楊玉軍

(懷化學院 計算機工程系，湖南 懷化 418008)

大學生計算機程序設計競賽相關課程的教學改革

楊玉軍

(懷化學院 計算機工程系，湖南 懷化 418008)

為培養(yǎng)學生全方位多角度分析問題和解決實際問題的能力，促使和調(diào)動學生學習的積極性，本文提出一種基于大學生計算機程序設計競賽的課程教學體系，將大學生計算機程序設計競賽機制引入到相關課程的常規(guī)教學中，改變了課程的傳統(tǒng)授課方式和教學形式.經(jīng)過4年的改革嘗試，實踐結(jié)果表明，這樣的教學模式能夠培養(yǎng)學生的自主學習能力，激發(fā)學生的學習興趣，提高學生的實踐能力，最終達到培養(yǎng)學生全方位多角度分析問題和解決實際問題的能力.

課程教學改革; 全方位多角度分析問題; 自主學習能力; 計算機程序設計競賽

0 引言

在把美國計算機協(xié)會(ACM)舉辦的大學生程序設計競賽(ACM/ICPC)引入我國高校后，我國大學生計算機程序設計競賽就此應運而生了[1].大學生計算機程序設計競賽有利于培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和團隊合作能力，培養(yǎng)嚴謹?shù)乃季S能力和全方位多角度分析問題的能力，最終達到提高學生運用知識解決實際問題的能力和實踐能力[2].競賽充分利用了有限的教學資源和人才優(yōu)勢，因材施教，其授課方式或訓練形式與常規(guī)課程的教學有顯著的不同，成功的學科競賽授課方式和培訓形式應用于常規(guī)教學將大大提高相關課程的教學質(zhì)量和效果[3-7].

2005年湖南省計算機教學委員會首次引進國際大學生程序設計競賽，并舉辦第一屆湖南省大學生計算機程序設計競賽，以后每年舉行一次.自2005年以來，通過多年的競賽培訓，不斷地探索和嘗試了各種方法，積累了一些經(jīng)驗，并取得了較為滿意的成績.結(jié)合大學生計算機程序設計競賽規(guī)則和在線培訓系統(tǒng)，并逐步將競賽培訓方法和經(jīng)驗應用到常規(guī)課程教學中，如：“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、“C++程序設計”、“Java語言程序設計”、“計算機算法分析”、“C語言程序設計”等.在保證學生課程常規(guī)教學目標實現(xiàn)的同時，提高他們的多角度分析問題的能力、團隊協(xié)作能力和解決實際問題的能力.

1 基于大學生計算機程序設計競賽的課程教學體系

要想在國際ACM/ICPC或湖南省大學生計算機程序設計競賽中取得較好的成績，學生除了需要深入掌握各種計算機算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的知識外，還需要擁有扎實的數(shù)學知識和較好的計算機程序設計能力，包括計算幾何、數(shù)論和組合數(shù)學等數(shù)學知識，熟練使用C語言程序設計、C++語言程序設計、Java語言程序設計中至少一種程序設計語言，并具備多角度全方位分析問題的能力.大學生計算機程序設計競賽的培訓采用模塊化的教學方法，把培訓內(nèi)容分成很多個知識模塊，集中幾天完成一個模塊的教學和訓練，反復練習、講解和討論，以最快的速度讓學生理解、掌握和靈活應用該模塊的知識.為了提高效率，一般在具有自動評判能力的計算機程序設計在線評判系統(tǒng)(Online Judge)上進行日常訓練，把一個或多個考察的知識點擬成題目，每個題目參照競賽規(guī)則具有特定格式和實際問題背景.學生通過全面的思考后完成解決問題的程序代碼設計，認為正確后在線提交程序代碼，計算機在線評判系統(tǒng)會自動編譯該代碼，運行并評判運行結(jié)果是否正確，并立即給出評判結(jié)果.計算機在線評判系統(tǒng)提供了一個全天候的練習和學習平臺，學生可以在任何自由時間內(nèi)聯(lián)網(wǎng)學習和練習，不受時間和空間的限制，可以迅速掌握各種相關算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等知識，并能提高學生的自主學習能力和解決實際問題的程序設計能力.

圖1 基于程序設計競賽的課程教學體系

基于大學生計算機程序設計競賽的課程教學體系如圖1所示，該體系以大學生計算機程序設計在線評判系統(tǒng)為核心，在課程的常規(guī)教學中嵌入具有實際問題背景的程序設計競賽題目，以分析和講解競賽題目引入常規(guī)教學內(nèi)容，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力，課程的實踐教學完全以程序設計競賽的形式開展，每次實訓課以比賽的形式安排一次實訓練習，要求學生在上課期間完成比賽，并實時顯示做題情況，實時反映上課班級學生做題成績的排名，及時發(fā)現(xiàn)學生存在的問題，以便下次上課時有目的地分析和解決學生普遍存在的問題;同時把各個知識點分布在每一個競賽的題目中，通過分析比賽結(jié)果，更加精確地統(tǒng)計學生對每個知識點的掌握程度，同時可以對多位學生的解題思路進行綜合匯集，給出某個實際問題的多種解題方法，開闊學生的視野，培養(yǎng)學生的發(fā)散思維和全方位多角度分析問題的能力.通過分析學生普遍存在的問題進一步反饋到課程的理論教學中，可以非常清楚地確定課程教學的實際重點和難點內(nèi)容.在課程外拓展學習方面，對計算機程序設計競賽感興趣且有較好基礎的學生組成競賽參賽預備隊，參加每周的課外培訓訓練，講解更加全面和深入的內(nèi)容，使學生深入理解相關內(nèi)容和解題方法，學生也可以通過自學和互相討論接受更多的知識和更廣泛的指導.

在基于大學生計算機程序設計競賽的課程教學體系中，大學生計算機程序設計競賽和常規(guī)課程教學相輔相成、相互促進.學生在常規(guī)課程學習的過程中，通過大學生計算機程序設計競賽及其訓練形式，激發(fā)其運用課程知識分析和解決實際問題的興趣，培養(yǎng)其全方位多角度分析和解決問題的實踐能力，從而更好地理解、掌握和靈活應用課程知識；同時在常規(guī)課程教學中實施大學生計算機程序設計競賽教學方法和訓練形式，有利于課程常規(guī)教學的規(guī)范管理，提高教學效率和效果，同時也能盡早地發(fā)現(xiàn)適合大學生計算機程序設計競賽的參賽選手，以便日后加以培養(yǎng).

2 基于大學生計算機程序設計競賽的課程教學實踐

2.1 競賽相關課程改革

依托我校大學生計算機程序設計競賽培訓，對“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、“C++程序設計”、“Java語言程序設計”、“計算機算法分析”、“C語言程序設計”和“ACM程序設計基礎”等課程常規(guī)教學過程進行了改革，其改革路線圖如圖2所示.

圖2 競賽相關課程教學改革路線圖

課程教學改革路線圖簡單描述如下：(1)構(gòu)建程序設計競賽典型賽題或根據(jù)競賽規(guī)則自擬有代表性的題目，即精選部分競賽題目進行修改后，將其作為課程常規(guī)教學中的實例，通過典型賽題的分析和講解，培養(yǎng)學生應用課程知識來分析和解決實際問題的能力；(2)深入研究課程常規(guī)教學中的實訓大綱，將實訓課分解為多個計算機程序設計競賽賽題，引入實際問題背景，使其既符合大綱要求，又符合競賽規(guī)則，形成標準競賽題目，并適合在計算機程序設計在線評判系統(tǒng)中進行自動評判；(3)在課程教學進程中極容易發(fā)現(xiàn)優(yōu)秀學生，并勸導其加入“競賽預備隊”，跟蹤與培養(yǎng)這些優(yōu)秀學生，還可以讓其成為課程教學的有力幫手；(4)推薦這些優(yōu)秀學生參加各級大學生程序設計競賽，通過舉辦校級比賽和月賽，逐漸讓班上其他學生發(fā)現(xiàn)和認可這些優(yōu)秀學生，并以此為榜樣帶動班級其他學生進行課外學習，進一步深化課程的教學，培訓學生的團隊合作精神和解決實際問題的綜合能力.

課程常規(guī)教學中的每項實訓課題均被改造為10至20道計算機程序設計競賽題目，每門課程要求設計600題以上，讓學生在課外完成，并要求每位學生一個學期至少完成100題，優(yōu)秀學生完成300題以上，否則影響課程成績，通過要求學生多做題目來完善其課程知識結(jié)構(gòu).

2.2 問卷調(diào)查和效果分析

為檢驗基于大學生計算機程序設計競賽的課程教學改革的實施效果，在2009和2010級計算機專業(yè)必修課程“計算機算法分析”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”及“C語言程序設計”等改革課程的學生中進行了問卷調(diào)查，共發(fā)放問卷624份，收回有效問卷596份，調(diào)查內(nèi)容包括:(1)對課程引入程序設計競賽機制的課程教學是否滿意?(2)對課程引入程序設計競賽的實例是否偏難?(3)對引入程序設計競賽的題目是否能培訓多角度分析問題的能力；(4)基于程序設計競賽的教學模式能否培養(yǎng)動手能力；(5)基于程序設計競賽的教學模式中競賽式課內(nèi)實訓是否更加有趣，易于培養(yǎng)在壓力下自助學習的能力和競爭意識；(6)基于程序設計競賽的實訓教學能否培養(yǎng)團隊合作意識和協(xié)作學習意識；(7)基于程序設計競賽的教學模式是否不僅能學到課本上的理論知識，而且能與實際問題相結(jié)合；(8)基于程序設計競賽的教學模式是否起點太高，不容易上手；(9)在課程教學中引入競賽機制是否對學習有幫助；(10)是否希望將基于程序設計競賽的教學模式運用在后續(xù)相關課程的教學中.

調(diào)查結(jié)果表明:學生充分肯定了在“計算機算法分析”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”及“C語言程序設計”等課程教學中引入程序設計競賽機制后的好處：(1)91.1%的被調(diào)查者認為對課程引入程序設計競賽機制的課程教學比較滿意；(2)19.6%的被調(diào)查者認為對課程引入程序設計競賽的有些實例偏難；(3)83.4%的被調(diào)查者認為對引入程序設計競賽的題目能培訓多角度分析問題的能力；(4)79.7%的被調(diào)查者認為基于程序設計競賽的教學模式能培養(yǎng)動手能力；(5)90.8%的被調(diào)查者認為基于程序設計競賽的教學模式中競賽式課內(nèi)實訓更加有趣，易于培養(yǎng)在壓力下自助學習的能力和競爭意識；(6)69.1%的被調(diào)查者認為基于程序設計競賽的實訓教學能培養(yǎng)團隊合作意識和協(xié)作學習意識；(7)65.3%的被調(diào)查者認為基于程序設計競賽的教學模式不僅能學到課本上的理論知識，而且能與實際問題相結(jié)合；(8)29.4%的被調(diào)查者認為基于程序設計競賽的教學模式起點太高，不容易上手；(9)87.2%的被調(diào)查者認為在課程教學中引入競賽機制對學習有幫助；(10)71.8%的被調(diào)查者認為希望將基于程序設計競賽的教學模式運用在后續(xù)相關課程的教學中.分析調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，學習成績好的學生100%希望采用程序設計競賽的教學方式進行教學，避免學生死記課本上的知識內(nèi)容而不會理解應用，比賽的規(guī)則迫使他們深入學習相關內(nèi)容，進一步訓練其具有全方位多角度分析問題的能力；與此同時卻發(fā)現(xiàn)成績差的學生中，有70%以上的學生反對這種方式，也許是采用這種方式后，成績評定更加公平和客觀，這些學生無法得到好成績，甚至考試不及格的原因.近期隨機調(diào)查了2007、2008和2009級畢業(yè)的部分優(yōu)秀學生，從調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)幾乎都認為這樣的方式很好，對就業(yè)后的個人發(fā)展非常有利，能承擔起企業(yè)軟件項目的重要任務和核心工作，有很多后悔沒有加入程序設計競賽隊培訓、沒有機會把知識學透學精；同時也共同指出對剛開始的學生或基礎差的學生入門有點困難，需要一段時間的幫帶著學習，只憑任課教師來輔導是遠遠不夠的，建議組建懷化學院大學生ACM程序設計協(xié)會，希望每周給大一、大二的學生開課輔導，解決入門的常見問題.在綜合考慮了各方因素后，于2013年上半年組建了懷化學院大學生ACM程序設計協(xié)會，每周休息日安排2次免費上課輔導，上課安排在周六或周日，每次3-4小時，上課教師由大學生計算機程序設計競賽教練老師和獲省級三等獎以上或國際大學生程序設計競賽亞洲賽區(qū)獲獎的學生擔任，經(jīng)過一年的嘗試，目前已經(jīng)取得了較好的效果，具體結(jié)果待該方法實踐2年后才能統(tǒng)計分析.

3 結(jié)束語

基于大學生計算機程序設計競賽的課程教學模式將程序設計競賽的比賽規(guī)則與競賽培訓的授課方式和訓練形式引入到課程的常規(guī)教學中，適合于與競賽相關的課程，如“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、“C++程序設計”、“Java語言程序設計”、“計算機算法分析”、“C語言程序設計”和“ACM程序設計基礎”等計算機專業(yè)課程，這種教學模式能夠激發(fā)學生的學習興趣和競爭意識，能夠鍛煉學生的多角度分析問題的能力和實踐動手能力，同時可以培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作意識和自主學習的能力，提高他們學習的積極性和效率，達到熟練掌握課程主要內(nèi)容的目的.目前只針對與程序設計競賽相關的6門計算機專業(yè)課程進行了小范圍的改革與探索，沒有涉及到其它課程，希望通過嘗試形成成功經(jīng)驗后再逐步推廣到其它課程.從問卷調(diào)查和結(jié)果分析顯示該教學模式在保證學生常規(guī)教學目標實現(xiàn)的同時，提供了客觀公平有效的考核方式，促使和調(diào)動了學生學習的積極性，提高了學生全方位多角度分析問題和解決實際問題的能力等方面取得了較好的成效.

[1]郭嵩山,王磊,張子臻.ACM/ICPC與創(chuàng)新型IT人才的培養(yǎng)[J].實驗室研究與探索,2007(12):193-197.

[2]Yunzhou Zhang,Chengdong Wu.Innovation Quality Cultivation of College Students by Scientific Contest[A].First International Workshop on Education Technology and Computer Science[C].2009:515-518.

[3]陳志,李夢澤,馬嫣,等.基于ACM程序設計競賽的常規(guī)教學改革[J].電氣電子教學學報,2011(6):20-22.

[4]洪寶仙,龔冰冰,鮑思偉.地方高校學科競賽的現(xiàn)狀與思考[J].臺州學院學報,2011(4):71-74.

[5]趙嫦花,彭小寧,李曉梅.大學計算機課程教學對培養(yǎng)學生計算思維的影響[J].懷化學院學報,2013(11):97-99.

[6]萬敏.構(gòu)建以學科競賽為契機的大學生能力培養(yǎng)模式[J].西昌學院學報:自然科學版,2011(1):150-152.

[7]周治瑜,王瑞斌,胡麗華,等.學科競賽是培養(yǎng)大學生創(chuàng)新素質(zhì)的重要載體[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學,2008(5):105-106.

TheTeachingReformofCollegeCoursesRelatedtoComputerProgrammingContest

YANG Yu-jun

(DepartmentofComputerEngineering,HuaihuaUniversity,Huaihua,Hunan418008)

To develop students more comprehensive perspective of the ability to analyze and solve practical problems,to promote and mobilize the enthusiasm of students,we propose a system based on college teaching computer programming contest,college students will be introduced to computer programming competition mechanism conventional teaching related courses,and changed the way the traditional curriculum and teaching in the form of lectures,after four years of reform attempts,practice teaching model results show that this can foster students' ability to learn,to stimulate student interest in learning,improve their practical ability to ultimately achieve all-round ability of students to analyze problems and multiple perspectives to solve practical problems.

teaching reform; comprehensive multi-angle analysis of the problem; self-learning ability; computer programming contest

2014-05-04

懷化學院教改項目“基于創(chuàng)新精神和實踐能力培養(yǎng)的模塊化教學模式在學科競賽中的實踐研究——以大學生程序設計學科競賽教學為例”(201125)；湖南省第十屆教學成果三等獎“以學科競賽為平臺,計算機專業(yè)學生實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式的探索與實踐”(湘教通【2013】541號).

楊玉軍，1978年生，男，湖南邵陽人，講師，研究方向：計算機程序設計競賽.

G642.3

A

1671-9743(2014)11-0090-04