張立敏，吳 濤，吳 東

（嶺南師范學(xué)院 信息工程學(xué)院，廣東 湛江524048）

我國目前已擁有了大量的初級(jí)計(jì)算機(jī)人才資源，但重心偏低，特別是高校畢業(yè)生，缺乏創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，高素質(zhì)軟件人才的缺乏已成為制約我國軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸[1]。當(dāng)前，各大高校計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)學(xué)歷教育周期長、教學(xué)內(nèi)容更新緩慢、教學(xué)方式與考核方式單一，應(yīng)用實(shí)踐偏少，就業(yè)壓力相對(duì)較大，只有深入開展人才培養(yǎng)模式改革，并進(jìn)行深度的專業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，才能適應(yīng)市場需求[2]。在本科應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量越來越受關(guān)注的今天，各高校在人才培養(yǎng)模式方面，尤其是教學(xué)模式和教學(xué)方法方面開展了大量的研究工作[3]，同時(shí)更加注重學(xué)習(xí)方式和考核方式的改革與創(chuàng)新。

計(jì)算機(jī)教學(xué)改革離不開程序設(shè)計(jì)類課程的改革，程序設(shè)計(jì)不可避免的與各類競賽相關(guān)聯(lián)，其中ACM-ICPC（ACM International Collegiate Programming Contest，國際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競賽）和全國軟件專業(yè)人才設(shè)計(jì)與創(chuàng)業(yè)大賽與課程教學(xué)的結(jié)合最為緊密。以ACM-ICPC為基礎(chǔ)的教學(xué)改革研究已逐步深入，主要集中在課程教學(xué)中如何引入ACM-ICPC[4-5]，如何構(gòu)建基于競賽的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新平臺(tái)[6]，以及如何實(shí)施競教結(jié)合[7]三個(gè)方面。

程序設(shè)計(jì)競賽涉及的課程不僅僅包括C語言和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，還包括JAVA程序設(shè)計(jì)、ACM程序設(shè)計(jì)、算法設(shè)計(jì)與分析等，覆蓋了計(jì)算機(jī)專業(yè)主要的必修課程，競賽式教學(xué)所體現(xiàn)的競教結(jié)合的教學(xué)思路與教育部大力推進(jìn)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)改革的思路相輔相成，程序設(shè)計(jì)競賽與課程教學(xué)的結(jié)合在培養(yǎng)學(xué)生基本素質(zhì)方面具有較好的教學(xué)效果[8]，能夠有效的促進(jìn)信息學(xué)科創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)[9]。

一、程序設(shè)計(jì)能力現(xiàn)狀分析

不同地域、不同類型的高校之間，學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)差別很大，尤其是地方高校，學(xué)生理論基礎(chǔ)薄弱，編程能力亟待提高。為了能夠準(zhǔn)確地了解地方高校大學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力狀況，針對(duì)嶺南師范學(xué)院計(jì)算機(jī)專業(yè)3個(gè)年級(jí)共584名在校大學(xué)本科生發(fā)放《程序設(shè)計(jì)能力調(diào)查問卷》，問卷基于目的性、邏輯性、通俗性和便于處理性原則，主體設(shè)計(jì)包括是否式、選擇式和評(píng)判式三種類型，按照一般調(diào)查問卷的基本步驟和原則進(jìn)行，共回收有效問卷575份，有效回收率為98.46%，符合抽樣調(diào)查對(duì)回收率的要求。

1.學(xué)生缺乏編程興趣

興趣是最好的老師，學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)的喜好程度會(huì)直接影響對(duì)相關(guān)課程的喜好程度，進(jìn)而影響學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)效果。在575份有效問卷中，僅362人選擇喜歡編程，占總?cè)藬?shù)的62.96%，將近4成學(xué)生不喜歡編程，究其原因，地方性本科院校招生時(shí)的第一志愿錄取率不高是關(guān)鍵因素之一。另一方面，師范類院校男女生比例較工科性專業(yè)院校而言，女生比例相對(duì)偏高，也在很大程序上影響了整體對(duì)程序設(shè)計(jì)的興趣。在選擇喜歡編程的362人中，男生241人，女生121人，不喜歡編程的211人中，男生92人，女生119人，男女差異十分明顯，突顯了工科專業(yè)以男生為主的特點(diǎn)。進(jìn)一步按不同專業(yè)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如表1所示。

表1 不同專業(yè)對(duì)程序設(shè)計(jì)的喜好程度對(duì)比

總體上，喜歡程序設(shè)計(jì)的學(xué)生略多于不喜歡的，其中，軟件專業(yè)接近7成的學(xué)生選擇喜歡程序設(shè)計(jì)，明顯高于其他專業(yè)。

2.課堂教學(xué)引導(dǎo)缺失

有人說，程序設(shè)計(jì)能力的提高主要就是 “編程、編程、再編程”，可見勤于練習(xí)對(duì)程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)是多么的重要。而實(shí)際情況是學(xué)生的主觀能動(dòng)性和自學(xué)能力有限，課堂教學(xué)引導(dǎo)缺失，課后練習(xí)目的性和方向性不明，積極性不高。程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)的理論與實(shí)踐學(xué)時(shí)有限，教學(xué)重點(diǎn)集中在語法知識(shí)點(diǎn)的講解上，學(xué)生對(duì)課外練習(xí)環(huán)節(jié)重視不夠，自主學(xué)習(xí)意識(shí)不強(qiáng)，從而導(dǎo)致知識(shí)點(diǎn)的理解不夠深入。

表2 學(xué)習(xí)遇到困難選擇的解決方式

如表2所示，學(xué)生在遇到問題時(shí)不善于找教師尋求幫助，而是自己嘗試解決，以及和同學(xué)協(xié)同解決，教師的作用在不斷弱化當(dāng)中。問卷中有一項(xiàng)關(guān)于知識(shí)獲取途徑的問題，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示。

表3 算法知識(shí)獲取的主要途徑

我們發(fā)現(xiàn)，目前學(xué)生掌握算法知識(shí)的主要途徑是自學(xué)，在網(wǎng)絡(luò)上我們可以找到大量的有關(guān)程序設(shè)計(jì)的討論貼，這些討論帖的存在說明學(xué)生自組織學(xué)習(xí)的能力在不斷強(qiáng)化，教師的教學(xué)功能在不斷的弱化，此時(shí)，課堂教學(xué)引導(dǎo)顯得尤其重要。

3.自主學(xué)習(xí)意識(shí)不強(qiáng)

程序設(shè)計(jì)最初階段的理論學(xué)習(xí)是必不可少的，但僅僅依靠課堂學(xué)習(xí)就希望達(dá)到掌握程序設(shè)計(jì)是不現(xiàn)實(shí)的，學(xué)生必須學(xué)會(huì)獨(dú)立思考，培養(yǎng)主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)。調(diào)查問卷中有1項(xiàng)關(guān)于愿意花費(fèi)多少時(shí)間去學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的問題，33%的學(xué)生每天僅愿意花費(fèi)不足半小時(shí)用于編程練習(xí)，僅有13%的學(xué)生每天愿意花費(fèi)超過2小時(shí)用于編程。如圖1所示，大部分學(xué)生不愿意在程序設(shè)計(jì)方面投入過多的時(shí)間，主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)不強(qiáng)。

圖1 愿意用于程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)的時(shí)間

另一方面，隨著入學(xué)時(shí)間的增加，參加程序設(shè)計(jì)競賽的動(dòng)力也在慢慢發(fā)生變化。如表4所示，年級(jí)越高，興趣所占比重越來越低，被動(dòng)學(xué)習(xí)的因素越來越大，學(xué)生的激情慢慢的退卻，程序設(shè)計(jì)競賽難度偏大和學(xué)習(xí)惰性是最重要的影響因素。

表4 各年級(jí)學(xué)生參加程序設(shè)計(jì)競賽的目的

同樣的情況也出現(xiàn)在時(shí)間花費(fèi)上，如表5所示，隨著入學(xué)時(shí)間的增加，學(xué)生愿意投入程序設(shè)計(jì)競賽的時(shí)間越來越少。

表5 各年級(jí)愿意投入程序設(shè)計(jì)競賽的時(shí)間

值得注意的是，三年級(jí)學(xué)生當(dāng)中有超過4成的學(xué)生愿意投入一學(xué)期參加程序設(shè)計(jì)競賽，明顯高于半學(xué)期的21.77%，說明相當(dāng)一部分學(xué)生認(rèn)識(shí)到程序設(shè)計(jì)競賽的積極作用，愿意投入其中以取得進(jìn)步，但是主動(dòng)性不夠，缺少克服困難的毅力。

4.專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)薄弱

地方高校錄取分?jǐn)?shù)線相對(duì)重點(diǎn)院校而言偏低，特別是師范類院校工科專業(yè)，數(shù)學(xué)成績有相當(dāng)一部分不夠理想，后續(xù)又沒有給予足夠的重視，導(dǎo)致數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱。程序設(shè)計(jì)需要較高的數(shù)學(xué)功底，特別是算法設(shè)計(jì)部分，對(duì)于缺乏數(shù)學(xué)思維的學(xué)生來說，編程學(xué)習(xí)與能力提高顯得非常困難。在問卷當(dāng)中有一道多選題，讓學(xué)生勾選不超過4項(xiàng)自己認(rèn)為在算法方面最欠缺的知識(shí)，如表6所示，僅有不到24%的學(xué)生選擇在3項(xiàng)以內(nèi)，在針對(duì)這部分學(xué)生的訪談中發(fā)現(xiàn)，他們之所以選擇3項(xiàng)以內(nèi)并不是因?yàn)椴磺啡蔽垂催x算法，而是因?yàn)槟切┪垂催x的算法聽都沒聽過。

表6 算法知識(shí)欠缺多少的選擇

學(xué)生認(rèn)為最欠缺的算法知識(shí)中，排在前三位的分別是動(dòng)態(tài)規(guī)劃、貪心算法、和圖論，分別占13.00%、9.17%和7.23%，而這些都需要較強(qiáng)的數(shù)學(xué)功底。數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱導(dǎo)致算法知識(shí)欠缺，進(jìn)一步影響程序設(shè)計(jì)能力的提高，影響人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，最終影響學(xué)生就業(yè)。

二、對(duì)策及方法

通過引入競賽式教學(xué)改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式和教學(xué)方法，實(shí)施新的學(xué)習(xí)方式和考核方式，從根本上提升地方高校程序設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)質(zhì)量。

1.教學(xué)模式的改變

當(dāng)前，越來越多的高校計(jì)算機(jī)專業(yè)已經(jīng)借助程序設(shè)計(jì)競賽平臺(tái)開展教學(xué)改革，其中，基于ACM-OJ（ACM Online Judge，ACM在線判題系統(tǒng)）的改革比較成熟。ACM-OJ中包含大量的問題（稱為Problem），這些Problem不僅包括歷年競賽試題，也包括各教學(xué)單位原創(chuàng)的問題庫?；诔绦蛟O(shè)計(jì)類課程群的問題庫被集成到ACM-OJ當(dāng)中，形成優(yōu)質(zhì)的數(shù)字教學(xué)資源，方便所有師生選擇并獲取。Problem通過分類使學(xué)生可以自主選擇學(xué)習(xí)最感興趣的，或者是最亟需獲取的知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而掌握學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)。程序設(shè)計(jì)競賽平臺(tái)擴(kuò)展了計(jì)算機(jī)教學(xué)的手段與范圍，推進(jìn)了教學(xué)從“知識(shí)傳遞”向“能力培養(yǎng)”的轉(zhuǎn)變。

程序設(shè)計(jì)競賽平臺(tái)的建立在滿足高校計(jì)算機(jī)專業(yè)課堂教學(xué)需求的同時(shí)，也為廣大程序愛好者提供了終身學(xué)習(xí)的有效支持，在提高教育質(zhì)量的同時(shí)促進(jìn)了教育公平。借助程序設(shè)計(jì)競賽大范圍的影響，以及互聯(lián)網(wǎng)的深度融合，甚至于教育云與教育大數(shù)據(jù)的強(qiáng)大支撐，這種競賽式教學(xué)能夠開創(chuàng)一種全新的、協(xié)作的、競爭的、開放的教學(xué)模式。

2.教學(xué)方法的改變

目前，地方高校的大部分程序設(shè)計(jì)類課程均以語法講解為主，過分注重知識(shí)細(xì)節(jié)[10]，割裂了程序設(shè)計(jì)的完整思路。語法是程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，但不是全部，只有在具體的應(yīng)用中才能產(chǎn)生價(jià)值。將知識(shí)點(diǎn)融入到具體問題之中，培養(yǎng)程序思維能力和解決問題能力，更有利于知識(shí)的掌握。競賽式教學(xué)中，問題的設(shè)置可以針對(duì)特定的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，兼顧知識(shí)點(diǎn)之間相互聯(lián)系，將規(guī)律性的方法融入其中。競賽式教學(xué)以問題解答為主線，穿插語法講解，注重現(xiàn)場演示，課堂教學(xué)與程序設(shè)計(jì)過程深度融合，有助于構(gòu)建良好的課堂生態(tài)，提高教學(xué)質(zhì)量。

另一方面，程序設(shè)計(jì)類課程實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)案例的數(shù)量嚴(yán)重不足、質(zhì)量參差不齊，用于學(xué)生課內(nèi)外程序設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練的題目相對(duì)較少，與課堂教學(xué)無法相輔相成。課后練習(xí)大多來源于教材，局限于某個(gè)特定知識(shí)點(diǎn)，只有競賽性質(zhì)的題目才更具備綜合性，能夠全方面地涉及整個(gè)專業(yè)知識(shí)領(lǐng)域，同時(shí)又與實(shí)際生活密切聯(lián)系，能夠綜合訓(xùn)練學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力。通過競教結(jié)合設(shè)計(jì)的教學(xué)案例不容易讓學(xué)生產(chǎn)生厭煩情緒，感覺為了編程而編程，而是實(shí)實(shí)在在的解決科學(xué)問題，同時(shí)領(lǐng)會(huì)到算法的實(shí)際用途。

3.學(xué)習(xí)方式的改變

在信息技術(shù)的持續(xù)影響下，學(xué)習(xí)方式進(jìn)一步多元化、網(wǎng)絡(luò)化和個(gè)性化，競賽式教學(xué)平臺(tái)的出現(xiàn)充分體現(xiàn)了這些特點(diǎn)。無論是在課堂，還是在宿舍，又或者是寒暑假呆在家里，只要有網(wǎng)絡(luò)，都可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)獲取個(gè)性化的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)支持。與此同時(shí)，基于Problem的討論貼從學(xué)習(xí)者的提問中來，由學(xué)習(xí)者相互解答，更能融入學(xué)生所想，便于學(xué)生理解和掌握知識(shí)，通過PC、手機(jī)、平板電腦等多種終端設(shè)備隨時(shí)查閱，便于隨時(shí)、隨地、隨需地開展移動(dòng)學(xué)習(xí)，這種無所不在的交流方式將徹底改變傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式。

另一方面，學(xué)生可以基于自身基礎(chǔ)的實(shí)際情況來調(diào)整學(xué)習(xí)進(jìn)度，通過網(wǎng)絡(luò)討論貼來分享學(xué)習(xí)心得和進(jìn)行深入探討。競賽式教學(xué)使得學(xué)習(xí)方式更加靈活，積極性更加高漲，學(xué)生的興趣、特長和潛能得以更加充分的發(fā)揮，在提高學(xué)習(xí)效率的同時(shí)，創(chuàng)造了一個(gè)“因材施教”的過程?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”時(shí)代，學(xué)習(xí)方式將不再受限于特定的時(shí)間和空間，競賽式教學(xué)為終身學(xué)習(xí)、泛在學(xué)習(xí)提供了有效的支撐平臺(tái)。

4.考核方式的改變

傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)類課程大多采用筆試形式，無論是開卷或閉卷，每次考試的重點(diǎn)都放在語法知識(shí)點(diǎn)上，缺乏對(duì)應(yīng)用能力的考查，往往學(xué)生通過死記硬背都能通過考試。競賽式教學(xué)基于試題庫來開展教學(xué)活動(dòng)，競賽試題往往區(qū)別于傳統(tǒng)的課后習(xí)題，具備更強(qiáng)的綜合性和應(yīng)用性，更加貼近實(shí)際問題，能夠更有利于學(xué)生解決問題能力的提高。

基于競賽平臺(tái)開展的練習(xí)與測試均采用上機(jī)形式，從不同知識(shí)點(diǎn)的角度將同一個(gè)任務(wù)細(xì)化成多個(gè)形式的試題并建立題庫[11]，學(xué)生日常通過題庫上機(jī)練習(xí)和鍛煉，可以極大的提高實(shí)際編程能力和解決問題的能力。教學(xué)團(tuán)隊(duì)可以定期在平臺(tái)發(fā)布針對(duì)不同年級(jí)、不同班級(jí)的各類競賽試題，從而有針對(duì)性的開展課后學(xué)習(xí)，加深對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的理解和應(yīng)用。競賽式上機(jī)考核方式可以極大的點(diǎn)燃學(xué)生的編程熱情，提高學(xué)生的主動(dòng)性和編程能力，建立良好的學(xué)習(xí)氛圍。

三、教學(xué)效果的驗(yàn)證

2013年至今，嶺南師范學(xué)院在C語言程序設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中引入競賽式教學(xué)，通過數(shù)據(jù)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)教學(xué)改革取得了一定的成績。通過競賽式教學(xué)，學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)語言的語法理解更為深入透徹，大量的Problem讓學(xué)生更加明確知識(shí)點(diǎn)在實(shí)際問題中的應(yīng)用，討論貼更是幫助學(xué)生以自己的語言和思維去討論并解決問題，并掌握其解答的思路及編程的方法。

通過統(tǒng)計(jì)2013級(jí)與2014級(jí)C語言程序設(shè)計(jì)課程的期末成績（見圖2）可以看出，2014級(jí)當(dāng)中，75分至90分的人數(shù)比例高達(dá)85.26%，明顯高于2013級(jí)的51.20%，大部分同學(xué)的分?jǐn)?shù)較以往有所提高，對(duì)程序設(shè)計(jì)思想的理解更加明確，也更為清晰。

圖2 C語言程序設(shè)計(jì)成績對(duì)比圖

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與C語言程序設(shè)計(jì)密切相關(guān)，在一定程度上C語言掌握的好壞程度直接影響著數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的成績。進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)2013級(jí)與2014級(jí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的期末成績（見圖3）可以看出，低分區(qū)域（70分以下）2014級(jí)人數(shù)比例低于2013級(jí)，高分區(qū)域（80分以上）2014級(jí)人數(shù)比例高于2013級(jí)，經(jīng)過C語言程序設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)，以及競賽式程序設(shè)計(jì)訓(xùn)練，算法的編寫能力也得到了提升。

如圖3所示，引入競賽式教學(xué)后學(xué)生的成績分布曲線的重心向右偏移，高分區(qū)域（80分以上）人數(shù)比例增加，各年級(jí)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程成績?nèi)绫?所示，平均成績提高約2個(gè)百分點(diǎn)。

圖3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)成績對(duì)比圖

表7 各年級(jí)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程成績

競賽式教學(xué)引入程序設(shè)計(jì)類課程提升了學(xué)習(xí)興趣，豐富了課后練習(xí)，強(qiáng)化了教學(xué)引導(dǎo)，學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力得到了大幅的提升，教學(xué)效果進(jìn)一步改善。

本文在分析地方高校大學(xué)生程序設(shè)計(jì)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出將競賽式教學(xué)引入教學(xué)當(dāng)中，從教學(xué)模式、教學(xué)方法等4個(gè)方面探討了競賽式教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行了對(duì)比分析。后續(xù)工作的重點(diǎn)在于競賽式教學(xué)與程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)的深度融合，通過教學(xué)實(shí)踐探索競賽式教學(xué)在課堂生態(tài)構(gòu)建中的機(jī)理和作用，以提升學(xué)生的創(chuàng)新能力與專業(yè)素質(zhì)，支持高校“應(yīng)用型”轉(zhuǎn)型。

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