從程序設(shè)計(jì)大賽看計(jì)算機(jī)公共課程建設(shè)改革

洪 雄

(重慶理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，重慶 400054)

2012年10月，由重慶計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)、重慶市經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)聯(lián)合主辦，重慶理工大學(xué)承辦的重慶市第三屆大學(xué)生程序設(shè)計(jì)大賽在重慶理工大學(xué)花溪校區(qū)圓滿(mǎn)落下帷幕。總的來(lái)看，參加比賽的高校和學(xué)生越來(lái)越多，學(xué)生參與比賽的熱情和積極性很高，表明學(xué)生增強(qiáng)實(shí)踐動(dòng)手能力的要求越來(lái)越強(qiáng)烈，都想借助比賽充分展示自己的創(chuàng)新能力，進(jìn)一步強(qiáng)化團(tuán)隊(duì)精神和協(xié)作能力，在比賽中印證自己所學(xué)的理論知識(shí)。而與之密切相關(guān)的計(jì)算機(jī)公共課程為比賽提供了理論基礎(chǔ)和實(shí)踐基礎(chǔ)。從程序設(shè)計(jì)大賽對(duì)學(xué)生的要求來(lái)看，計(jì)算機(jī)公共課程建設(shè)尤其是實(shí)踐環(huán)節(jié)的建設(shè)顯得更為迫切和重要。學(xué)校計(jì)算機(jī)公共課程建設(shè)取得了豐碩的成果和長(zhǎng)足的進(jìn)步，如何進(jìn)一步加強(qiáng)計(jì)算機(jī)公共課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的建設(shè)和改革是大家共同關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。在介紹程序設(shè)計(jì)大賽概況和計(jì)算機(jī)公共課程建設(shè)現(xiàn)有成果的基礎(chǔ)上，針對(duì)建設(shè)中的不足，提出了以現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)、基于IC3的網(wǎng)絡(luò)在線輔助教學(xué)和管理平臺(tái)、在線程序設(shè)計(jì)比賽平臺(tái)相結(jié)合的校內(nèi)外考核學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)機(jī)制，并以培養(yǎng)學(xué)生“計(jì)算思維”能力為目標(biāo)進(jìn)行計(jì)算機(jī)公共課程的建設(shè)改革。

1 程序設(shè)計(jì)大賽概況

國(guó)際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽(ACM-ICPC)是由美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)(ACM)主辦的，一項(xiàng)旨在展示大學(xué)生創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)精神和在壓力下編寫(xiě)程序、分析和解決問(wèn)題能力的年度競(jìng)賽［1］。ACM-ICPC以團(tuán)隊(duì)的形式代表各學(xué)校參賽，各隊(duì)最多由3名參賽隊(duì)員組成，每位隊(duì)員必須是在校學(xué)生。競(jìng)賽中至少命題6題，至多命題10題，試題描述為英文，比賽時(shí)間為5 h。預(yù)賽可以使用的語(yǔ)言有C++、C、Java和Pascal，但總決賽只能使用C語(yǔ)言或C++。選手可攜帶任何非電子類(lèi)資料，包括書(shū)籍和打印出來(lái)的程序等。評(píng)委負(fù)責(zé)將結(jié)果(正確或出錯(cuò)的類(lèi)型)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)盡快返回給選手，除此之外不提供任何額外幫助。最后的獲勝者為正確解答題目最多且總用時(shí)最少的隊(duì)伍。和其他的程序設(shè)計(jì)大賽相比，ICPC每隊(duì)只使用1臺(tái)電腦，題量大，時(shí)間顯得更為緊張。因此要求學(xué)生除了有扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)水平外，良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作和心理素質(zhì)同樣是獲勝的關(guān)鍵。程序設(shè)計(jì)大賽考題涉及的范圍較廣，如高等數(shù)學(xué)、組合數(shù)學(xué)、初等數(shù)論、圖論、幾何、運(yùn)籌學(xué)等，要求參賽選手全面發(fā)展，重點(diǎn)考查選手的算法和程序設(shè)計(jì)能力。因此，計(jì)算機(jī)公共課在建設(shè)過(guò)程中，需要強(qiáng)化學(xué)生實(shí)際解決問(wèn)題的能力(算法)，在理論上進(jìn)行指導(dǎo)，在實(shí)踐環(huán)節(jié)加強(qiáng)動(dòng)手能力(程序設(shè)計(jì)能力)的培養(yǎng)。

2 計(jì)算機(jī)公共課程的建設(shè)現(xiàn)狀

大學(xué)計(jì)算機(jī)公共課程包括“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”“圖像處理基礎(chǔ)與應(yīng)用”“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)”“程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言”等。計(jì)算機(jī)公共課程教學(xué)是培養(yǎng)大學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力不可或缺的重要環(huán)節(jié)。

1)目前重慶理工大學(xué)計(jì)算機(jī)公共課程建設(shè)取得了以下成果:

師資隊(duì)伍建設(shè):擔(dān)任計(jì)算機(jī)公共課教學(xué)任務(wù)的教師70%以上擁有教授、副教授的高級(jí)職稱(chēng)，其余的為高級(jí)講師，形成老、中、青搭配合理的教學(xué)隊(duì)伍。他們長(zhǎng)期戰(zhàn)斗在教學(xué)第一線，教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富，授課技巧精湛，年度教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)排名均名列前茅。

精品課程建設(shè):教研室整合教學(xué)資源，積極參與教學(xué)質(zhì)量工程建設(shè)，著力打造計(jì)算機(jī)公共課精品課程，如將“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”建設(shè)成為市級(jí)精品課程，校級(jí)精品課程有“計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)”“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”“Visual FoxPro6.0程序設(shè)計(jì)”等。

教材建設(shè):在總結(jié)多年的課程講授經(jīng)驗(yàn)和指導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐的基礎(chǔ)上，自2006年開(kāi)始，組織教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富和知識(shí)廣博的一線教師，自主編寫(xiě)計(jì)算機(jī)公共課程主教材和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材，先后由中國(guó)鐵道出版社、清華大學(xué)出版社等國(guó)家級(jí)出版社出版。改變了以前使用他人主編教材的現(xiàn)狀，為進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

考核方式的改革:自2010年開(kāi)始，學(xué)校的計(jì)算機(jī)公共課程開(kāi)始全面實(shí)施無(wú)紙化網(wǎng)絡(luò)考核考試改革，徹底實(shí)現(xiàn)了教考分離的目標(biāo)，把一線教師從繁重的瑣碎的教學(xué)工作中解放出來(lái)，集中精力進(jìn)行教學(xué)改革，鞏固課程建設(shè)成果，將更多的精力投入到教學(xué)質(zhì)量工程建設(shè)中來(lái)。

2)課程建設(shè)目前還存在一些不足之處:如開(kāi)放式的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)開(kāi)放，學(xué)生在宿舍或放寒暑假期間無(wú)法利用學(xué)校的開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行自主學(xué)習(xí);現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)無(wú)法完成教師對(duì)每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)跟蹤，不能進(jìn)行在線答疑，還需借助QQ或Email等方式答疑;無(wú)紙化網(wǎng)絡(luò)考試課程的題庫(kù)建設(shè)還需進(jìn)一步加強(qiáng)和完善;學(xué)生在課程學(xué)習(xí)結(jié)束后沒(méi)有一個(gè)合適的平臺(tái)驗(yàn)證自己理論知識(shí)掌握的程度，欠缺增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力的平臺(tái)。

3 計(jì)算機(jī)公共課程建設(shè)改革

計(jì)算機(jī)公共課程建設(shè)改革的內(nèi)容涉及到很多方面，如教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)大綱、考核目標(biāo)等。隨著信息化和網(wǎng)絡(luò)化的不斷普及與深入，社會(huì)動(dòng)態(tài)變化的速度和規(guī)模已經(jīng)提高到一個(gè)前所未有的水平，大家都將面臨更多的問(wèn)題和困難。計(jì)算思維概念的提出對(duì)計(jì)算機(jī)教學(xué)工作提出了挑戰(zhàn)，同時(shí)也為公共課程的教學(xué)指明了方向。程序設(shè)計(jì)大賽是計(jì)算思維教學(xué)過(guò)程中的一個(gè)體驗(yàn)環(huán)節(jié)，學(xué)生通過(guò)參加比賽找到學(xué)習(xí)的成就感和樂(lè)趣，了解自己能用什么樣的思維方法和工具去解決哪些問(wèn)題，總結(jié)在解決問(wèn)題的過(guò)程中有哪些創(chuàng)新，同時(shí)找出自己學(xué)習(xí)的不足。針對(duì)學(xué)校計(jì)算機(jī)公共課程建設(shè)存在的不足，特提出以下改進(jìn)方案:

1)用“計(jì)算思維”武裝計(jì)算機(jī)公共課程建設(shè)?！坝?jì)算思維”(computational thinking)的概念是美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系周以真教授于2006年3月在美國(guó)計(jì)算機(jī)權(quán)威期刊《Communications of the ACM》上提出的。她認(rèn)為，計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及人類(lèi)行為理解的涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。計(jì)算思維是通過(guò)約簡(jiǎn)、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法，把一個(gè)困難的問(wèn)題闡釋為如何求解它的思維方法。計(jì)算思維是一種遞歸思維，是一種采用抽象和分解的方法來(lái)控制龐雜的任務(wù)或進(jìn)行巨型復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì);是一種選擇合適的方式陳述一個(gè)問(wèn)題，或?qū)σ粋€(gè)問(wèn)題的相關(guān)方面建模使其易于處理的思維方法;是按照預(yù)防、保護(hù)及通過(guò)冗余、容錯(cuò)、糾錯(cuò)的方式，并從最壞情況進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)的一種思維方法;是利用啟發(fā)式推理尋求解答，即在不確定情況下的規(guī)劃、學(xué)習(xí)和調(diào)度的思維方法。計(jì)算思維是一種根本技能，是每一個(gè)人為了在現(xiàn)代社會(huì)中發(fā)揮職能所必須掌握的。她認(rèn)為，計(jì)算思維是人類(lèi)求解問(wèn)題的一條途徑，但決非要使人類(lèi)像計(jì)算機(jī)那樣地思考，它被人們用來(lái)求解問(wèn)題、管理日常生活以及與他人進(jìn)行交流和互動(dòng)［4－6］。

因此，堅(jiān)持把“計(jì)算思維”這一基本理念的教育和傳播工作融入計(jì)算機(jī)公共課程建設(shè)是十分必要的。如用“計(jì)算思維”指導(dǎo)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程和程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言課程的建設(shè)，使學(xué)生從計(jì)算機(jī)使用能力提升為計(jì)算機(jī)認(rèn)知能力，對(duì)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生濃厚的興趣，并利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行思維，達(dá)到用“計(jì)算思維”武裝計(jì)算機(jī)公共課程建設(shè)的目的。如姚天昉等［7］在程序設(shè)計(jì)課程中引入“計(jì)算思維”進(jìn)行了實(shí)踐，在課程內(nèi)容、實(shí)踐環(huán)節(jié)等環(huán)節(jié)進(jìn)行了全方位的改革與試驗(yàn)。培養(yǎng)“計(jì)算思維”能力的方式還有很多，譬如各種學(xué)科競(jìng)賽、興趣小組、學(xué)生科研立項(xiàng)等。

2)基于IC3網(wǎng)絡(luò)教學(xué)管理平臺(tái)的推廣。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，學(xué)生自主學(xué)習(xí)已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的發(fā)展趨勢(shì)。e-Learning(電子學(xué)習(xí))概念正在成為全球企業(yè)、教育機(jī)構(gòu)和政府機(jī)構(gòu)認(rèn)真對(duì)待的新事物。IC3(internet and computing core certification，簡(jiǎn)稱(chēng)IC3)，即計(jì)算機(jī)綜合能力考核全球標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證［8－9］，是由微軟辦公軟件全球認(rèn)證管理中心思遞波公司(Certiport)推出的數(shù)字化評(píng)測(cè)與學(xué)習(xí)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)?；贗C3的在線輔助教學(xué)與管理系統(tǒng)目前在中國(guó)大陸由中國(guó)鐵道出版社引進(jìn)，該系統(tǒng)能夠?qū)y(cè)評(píng)、學(xué)習(xí)、練習(xí)、管理與考核等各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)高度集成，有助于實(shí)現(xiàn)教考分離、因材施教等教育理念，并可以幫助教師提升教學(xué)管理的效率和科學(xué)性，進(jìn)而進(jìn)行可定量分析的教學(xué)質(zhì)量控制及改進(jìn)［10－11］。IC3符合教育改革，與國(guó)際接軌，可以讓更多的老師和學(xué)生了解、接觸國(guó)外的先進(jìn)理念和教育成果，為我們的教育改革行動(dòng)提供借鑒。該平臺(tái)的使用突破了學(xué)?，F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)或考試平臺(tái)的范圍限制，學(xué)生可以在宿舍、家里使用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行在線學(xué)習(xí)，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供了方便。同時(shí)，學(xué)生通過(guò)在線考試還能獲得一張國(guó)際通用的計(jì)算機(jī)綜合應(yīng)用能力證書(shū)!

3)建立在線OPC平臺(tái)。針對(duì)程序設(shè)計(jì)大賽的需求，進(jìn)一步提高學(xué)生參與實(shí)踐教學(xué)的積極性，增強(qiáng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力和強(qiáng)化計(jì)算機(jī)編程的能力。引入ICPC競(jìng)賽機(jī)制建立網(wǎng)上在線OPC(open programming contest)平臺(tái)，讓學(xué)生在程序設(shè)計(jì)課程結(jié)束后能自發(fā)組織各種規(guī)模的比賽，如以宿舍、班級(jí)、年級(jí)為單位進(jìn)行比賽，或由學(xué)校組織的全校范圍內(nèi)的比賽。在比賽中，學(xué)生查找自己的不足之處，根據(jù)實(shí)際問(wèn)題提出的要求進(jìn)行補(bǔ)充，對(duì)自己感興趣的問(wèn)題進(jìn)行探索和大膽創(chuàng)新，培養(yǎng)“計(jì)算思維”的能力。比賽的題目由教師定期更新，把握題目的難度和知識(shí)點(diǎn)的廣度。

4)改革考核評(píng)價(jià)方式。目前，重慶理工大學(xué)計(jì)算機(jī)公共課程雖然摒棄了傳統(tǒng)的筆試考核方式，實(shí)現(xiàn)了無(wú)紙化上機(jī)考試，但是對(duì)學(xué)生的考核評(píng)價(jià)方式還須進(jìn)一步改革。如程序設(shè)計(jì)試卷中加強(qiáng)編程能力的考核內(nèi)容，主觀題分?jǐn)?shù)占總分的比例增大，強(qiáng)化學(xué)生實(shí)際動(dòng)手編程的能力。

4 結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算機(jī)公共課程建設(shè)涉及面廣，程序設(shè)計(jì)大賽只是課程建設(shè)過(guò)程中的一個(gè)參照物。程序設(shè)計(jì)大賽和課程建設(shè)之間是相輔相成的，程序設(shè)計(jì)大賽中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題會(huì)促使教師在教學(xué)中的改進(jìn)和提高，加強(qiáng)課程建設(shè)力度;反之，課程建設(shè)和改革的效果將直接影響和作用于大賽，指導(dǎo)大賽獲得更好的成績(jī)。大賽不但為學(xué)生提供了展示自己的平臺(tái)，加強(qiáng)了實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)，同時(shí)也培養(yǎng)了大學(xué)生的“計(jì)算思維”能力，促使計(jì)算機(jī)公共課程在教學(xué)實(shí)踐方面的進(jìn)一步改革，對(duì)質(zhì)量工程建設(shè)也大有裨益。

當(dāng)然，關(guān)于如何將“計(jì)算思維”融入到課程建設(shè)中還需討論和試驗(yàn)，加快計(jì)算思維的教學(xué)體系建設(shè)和教學(xué)方法的改革，將隨著整個(gè)高等教育教學(xué)體系與教學(xué)方法的改革和人才培養(yǎng)質(zhì)量問(wèn)題而逐步凸顯出來(lái)。

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