彭源　田秀霞　張安勤　朱萍

摘要：針對(duì)目前C++程序設(shè)計(jì)教學(xué)中以講授為主，過(guò)于注重語(yǔ)法教學(xué)而忽略學(xué)生能力培養(yǎng)等弊端，提出一種基于ACM競(jìng)賽的C++教學(xué)模式，通過(guò)將ACM競(jìng)賽的理念、機(jī)制與教學(xué)過(guò)程緊密結(jié)合，有效地促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題以及團(tuán)隊(duì)合作的能力，進(jìn)一步提升教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：ACM競(jìng)賽；C++教學(xué)；教學(xué)改革

文章編號(hào)：1672-5913（2013）07-0070-04

中圖分類號(hào)：G642

1 背景

C++程序設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)為一年級(jí)大學(xué)生開(kāi)設(shè)的基礎(chǔ)課程，主要講授通過(guò)編程解決問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手編程能力和軟件設(shè)計(jì)的邏輯思維能力，為后繼課程打下基礎(chǔ)。

C++學(xué)習(xí)的思維方式與學(xué)生在前期教育階段培養(yǎng)出的思維方式有較大的不同。在長(zhǎng)期的教學(xué)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的講授型學(xué)習(xí)方式并不能起到很好的效果，主要表現(xiàn)在：學(xué)生掌握了C++語(yǔ)法的細(xì)節(jié)，但處理實(shí)際問(wèn)題的能力較弱；偏重考試成績(jī)，動(dòng)手能力欠缺；在教學(xué)過(guò)程中，不斷有學(xué)生因畏難、缺乏興趣、被動(dòng)學(xué)習(xí)而掉隊(duì)；編程時(shí)，易陷入局部細(xì)節(jié)，不能從宏觀上把握程序的邏輯而導(dǎo)致思維受阻等。這反映出C++程序設(shè)計(jì)課程與常規(guī)的教學(xué)模式、考核方式有不適應(yīng)之處。

ACM/ICPC項(xiàng)目是由國(guó)際計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)主辦的，公認(rèn)為規(guī)模最大、最具影響力、水平最高的大學(xué)生國(guó)際級(jí)計(jì)算機(jī)類競(jìng)賽。大賽倡導(dǎo)在壓力較大的情況下，發(fā)揮創(chuàng)造力和團(tuán)隊(duì)合作精神以解決競(jìng)賽問(wèn)題，展示分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。比賽對(duì)學(xué)生邏輯分析能力、策略制定和腦力等有極大的挑戰(zhàn)性。

該競(jìng)賽的機(jī)制較為偏向?qū)C合能力的考核，這和學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)是一致的，因此我們將其模式和機(jī)制融合到教學(xué)中，對(duì)提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、動(dòng)手能力、學(xué)習(xí)能力，改進(jìn)教學(xué)效果，改進(jìn)考核和評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)等方面都起到了顯著的作用。近幾年，一些教師也在探索將ACM競(jìng)賽與教學(xué)相結(jié)合。文獻(xiàn)[1]探討了如何將課程教學(xué)和ACM競(jìng)賽相互促進(jìn)；文獻(xiàn)[2]從學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)效率、教學(xué)效率、學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力和評(píng)價(jià)機(jī)制6個(gè)方面著手，探討如何與ACM競(jìng)賽結(jié)合；文獻(xiàn)[3]以ACM競(jìng)賽活動(dòng)為有效載體，積極探索培養(yǎng)創(chuàng)新人才的新模式。本文主要從改進(jìn)教學(xué)目標(biāo)、更新教學(xué)組織形式、培養(yǎng)主動(dòng)學(xué)習(xí)模式、改變考核機(jī)制等方面人手，探索如何引入ACM理念。教學(xué)實(shí)踐表明，基于ACM競(jìng)賽的教學(xué)模式是合理有效的。

2 基于ACM競(jìng)賽的教學(xué)模式

1）改進(jìn)教學(xué)目標(biāo)，采用以實(shí)例為主的C++教學(xué)模式，著重培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、抽象問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

ACM競(jìng)賽的題目以問(wèn)題描述的形式出現(xiàn)，具有靈活性和多樣性，答案不是現(xiàn)成的或固定的，且解決問(wèn)題的過(guò)程是一個(gè)擴(kuò)充現(xiàn)有知識(shí)和思路創(chuàng)新的過(guò)程。參與者需要經(jīng)歷理解問(wèn)題、分析和查找資料、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、算法設(shè)計(jì)和編程調(diào)試等環(huán)節(jié)。該方式能較好地調(diào)動(dòng)參與者學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)其宏觀思維，鍛煉其對(duì)實(shí)際問(wèn)題抽象、總結(jié)、描述和解決的能力。

常規(guī)的C++教學(xué)方式，不管是在教學(xué)還是實(shí)踐環(huán)節(jié)，都過(guò)于注重細(xì)節(jié)、語(yǔ)法。教學(xué)目標(biāo)只在于能否熟練運(yùn)用C++語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，而忽略了內(nèi)在的思想和方法。我們以數(shù)組部分的一道上機(jī)實(shí)踐題目為例：編寫一個(gè)排序函數(shù)sort（），該函數(shù)實(shí)現(xiàn)將一個(gè)數(shù)組中的n個(gè)整型數(shù)據(jù)按升序排序。該排序函數(shù)有2個(gè)形參，一個(gè)是數(shù)組形參，一個(gè)是表示數(shù)組大小的整型形參。在主函數(shù)中調(diào)用編好的排序函數(shù)，并輸出排序后的數(shù)組數(shù)據(jù)?？梢钥吹剑擃}目的需求非常明確，具體的功能要求羅列詳細(xì)，從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)到實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)均有明確的說(shuō)明，學(xué)生需要?jiǎng)幽X筋的部分很少。從實(shí)際效果來(lái)看，這類題目只培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)現(xiàn)編程過(guò)程的能力，而問(wèn)題的分析和抽象能力并未得到培養(yǎng)。

但在現(xiàn)實(shí)的項(xiàng)目中，客戶能夠提供的往往是比較模糊的一些需求描述。這就要求程序員必須具備較強(qiáng)的分析、抽象和解決問(wèn)題的能力。常規(guī)的教學(xué)方式不能完全覆蓋這些方面的鍛煉。傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，多數(shù)學(xué)生遇到生活中的實(shí)際問(wèn)題需要編程解決時(shí)，仍不知如何去處理。

為此，我們引入ACM競(jìng)賽的培養(yǎng)理念，更新教學(xué)目標(biāo)，不再以具體的C++語(yǔ)法及細(xì)節(jié)的講授為教學(xué)重點(diǎn)，而是采用問(wèn)題驅(qū)動(dòng)和案例式教學(xué)的模式。每個(gè)案例從引導(dǎo)學(xué)生分析需求開(kāi)始，啟發(fā)學(xué)生思考，再抽象出合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，最終編程實(shí)現(xiàn)要求，從而加深學(xué)生的理解，培養(yǎng)正確的思維方式，提高其知識(shí)利用能力。具體的語(yǔ)法在案例講解中自然引入，學(xué)生對(duì)語(yǔ)法更完整的掌握過(guò)程，是在實(shí)踐過(guò)程中為解決問(wèn)題而查閱教材、自然學(xué)習(xí)的過(guò)程。

與課堂實(shí)例授課方式相對(duì)應(yīng)，在課后，我們要求學(xué)生將實(shí)踐而非做題作為學(xué)習(xí)的主導(dǎo)，鼓勵(lì)學(xué)生解放自己的思維，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。實(shí)踐題目以貼近實(shí)際為主，不規(guī)定細(xì)節(jié)，注重創(chuàng)新性。

實(shí)踐證明，采用案例的形式進(jìn)行講解分析，學(xué)生的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力有很大提高。在期末的課程設(shè)計(jì)中，與之前采用常規(guī)教學(xué)方式的學(xué)生相比，新的教學(xué)模式培養(yǎng)出的學(xué)生，能很自然的對(duì)課題做出需求描述并設(shè)計(jì)好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，再編程實(shí)現(xiàn)。

同時(shí)，與常規(guī)的教學(xué)方式相比，案例式的教學(xué)能較好的調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，使課堂的氣氛明顯活躍。課后以實(shí)踐為主導(dǎo)的學(xué)習(xí)模式也進(jìn)一步延伸了學(xué)習(xí)興趣，鞏固了教學(xué)效果。

2）更新教學(xué)組織形式，采用協(xié)作式學(xué)習(xí)模式。

協(xié)作式學(xué)習(xí)是通過(guò)小組或團(tuán)隊(duì)的形式組織學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)的一種策略。組內(nèi)成員共同學(xué)習(xí)、討論和解決問(wèn)題，以達(dá)到教學(xué)的目標(biāo)。該模式的好處在于個(gè)人可以將其在學(xué)習(xí)過(guò)程中探索、發(fā)現(xiàn)的信息、資料和心得等與小組中的其他成員共享，甚至可以同其他組或全班同學(xué)共享。教師負(fù)責(zé)控制學(xué)習(xí)的組織和進(jìn)展，以保證學(xué)習(xí)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)效率和協(xié)作學(xué)習(xí)的效果。

在ACM競(jìng)賽的賽制中，參賽者需以團(tuán)隊(duì)的形式參賽。每隊(duì)由3名隊(duì)員組成。他們要在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)共同解決7～10個(gè)問(wèn)題。我們將這種形式引入到C++程序設(shè)計(jì)教學(xué)的改革探索中，并根據(jù)教學(xué)的實(shí)際情況，做了相應(yīng)改進(jìn)。為了討論方便，小組主要按照寢室劃分，每組3～4人。上機(jī)實(shí)踐和課后競(jìng)賽均以小組為單位的形式進(jìn)行，促進(jìn)個(gè)人獨(dú)立學(xué)習(xí)、小組共同研究和班級(jí)集體討論的有機(jī)結(jié)合，形成組內(nèi)合作、組間弱競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)學(xué)生與教師、學(xué)生與學(xué)生之間的互動(dòng)。

組內(nèi)成員共同對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析和討論。但對(duì)于個(gè)體，各成員均承擔(dān)一定的任務(wù)職責(zé)，如分別負(fù)責(zé)一部分的C++編程實(shí)現(xiàn)。個(gè)體的努力程度會(huì)直接影響到小組的成績(jī)，從而激發(fā)了個(gè)體的責(zé)任心，有效地克服了個(gè)別學(xué)生的畏難和偷懶情緒。對(duì)于小組，結(jié)果是由組內(nèi)各位成員共同實(shí)現(xiàn)的，最終的成績(jī)以小組為單位給出，因此學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神得以提倡。而組內(nèi)面對(duì)面的相互式促進(jìn)也使得每個(gè)人的學(xué)習(xí)收益最大化。組與組之間，以班級(jí)的形式共同討論，互相點(diǎn)評(píng)程序質(zhì)量、思路好壞，從而達(dá)到激發(fā)競(jìng)爭(zhēng)力、相互學(xué)習(xí)的效果。

3）結(jié)合ACM競(jìng)賽，培養(yǎng)主動(dòng)式學(xué)習(xí)模式，激發(fā)興趣，建立競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制。

主動(dòng)式學(xué)習(xí)模式是指在主體意識(shí)的指導(dǎo)下，通過(guò)行動(dòng)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的學(xué)習(xí)目標(biāo)。該模式強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)學(xué)習(xí)。

在主動(dòng)式學(xué)習(xí)模式下，教師的作用是著重于發(fā)揮學(xué)生主體地位的作用，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性、激發(fā)學(xué)生的興趣，將學(xué)生以往的填鴨式學(xué)習(xí)和被動(dòng)學(xué)習(xí)，轉(zhuǎn)化為興趣式驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)和主動(dòng)學(xué)習(xí)。它可以幫助學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)的策略，并能讓學(xué)生靈活地、有創(chuàng)造性地運(yùn)用此策略，實(shí)現(xiàn)從“學(xué)會(huì)”到“會(huì)學(xué)”的轉(zhuǎn)變。

愛(ài)因斯坦說(shuō)過(guò)：“興趣是最好的老師”。人一旦對(duì)某事物有了興趣，就會(huì)主動(dòng)地探索和實(shí)踐，并在此過(guò)程中產(chǎn)生愉快的情緒和體驗(yàn)。因此主動(dòng)式學(xué)習(xí)模式的關(guān)鍵在于激發(fā)學(xué)生的興趣。ACM競(jìng)賽設(shè)計(jì)了完善的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，并采用Online Judge系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行評(píng)定。該系統(tǒng)對(duì)用戶提交的程序在運(yùn)行時(shí)間、內(nèi)存使用和安全等方面有著嚴(yán)格的限制，最終給出通過(guò)、答案錯(cuò)誤、超時(shí)、超過(guò)輸出限制、超內(nèi)存、運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤、格式錯(cuò)誤或無(wú)法編譯等各種狀態(tài)，并能返回程序使用的內(nèi)存、運(yùn)行時(shí)間等信息，從而能較好地評(píng)判出程序的質(zhì)量。

我們將該系統(tǒng)引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過(guò)此系統(tǒng)來(lái)評(píng)判學(xué)生編程的質(zhì)量，并設(shè)計(jì)了各種競(jìng)爭(zhēng)和激勵(lì)機(jī)制，如：綜合排名、日冠軍、周冠軍等，給學(xué)習(xí)帶來(lái)了更多樂(lè)趣和挑戰(zhàn)，并將其與成績(jī)、各種計(jì)算機(jī)類競(jìng)賽的參賽資格等掛鉤，激發(fā)學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)欲望和主動(dòng)性，從而形成你爭(zhēng)我趕的良性互動(dòng)局面。

4）改變課程的考核和評(píng)價(jià)機(jī)制。

以往的考核方法是單一的，通常是期末試卷或者大作業(yè)的形式。試卷將學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)定位于做題，易導(dǎo)致高分低能，考核的重點(diǎn)也容易陷入對(duì)編程細(xì)節(jié)的考查而非整體思路的把握。大作業(yè)要求學(xué)生提交C++程序和報(bào)告，由教師按照一定的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)代碼或書面報(bào)告給出成績(jī)，評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)有局限性，學(xué)生也難以展示創(chuàng)新思想和觀點(diǎn)，容易雷同。另外考核多集中于期末，導(dǎo)致平時(shí)學(xué)生的重視程度不夠。

在新的教學(xué)模式中，考核方式采用多次的形式，按照每3周一個(gè)周期，一個(gè)學(xué)期共組織5次小組競(jìng)賽，進(jìn)行打分和排名，并綜合每次的成績(jī)作為課程的最終成績(jī)。每次競(jìng)賽針對(duì)本周期正在講授的知識(shí)點(diǎn)和之前的知識(shí)點(diǎn)，并具有一定的超前性，以促使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)。分周期進(jìn)行多次競(jìng)賽可以綜合地考核學(xué)生的水平，避免了因某次發(fā)揮失常而導(dǎo)致的成績(jī)異常，又避免了大學(xué)中經(jīng)常見(jiàn)到的平時(shí)不努力，考前突擊死記硬背的現(xiàn)象。

每次考核結(jié)合ACM競(jìng)賽所采用的Online Judge系統(tǒng)，將所學(xué)知識(shí)點(diǎn)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合放到在線系統(tǒng)上，并由系統(tǒng)給出得分作為本次成績(jī)的一部分；另一部分成績(jī)由演講報(bào)告獲得：以小組為單位闡述解決問(wèn)題思路、演示C++程序并運(yùn)行結(jié)果。該部分成績(jī)由全班和教師共同評(píng)判、討論決定，以激發(fā)學(xué)生的表現(xiàn)力和創(chuàng)造力。由2部分成績(jī)組成的考核設(shè)計(jì)既兼顧了程序質(zhì)量的考核，又可以讓學(xué)生的創(chuàng)新能力和思路得以充分的展示。

3 與傳統(tǒng)教學(xué)模式的對(duì)比

基于ACM理念的教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式如表1所示，主要改進(jìn)如下：教學(xué)目標(biāo)從只關(guān)注編程能力擴(kuò)展到對(duì)編程能力、分析問(wèn)題能力、查找資料能和算法設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)；教學(xué)重點(diǎn)由側(cè)重對(duì)語(yǔ)法和規(guī)則的掌握轉(zhuǎn)移到側(cè)重對(duì)編程思路的掌握；改變以授課為主、實(shí)踐為輔的教學(xué)方式到以實(shí)踐為主、課堂實(shí)例講解為引導(dǎo)的方式；更新組織形式為協(xié)作學(xué)習(xí)、集體討論；根據(jù)新的教學(xué)模式的特點(diǎn)，以O(shè)nline Judge在線判題系統(tǒng)為輔助，多次考核、綜合評(píng)判成績(jī)。

4 結(jié)語(yǔ)

從我們對(duì)近兩屆學(xué)生的實(shí)施情況來(lái)看，多數(shù)同學(xué)學(xué)習(xí)模式從被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)，以往生搬硬套例題程序、網(wǎng)上查找代碼的現(xiàn)象大大減少，取而代之的是主動(dòng)查找資料、研究算法、互相討論并親自編程實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐證明該教學(xué)模式是合理有效的，能夠更好地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更能滿足人才培養(yǎng)的要求。

今后我們將進(jìn)一步緊密結(jié)合ACM競(jìng)賽的理念，在日常教學(xué)中不斷創(chuàng)新改革，以期達(dá)到更好的教學(xué)效果。

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（見(jiàn)習(xí)編輯：劉麗麗）