基于在線評測系統(tǒng)的信息學(xué)競賽精準(zhǔn)化教學(xué)探討

黃細(xì)光 廣東省中山市中山紀(jì)念中學(xué)

●研究背景

多年來，信息學(xué)競賽推動了計(jì)算機(jī)教育在中小學(xué)的普及，在培養(yǎng)和造就計(jì)算機(jī)優(yōu)秀人才方面起到了積極的作用。信息學(xué)競賽的學(xué)習(xí)主要涉及基本程序語法、基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)、算法處理相關(guān)知識，內(nèi)容覆蓋非常廣，并且每個(gè)知識點(diǎn)的難度也非常大，專業(yè)性非常強(qiáng)，對于中小學(xué)生而言，學(xué)習(xí)難度大。所以，信息學(xué)競賽的訓(xùn)練要求教師能夠高效地準(zhǔn)備高質(zhì)量的訓(xùn)練內(nèi)容，以應(yīng)對學(xué)生訓(xùn)練時(shí)間少、學(xué)習(xí)內(nèi)容廣、知識難度大的情況。而在線評測系統(tǒng)（Online Judge，簡稱OJ）對完整的信息學(xué)競賽訓(xùn)練體系而言，是不可或缺的。教師充分利用平臺的數(shù)據(jù)分析功能，追蹤并關(guān)注每一位學(xué)生的發(fā)展，可幫助其形成個(gè)性化的學(xué)習(xí)策略與方案。

●信息學(xué)競賽在線評測系統(tǒng)概述

信息學(xué)競賽的評測方式是全自動化的。在在線評測系統(tǒng)中，學(xué)生根據(jù)題目要求設(shè)計(jì)相應(yīng)的算法，編寫相應(yīng)的程序，并通過互聯(lián)網(wǎng)或者校園網(wǎng)提交自己的代碼，OJ系統(tǒng)便會調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的輸入，將學(xué)生提交的程序進(jìn)行編譯并運(yùn)行，生成用戶輸出文件，并與標(biāo)準(zhǔn)輸出文件進(jìn)行比對，每比對成功一個(gè)點(diǎn)，即得到該數(shù)據(jù)點(diǎn)的分?jǐn)?shù)。同時(shí)，每個(gè)題目還會有相應(yīng)的運(yùn)行時(shí)間與空間限制，評測機(jī)也將檢測程序運(yùn)行所需要用的時(shí)間與空間，如果超出題目規(guī)定的范圍，同樣不能得到對應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)的分?jǐn)?shù)。

中山市中山紀(jì)念中學(xué)信息學(xué)在線評測系統(tǒng)（下文簡稱“紀(jì)中OJ”）是為本校信息學(xué)競賽專門設(shè)計(jì)的數(shù)字化平臺，以滿足教師課堂教學(xué)及學(xué)生課前、課中、課后學(xué)習(xí)需求。教師能夠更方便地通過平臺布置任務(wù)、發(fā)布信息、管理題庫等，從而將時(shí)間更多地集中于準(zhǔn)備信息學(xué)競賽內(nèi)容以及對學(xué)生的程序設(shè)計(jì)思想的培養(yǎng)，同時(shí)也能把更多的課堂時(shí)間留給學(xué)生。紀(jì)中OJ采用瀏覽器／服務(wù)器（簡稱B／S）的框架結(jié)構(gòu)，以Linux操作系統(tǒng)、Apache Web服務(wù)器、My SQL數(shù)據(jù)庫和PHP腳本語言為核心，兼容性強(qiáng)，可開發(fā)性高。學(xué)生在線提交程序源代碼，系統(tǒng)自動評測結(jié)果。通過對使用結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在使用系統(tǒng)后能夠更主動地去發(fā)現(xiàn)問題，訂正錯(cuò)誤，提高學(xué)習(xí)效率。紀(jì)中OJ分為網(wǎng)頁端、評測機(jī)和數(shù)據(jù)庫三個(gè)部分。網(wǎng)頁端負(fù)責(zé)展示題目、比賽、用戶等邏輯模塊，用戶通過網(wǎng)頁端提交解題代碼后，網(wǎng)頁端通知評測機(jī)編譯指定代碼，并對題目測試數(shù)據(jù)進(jìn)行測試，數(shù)據(jù)庫則負(fù)責(zé)承載所有邏輯模塊的內(nèi)容。紀(jì)中OJ主界面如下圖所示，其中包括題目、（評測）狀態(tài)、比賽、（專項(xiàng)）任務(wù)、（學(xué)生）分組、排行榜、測試、管理等功能模塊。

1.比賽支持多種賽制

紀(jì)中OJ既支持傳統(tǒng)的OI賽制（比賽期間只評測樣例數(shù)據(jù)，比賽結(jié)束后才評測所有數(shù)據(jù)），也可以實(shí)現(xiàn)ACM賽制（每道題提交之后都有反饋，可以看到“通過”“運(yùn)行錯(cuò)誤”“答案錯(cuò)誤”等結(jié)果，但看不到錯(cuò)誤的測試樣例，每道題都有多個(gè)測試點(diǎn)，每道題必須通過了所有的測試點(diǎn)才算通過。每道題不限制提交次數(shù)，但如果沒通過會有罰時(shí)，僅以最后一次提交為準(zhǔn)。比賽過程中一般可以看到實(shí)時(shí)排名，在通過題數(shù)相同的情況下按照答題時(shí)間＋罰時(shí)來排名）。此外，紀(jì)中OJ還支持IOI賽制（比賽期間評測所有數(shù)據(jù)，存在部分分?jǐn)?shù)，不存在罰時(shí)）。

2.題目支持多種類型

每道題都存在一個(gè)配置文件，配置文件非常靈活，通過配置文件的各種設(shè)置，能實(shí)現(xiàn)多測試點(diǎn)綁定子任務(wù)、不同測試點(diǎn)不同賦分、特殊判斷（special judge）、交互題等特殊題型的判定。經(jīng)過多次的版本迭代、系統(tǒng)遷移與更新，紀(jì)中OJ現(xiàn)在部署在云平臺上，系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境更加穩(wěn)定，基本不存在漏洞。

●信息學(xué)訓(xùn)練中的精準(zhǔn)教學(xué)研究實(shí)踐

1.課前精心設(shè)計(jì)訓(xùn)練題目，利用紀(jì)中OJ開展測試訓(xùn)練

研究對象是2020年新入學(xué)的七年級學(xué)生，七年級學(xué)生好動、好奇、好表現(xiàn)，可采用形象生動、形式多樣的教學(xué)方法和學(xué)生喜歡的比賽競爭模式激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。學(xué)生經(jīng)過一個(gè)月的信息學(xué)競賽的學(xué)習(xí)，已經(jīng)基本掌握C＋＋基礎(chǔ)語言部分知識，如循環(huán)、數(shù)組、函數(shù)等基礎(chǔ)知識。借助紀(jì)中OJ開展學(xué)情分析，能夠精確地了解學(xué)生的起始能力等相關(guān)特質(zhì)，從而更加精準(zhǔn)地開展進(jìn)一步的教學(xué)。以2020級七年級學(xué)生的第一次線上評測為例，七年級學(xué)生學(xué)習(xí)完循環(huán)結(jié)構(gòu)的知識后進(jìn)行了第一次線上比賽，此次比賽一共四道題目，每道題目100分，教練對比這次線上評測的結(jié)果，形成測試報(bào)告，了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況并作為下一步教學(xué)的起始依據(jù)。

2.課中開展綜合數(shù)據(jù)分析，制訂個(gè)性化的策略

通過對此次比賽的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，教練針對不同學(xué)生差異化的薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)行個(gè)別性指導(dǎo)和制訂相應(yīng)的任務(wù)，設(shè)計(jì)不同的教學(xué)方法（如表1）。

表1

3.課后精準(zhǔn)分析每道題目，制訂后續(xù)訓(xùn)練計(jì)劃

仍以第一次線上比賽為例，此次比賽的四道題目考查的內(nèi)容都是循環(huán)結(jié)構(gòu)的綜合應(yīng)用，但每道題的考查內(nèi)容和重點(diǎn)各有側(cè)重，教師應(yīng)通過精準(zhǔn)分析，全面掌握每一位學(xué)生的真實(shí)狀態(tài)，并預(yù)估學(xué)生經(jīng)過學(xué)習(xí)應(yīng)達(dá)到怎樣的水平和能力，進(jìn)而制訂后續(xù)訓(xùn)練計(jì)劃（如表2）。

●結(jié)語

拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)是我國建設(shè)創(chuàng)新型國家的重要內(nèi)容，是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。筆者基于紀(jì)中OJ的長期教學(xué)實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，在線評測系統(tǒng)能讓學(xué)生得到實(shí)時(shí)的反饋，增強(qiáng)學(xué)生的參與感，大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。同時(shí)，伴隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，教師利用在線評測系統(tǒng)能夠?qū)W(xué)生的知識結(jié)構(gòu)進(jìn)行精準(zhǔn)評估，了解每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)差異，制訂個(gè)性化的學(xué)習(xí)策略，也使得后續(xù)學(xué)習(xí)內(nèi)容的推送更加精確化、精細(xì)化，因材施教，在一定程度上有助于加快培養(yǎng)基礎(chǔ)學(xué)科拔尖創(chuàng)新人才，為國家和社會輸送適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的創(chuàng)新型人才。