、基本算法和模塊化編程四個(gè)相對(duì)獨(dú)立的專題進(jìn)行教學(xué)，具有較好的教學(xué)效果，如表1所示[4]。將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程劃分為線性表、樹(shù)、圖及綜合應(yīng)用四個(gè)專題，以掌握常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及應(yīng)用為目的，如表2所示。

2.2 課程深度擴(kuò)展

在完成程序設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)后，學(xué)生已具備程序設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念，但是還達(dá)不到在實(shí)際應(yīng)用中的能力要求。因此，融合這兩門(mén)課程，如表3所示，進(jìn)行深度擴(kuò)展，以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力為主。

循環(huán)結(jié)構(gòu)，是程序設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)及難點(diǎn)。通過(guò)代碼分析，讓學(xué)生清晰地閱讀并分析復(fù)雜循環(huán)結(jié)構(gòu)的功能及正確性。或者給出相對(duì)復(fù)雜的循環(huán)需求，要求學(xué)生采用循環(huán)不變式的理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，達(dá)到熟練掌握循環(huán)結(jié)構(gòu)的目的。

其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法，結(jié)合藍(lán)橋杯、中軟杯、計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽等學(xué)科競(jìng)賽，對(duì)常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法進(jìn)行補(bǔ)充與深化，如動(dòng)態(tài)規(guī)劃、平衡樹(shù)、樹(shù)狀數(shù)組、滾動(dòng)數(shù)組、排列與組合等。這即可為參加學(xué)科競(jìng)賽準(zhǔn)備，也能對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及算法進(jìn)行更深層次地拓展。

項(xiàng)目案例分析，抽取其中的程序設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)例，幫助學(xué)生對(duì)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行初步的融合，從需求、設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)進(jìn)行完整的演示，使學(xué)生具有初步解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

項(xiàng)目實(shí)施，要求學(xué)生針對(duì)具體的問(wèn)題設(shè)計(jì)解決方案，側(cè)重于實(shí)現(xiàn)多個(gè)程序結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。這種項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程可以讓學(xué)生面對(duì)實(shí)際問(wèn)題，對(duì)所學(xué)知識(shí)有更深層次的思考和應(yīng)用。

2.3 學(xué)科競(jìng)賽訓(xùn)練

程序設(shè)計(jì)類的學(xué)科競(jìng)賽是以考查程序設(shè)計(jì)和初級(jí)算法的綜合應(yīng)用能力為主，要求學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行深度整合，從而具備分析和解決問(wèn)題的基本能力。通過(guò)參加學(xué)科競(jìng)賽，可倒逼學(xué)生鞏固基礎(chǔ)知識(shí)，學(xué)會(huì)自主思考，這是實(shí)現(xiàn)螺旋式能力提升的有效的過(guò)程。參加學(xué)科競(jìng)賽宜由易到難循序漸進(jìn)，首次參加應(yīng)該選擇難度適中的競(jìng)賽，初步訓(xùn)練學(xué)生獨(dú)立解決問(wèn)題的能力，為后續(xù)的高層次競(jìng)賽、專業(yè)素養(yǎng)訓(xùn)練提供基礎(chǔ)。

3 實(shí)施方案

3.1 線上線下混合教學(xué)模式

利用MOOC/SPOC和線下課堂教學(xué)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)性，充分體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)過(guò)程主體的主動(dòng)性、積極性與創(chuàng)造性，引導(dǎo)學(xué)生由淺入深地學(xué)習(xí)[5]。因此，實(shí)現(xiàn)混合式教學(xué)已成為當(dāng)前的主流教學(xué)模式，如圖2所示。學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)，教師主導(dǎo)課堂討論答疑，課后利用資源平臺(tái)進(jìn)行必要的練習(xí)，達(dá)到鞏固知識(shí)的效果。

3.2 多元化線上資源建設(shè)

混合式教學(xué)是以線上資源支撐為前提，更需要多樣化、共享化、層次化的教學(xué)資源，從而契合課程融合和培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力的需要。

⑴ 線上MOOC/SPOC課程建設(shè)：在自主建設(shè)MOOC課程的同時(shí)，引入外部?jī)?yōu)質(zhì)的MOOC平臺(tái)資源，開(kāi)展SPOC教學(xué)，提供立體化的學(xué)習(xí)資料，包括課件、視頻、練習(xí)及疑難解答。

⑵ 題庫(kù)建設(shè)和在線編程測(cè)試平臺(tái)建設(shè)：此項(xiàng)建設(shè)是提高學(xué)生綜合應(yīng)用能力的必要條件，而且題庫(kù)及在線編程測(cè)試平臺(tái)的優(yōu)劣，直接影響到學(xué)生知識(shí)整合程度。題庫(kù)的建設(shè)和教學(xué)的推進(jìn)層次相匹配，包括基礎(chǔ)知識(shí)、知識(shí)擴(kuò)展和綜合應(yīng)用的相關(guān)題庫(kù)。基于在線編程測(cè)試平臺(tái)，開(kāi)展不同難度系數(shù)的程序設(shè)計(jì)類學(xué)科競(jìng)賽，實(shí)現(xiàn)以賽促學(xué)。

3.3 小組學(xué)習(xí)

小組學(xué)習(xí)模式在一定程度上具有監(jiān)督學(xué)習(xí)及提升學(xué)習(xí)能力的效果，開(kāi)展小組內(nèi)的講課、提問(wèn)、討論、總結(jié)等多樣化的學(xué)習(xí)形式，能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。特別是學(xué)習(xí)其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及算法和在線編程階段，學(xué)習(xí)小組可以分工合作共同完成。這是后期訓(xùn)練綜合應(yīng)用時(shí)重要的學(xué)習(xí)形式。

4 實(shí)踐效果及結(jié)論

構(gòu)建學(xué)科競(jìng)賽平臺(tái)，將學(xué)科競(jìng)賽融入日常的課程教學(xué)過(guò)程，以培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力，實(shí)踐中取得了較為明顯的效果，符合OBE的培養(yǎng)理念。

⑴ 與計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，多課程融合的教學(xué)方式達(dá)到了學(xué)科競(jìng)賽與實(shí)踐教學(xué)的協(xié)同效應(yīng)。學(xué)生對(duì)實(shí)踐教學(xué)的參與熱情及成果質(zhì)量有明顯的提升，優(yōu)秀成果逐年遞增。近三年在程序設(shè)計(jì)類的學(xué)科競(jìng)賽活動(dòng)中取得的獎(jiǎng)項(xiàng)有較大的增加。

⑵ 后續(xù)課程的學(xué)習(xí)效果具有質(zhì)的改變。以學(xué)科競(jìng)賽為載體，多課程融合的程序設(shè)計(jì)訓(xùn)練，確實(shí)提高了學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力，建立起了良好的學(xué)習(xí)方式，在后續(xù)的專業(yè)課程學(xué)習(xí)中，學(xué)生表現(xiàn)出過(guò)硬的程序設(shè)計(jì)能力、較強(qiáng)的自學(xué)能力和互助的小組學(xué)習(xí)能力。

因此，以學(xué)科競(jìng)賽為載體的課程融合教學(xué)框架，強(qiáng)化了程序設(shè)計(jì)綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)，發(fā)揮了與其他專業(yè)課程教學(xué)的協(xié)同效應(yīng)，獲得了良好的實(shí)踐效果。

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收稿日期：2021-10-25

*基金項(xiàng)目：2020年度湖北文理學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目“以O(shè)BE為導(dǎo)向，基于PTA平臺(tái)的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革與教學(xué)資源建設(shè)研究”（JY2020033）; 2020年度湖北文理學(xué)院“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育”教學(xué)研究專項(xiàng)項(xiàng)目“以學(xué)科競(jìng)賽為載體，培養(yǎng)計(jì)算機(jī)類專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的研究”（序號(hào)12）。

作者簡(jiǎn)介：寧彬（1977-），男，湖北丹江口人，碩士，教授，主要研究方向：軟件工程、數(shù)據(jù)挖掘。