結合學科競賽的計算機專業應用開發類課程群建設

劉 偉，李小智，胡 為，黃辛迪

（湖南中醫藥大學信息科學與工程學院，湖南 長沙 410208）

引言

大學生學科競賽是傳統課堂教學的重要補充，也是提升大學生專業能力和綜合素質的重要手段。中國高等教育學會于2017 年成立了“高校競賽評估與管理體系研究”專家工作組，自2017 年12 月14 日在杭州發布第一輪全國普通高校大學生競賽排行榜以來，截至2021 年3 月已發布五輪榜單，學科競賽的參賽水平和參賽成績已成為檢驗和評估高校綜合實力和創新人才培養效果的一項重要指標。大量已有的研究和實踐結果表明，學科競賽在教育教學和創新人才培養等方面發揮著非常重要的作用。

課程群是指多門彼此獨立而又相互密切聯系的課程，它們具有一定的互補性，其教學內容存在關聯性和滲透性。課程群不是一個簡單的課程集合，而是由多門課程組成的一個有機整體。屬于同一個課程群的若干門課程之間存在相互照應、滲透互補等特點，可以對這些課程進行合理設計和整合，以課程之間的內容、方法、實例、問題等存在的邏輯聯系為結合點，形成一個較為完整的課程系統。目前大部分高校的計算機相關專業都開設了多門與軟件項目開發相關的課程，對于這些課程而言，它們之間的知識點存在交叉和滲透。因此，結合以應用軟件開發為主要參賽形式的計算機類學科競賽，將促進和優化計算機專業應用開發類課程群建設。結合學科競賽對課程的教學內容、實驗實訓等進行合理的改革，將有助于進一步完善教學體系和創新型人才培養模式，促進教育教學改革，提升人才培養質量。

1 應用開發類課程群建設與實踐

1.1 優化課程群結構

大部分計算機類專業課程之間都存在聯系和融合，特別是一些與應用軟件設計和開發相關的課程，這些課程主要存在包含、遞進、交叉等幾種關系。

包含關系：在某一門課程中包含一門或多門其他課程的內容，但是教學重點和教學目標有所區別。例如在“軟件工程”課程中，每一個章節都對應一門或者多門課程，如軟件需求分析部分可以對應“需求工程”課程，軟件分析與設計部分可以對應“系統分析與設計”課程，軟件測試部分可以對應“軟件測試技術”課程等。

遞進關系：某一門課程是一門或多門其他課程的基礎，它們在教學內容上存在層層遞進的關系。例如“Java 面向對象技術”“Web 技術（Java）”“Java EE 應用開發”和“移動應用開發”等課程，它們在教學上存在先后順序，學生首先必須學習“Java 面向對象技術”課程，在掌握Java 語言語法等基礎知識后才能夠學習Java EE 和Android 等課程。

交叉關系：兩門或者多門課程的教學內容之間存在交叉和融合，例如在講授某一門課程中的一個知識點時涉及另一門課程中的知識點，如“Java 面向對象技術”“Java EE應用開發”和“數據庫原理”“大型數據庫技術”等課程之間存在多處知識交叉，例如在Java 數據庫連接技術JDBC 中需要創建數據庫和數據表，并且還需要通過向數據庫發送SQL 語句來操作數據庫。

通過對中國高等教育學會發布的全國普通高校大學生競賽排行榜中的榜內競賽項目進行分析，遴選了幾項以應用軟件項目開發為主要參賽形式的計算機類學科競賽，并以這幾項學科競賽為基礎開展課程群的建設和優化。此類學科競賽主要包括中國大學生服務外包創新創業大賽、“中國軟件杯”大學生軟件設計大賽、中國大學生計算機設計大賽和中國高校計算機大賽—移動應用創新賽等國家級學科競賽。此外，還包括湖南省大學生計算機程序設計競賽（應用開發類）等省部級學科競賽。所涉及的主要課程包括“Java 面向對象技術”“Python 程序設計”“Web 技術（Java）”“Java EE 應用開發”“數據庫原理”“大型數據庫技術”“軟件工程”“軟件測試技術”“移動應用開發”“軟件設計模式”和“IT 項目管理”等軟件應用開發類課程。

結合學科競賽優化課程群結構，首先需要充分考慮課程群中各門課程之間的先后順序，遵循人才培養和教育教學規律，確保知識體系的完整性和科學性，教學內容的遞進性和層次性。例如將Java 基礎課程“Java 面向對象技術”開設在“Web 技術（Java）”“Java EE 應用開發”“移動應用開發”等應用開發課程之前，將“數據庫原理”開設在“大型數據庫技術”“軟件工程”“Java EE 應用開發”等課程之前，將概括性較強的“軟件工程”課程開設在更為具體的“軟件設計模式”“軟件測試技術”等課程之前。

其次，將一些關聯性、融合性和交叉性較強的課程盡量安排到同一個學期，一方面方便對交叉知識點的講授和學習，另一方面還可以綜合多門課程所學知識來布置實驗和課程設計任務。例如將“數據庫原理”和“Java 面向對象技術”開設在同一個學期，給學生布置一個以SQL Server為數據庫并使用Java 語言實現的簡單C/S 系統作為兩門課的課程設計；將“大型數據庫技術”“軟件工程”和“Java EE 應用開發”等課程開設在同一個學期，要求學生以Oracle 作為數據庫管理系統開發一個基于B/S 的網站系統，并撰寫相應的軟件工程文檔。

課程群的建設還有助于更好地組建競賽指導教師團隊，多門課程的任課教師聯合組成指導教師團隊，可以從不同的角度對參賽學生團隊進行指導，讓學科競賽的指導工作更為系統和全面，有助于取得更好的參賽成績，也有助于以賽促教，提升教師的教學水平。

1.2 更新課程教學內容

以應用軟件項目開發為參賽形式的學科競賽的命題類型主要包括兩種：企業命題（官方命題）和自主命題。例如，中國大學生服務外包創新創業大賽（企業命題類）和“中國軟件杯”大學生軟件設計大賽采用的是企業命題形式，競賽舉辦方會給出一系列來源于企業實際項目的賽題，要求學生在規定時間內組隊完成一個項目；而中國大學生計算機設計大賽和中國高校計算機大賽—移動應用創新賽主要采用的是自主命題，競賽舉辦方給出一個大的類別范圍，例如信息安全類或游戲軟件類，要求學生在教師的指導下設計并開發一款軟件作為參賽作品。對于中國大學生服務外包創新創業大賽（企業命題類）和“中國軟件杯”大學生軟件設計大賽而言，大賽組委會和命題方不僅會給出賽題說明，還會給出推薦的技術路線，而這些技術路線通常是目前IT 界的一些較新的主流技術。

在結合學科競賽開展課程群建設的過程中，教師可以根據賽題要求對現有課程的教學內容進行適當改革和更新，例如在“Java EE 應用開發”課程中，任課教師除了向學生講授Struts、Spring 和Hibernate 等經典的Java EE 框架技術，還可以結合賽題為學生補充Spring Boot、微服務架構等知識；在“Python 程序設計”課程中，除了給學生講授Python語法等基礎知識外，還可以結合一些賽題為學生介紹一些用于人臉識別、自然語言處理的Python 庫，以便實現一些更加復雜和智能的功能。

1.3 重構課程設計與實訓

在計算機相關專業的人才培養方案中，部分實踐性較強的課程會安排對應的課程設計，例如“Java EE應用開發”“軟件工程”“移動應用開發”等課程。此外，在學期或者學年末通常也會安排一周或幾周的項目實訓。以湖南中醫藥大學計算機科學與技術、醫學信息工程等專業為例，在每一學期的期末均會安排為期一周的項目實訓。

在未構建課程群之前，各門課程獨立布置課程設計任務，課程設計項目功能大同小異，學生需要做很多重復性工作。通過合理引入一些競賽賽題，以課程群為單位開展課程設計，讓學生有時間和精力來完成一個高質量的課程設計項目，例如選取難度和規模適中的中國大學生服務外包創新創業大賽（企業命題類）賽題作為“大型數據庫技術”“軟件工程”和“Java EE 應用開發”等課程的聯合課程設計項目，這些賽題都源于真實項目，可以很好地培養學生的實踐開發能力和創新創造能力。例如近幾年中國大學生服務外包創新創業大賽（企業命題類）的部分賽題：虛擬學習社區（第六屆）、在線考試系統（第六屆）、廠車管理系統（第七屆）、藍鷗IT 教育課程考評系統（第八屆）、企業知識庫管理系統（第九屆）、智能化跨境商品交易平臺（第十屆）、小微企業跨組織人才管理系統（第十二屆）等都是非常適合作為課程設計項目的賽題。通過以學科競賽賽題項目為導向的課程設計，可以讓學生更好地運用所學知識解決實際問題，真正做到學以致用。

此外，在每學期期末的項目實訓中，也可以引入中國大學生服務外包創新創業大賽（企業命題類）和“中國軟件杯”大學生軟件設計大賽的歷年賽題作為實訓項目，還可以直接以參加這些比賽來“沖抵”實訓。在實際操作中，按照學院制定的相關文件，如果學生能夠順利提交參賽作品即可獲得對應的實訓課程學分，如果在省級初賽中獲獎則實訓成績在80 分以上，如果獲得國家級獎勵則實訓成績在90 分以上。通過學科競賽重構課程設計和實訓，將競賽融入課程實踐教學，達到以賽代訓、以賽促學的目的，有效提升學生的工程實踐能力和創新能力。

圖1 學科競賽管理系統功能模塊結構圖

1.4 研發學科競賽管理系統

隨著參賽學生的逐年增多和參賽規模的逐年增大，為了更好地對應用開發類學科競賽的參賽情況和參賽作品進行數據管理和統計分析，基于Struts2 框架、Hibernate 框架、MySQL 輕量級數據庫和Apache Tomcat 開源服務器等技術，設計并研發了學科競賽管理系統。該系統可以對競賽報名信息、歷屆參賽作品、歷年獲獎證書等進行管理，還提供了競賽項目統計與管理、在線交流討論等功能模塊，系統用戶包括參賽學生、教師（分為指導教師和競賽負責教師兩種子類型）、系統管理員等角色。學科競賽管理系統的功能模塊結構如圖1 所示。

2 實施效果

結合中國大學生服務外包創新創業大賽和“中國軟件杯”大學生軟件設計大賽等以應用軟件項目開發為主要參賽形式的計算機類學科競賽，構建了較為完善的應用開發類課程群。在課程群建設中依托學科競賽對課程體系、教學內容、實驗實踐等環節進行教學改革，取得了一系列良好的效果。從2016 年至2021 年，湖南中醫藥大學信息科學與工程學院師生參加計算機應用軟件開發類學科競賽，獲得省部級和國家級獎項100 多項。下面以中國大學生服務外包創新創業大賽為例對實施效果進行說明。

中國大學生服務外包創新創業大賽由教育部、國家商務部和無錫市人民政府聯合主辦，是中國高等教育學會發布的“全國普通高校學科競賽排行榜內競賽項目”之一。自2010 年至今已連續成功舉辦12 屆，累計共有千余所國內外高等院校10 萬多名學生參賽。湖南中醫藥大學自2016年開始參與此項賽事，參賽人數從最開始的兩個隊10 名學生到2021 年的35 個隊175 名學生。2022 年參賽隊伍數量已超過40 個，參賽學生人數超過200 人，參與競賽指導工作的教師近20 人。在2016 年至2021 年的六屆比賽中，湖南中醫藥大學累計獲得全國總決賽一等獎4 項，二等獎9 項，三等獎25 項，其中在2016 年、2018 年和2019年先后獲得國家級一等獎4 項。本賽事于2020 年開始增加中部賽區選拔賽，湖南中醫藥大學在2020 年和2021 年共獲得中部賽區一等獎5 項，二等獎14 項，三等獎9 項，獲獎數量和質量在所有參賽院校中排名前列。近六年湖南中醫藥大學參加中國大學生服務外包創新創業大賽學生人數及所獲國家級獎項數如圖2 所示。

圖2 近六年湖南中醫藥大學參加中國大學生服務外包創新創業大賽學生人數及所獲國家級獎項數

參賽學生的綜合素質和專業能力得以顯著提升，近六年有30 多名參賽學生保送或考取國防科技大學、中南大學、湖南大學、吉林大學、中國海洋大學、南京航空航天大學等高校碩士研究生，部分參賽學生順利入職華為、騰訊、百度、字節跳動等知名IT 企業；基于優秀參賽作品登記計算機軟件著作權20 多項，發表多篇論文并立項國家級和省級大學生研究性學習和創新性實驗計劃項目多項。

隨著學生綜合能力的增強，學生對課程群中相關課程任課教師的教學滿意度也逐年提升。教師通過參與指導學科競賽，教學水平和工程實踐能力提升顯著，達到以競賽促教學、以教學助競賽的目的。

3 結語

加強課程群建設是深入探索計算機專業課程教學改革的有效途徑，具有重要的實際意義和價值。以課程群為單位，在教學實施過程中將學科競賽賽題引入課程實驗和學期實踐等環節，讓學生更好地運用所學知識解決實際問題，極大提高了學生的學習積極性和參與度。結合學科競賽來建設計算機應用開發類課程群，以學科競賽促課程建設，以課程建設助學科競賽，取得了良好的效果，進而實現以賽助學、以賽促學、以賽代訓、以賽促教的目的，全面提升學生的綜合素質和專業能力。

在今后的工作中，將推廣結合學科競賽開展課程群建設的思路和模式，在已有的程序設計類課程群和軟件應用開發類課程群的基礎上，結合學科競賽構建計算機硬件類課程群和網絡及安全類課程群，更好地發揮學科競賽在課程建設和人才培養中的作用。