采用ACM競(jìng)賽模式改革計(jì)算機(jī)程序類課程教學(xué)探索

費(fèi)雄偉 周建存 陳偉宏

摘要：針對(duì)計(jì)算機(jī)程序類課程的實(shí)踐訓(xùn)練效果欠佳的問(wèn)題，分析了問(wèn)題產(chǎn)生的原因。以問(wèn)題教學(xué)法為基礎(chǔ)，采用ACM競(jìng)賽模式（國(guó)際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽模式）來(lái)改革計(jì)算機(jī)程序類課程教學(xué)，給出了改革方案的理論依據(jù)、具體內(nèi)容和實(shí)施過(guò)程。實(shí)際效果表明，該改革方案能有效地提升計(jì)算機(jī)程序類課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞：實(shí)踐訓(xùn)練；ACM競(jìng)賽模式；教學(xué)質(zhì)量；教學(xué)效率

作者簡(jiǎn)介：費(fèi)雄偉（1980-），男，湖南祁陽(yáng)人，湖南城市學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院，講師；周建存（1977-），男，湖南寧鄉(xiāng)人，湖南城市學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院，副教授。（湖南 益陽(yáng) 413000）

基金項(xiàng)目：本文系湖南省教育廳教改項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：湘教通[2012]401號(hào)379）、湖南省高等學(xué)校教學(xué)改革研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：湘教通[2011]315號(hào)345）、湖南省教育科學(xué)規(guī)劃院課題（課題編號(hào)：XJK011CGD037）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）06-0098-02

計(jì)算機(jī)程序類課程是培養(yǎng)計(jì)算機(jī)各專業(yè)學(xué)生學(xué)會(huì)編程或者完成軟件產(chǎn)品的課程。它的教學(xué)成敗關(guān)系到學(xué)生是否具有計(jì)算機(jī)專業(yè)工作能力，能否滿足市場(chǎng)的需要，能否找到合適的工作。因此在我國(guó)各高等院校將其作為核心課程，師資投入也很大。但目前我國(guó)的計(jì)算機(jī)程序類課程存在著如下幾個(gè)問(wèn)題：

第一，程序類課程實(shí)踐訓(xùn)練題型單調(diào)。學(xué)生往往根據(jù)理論教學(xué)對(duì)應(yīng)的章節(jié)知識(shí)點(diǎn)練習(xí)書后的練習(xí)題。這些練習(xí)題存在缺乏對(duì)應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景、難度較低、無(wú)法發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)造性思維等缺點(diǎn)，造成學(xué)生對(duì)其興趣不足或者訓(xùn)練不夠。[1]對(duì)于需要提高編程能力的學(xué)生而言，他們需要挑戰(zhàn)性的題目來(lái)訓(xùn)練自己。為了吸引學(xué)生利用課余時(shí)間練習(xí)程序，需要有實(shí)際應(yīng)用背景的題目，能激發(fā)學(xué)生興趣的題目。

第二，程序類課程實(shí)踐效果評(píng)價(jià)不客觀。學(xué)生完成程序類課程的實(shí)踐練習(xí)后，一般由老師檢查實(shí)踐練習(xí)的結(jié)果并進(jìn)行評(píng)價(jià)。[2]有時(shí)，程序能在幾次運(yùn)行時(shí)保持正確，但程序本身錯(cuò)誤。以教師只通過(guò)有限次地運(yùn)行程序來(lái)斷定是否正確，可能存在著偏頗。所以教師對(duì)實(shí)踐效果的評(píng)價(jià)并不科學(xué)，存在著某些結(jié)果正確但程序錯(cuò)誤的情況，而學(xué)生提交的程序作業(yè)種類和版本各異，造成教師評(píng)價(jià)工作量過(guò)大，評(píng)價(jià)質(zhì)量不高等問(wèn)題。

第三，程序類課程實(shí)踐缺乏反饋。傳統(tǒng)的程序類實(shí)踐課程沒(méi)有平臺(tái)的支撐，無(wú)法統(tǒng)計(jì)學(xué)生完成的程序存在的問(wèn)題，也無(wú)法知道學(xué)生之間的差異，無(wú)法發(fā)揮實(shí)踐反饋的作用。若能利用計(jì)算平臺(tái)分析學(xué)生完成程序作業(yè)的情況，找到存在的問(wèn)題，針對(duì)性地加以輔導(dǎo)和講解，對(duì)提高學(xué)生編程能力的提高很有好處。為了解決上述問(wèn)題，采用ACM競(jìng)賽模式改革計(jì)算機(jī)程序類課程教學(xué)，系統(tǒng)地提出方案的理論依據(jù)、具體內(nèi)容和實(shí)施過(guò)程。

一、ACM競(jìng)賽模式教學(xué)改革

ACM（Association of Computing Machinery）競(jìng)賽，即國(guó)際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽，始于1970年，由美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)（Association of Computing Machinery）主辦的一年一屆的國(guó)際性賽事。該賽事的目的是展示大學(xué)生分析問(wèn)題、設(shè)計(jì)算法、編寫程序、解決問(wèn)題的綜合能力，同時(shí)采用3人一組的形式，也賽出大學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作和組織能力。[3]經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，它已成為全球大學(xué)生計(jì)算機(jī)程序能力競(jìng)賽活動(dòng)中最有影響的一項(xiàng)賽事。ACM由3名隊(duì)員為一組代表所在學(xué)校參賽，比賽形式為每隊(duì)使用1臺(tái)計(jì)算機(jī)在5個(gè)小時(shí)編程解決6至10個(gè)挑戰(zhàn)性問(wèn)題。編程可以使用C、C++或Java，完成之后提交給判題系統(tǒng)。判題系統(tǒng)通過(guò)運(yùn)行大量的測(cè)試用例來(lái)判定答案正誤或其他問(wèn)題（超時(shí)或超內(nèi)存）并返回給選手。比賽的第一名頒發(fā)金牌，要求正確答題數(shù)最多且總用時(shí)最少（用以區(qū)分正確結(jié)題數(shù)目一致的排名）。以后的排名，先按正確答題數(shù)，同正確答題數(shù)時(shí)按總用時(shí)少的方式排序。排名第2和排名第3的分別頒發(fā)銀牌和銅牌?；贏CM競(jìng)賽模式的教學(xué)改革指采用ACM競(jìng)賽的辦法，以靈活地方式組織學(xué)生按照ACM判題的方法進(jìn)行程序設(shè)計(jì)練習(xí)或測(cè)試的一種模式，旨在提高學(xué)生對(duì)編程的興趣、學(xué)習(xí)效率和評(píng)價(jià)客觀性。[4]

二、計(jì)算機(jī)程序類課程實(shí)踐教學(xué)改革方案

1.方案理論依據(jù)

該方案的理論依據(jù)來(lái)自問(wèn)題教學(xué)法。問(wèn)題教學(xué)法首先由前蘇聯(lián)教育家馬赫穆托夫等人提出并倡導(dǎo)。該方法首先由教師根據(jù)教學(xué)任務(wù)設(shè)計(jì)出教學(xué)問(wèn)題，同時(shí)將問(wèn)題創(chuàng)設(shè)一個(gè)問(wèn)題情景，然后，向?qū)W生提出教學(xué)問(wèn)題及其情境，激發(fā)學(xué)生熱情和探索未知的興趣，接著要求學(xué)生利用已有的知識(shí)水平，分析問(wèn)題、創(chuàng)造性地解決問(wèn)題，最后提升為對(duì)知識(shí)的獲得和能力的鍛煉。[5]

問(wèn)題教學(xué)法相對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)而言，有著明顯的優(yōu)勢(shì)，[5]主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

（1）學(xué)生的教學(xué)活動(dòng)模式方面的優(yōu)勢(shì)。問(wèn)題教學(xué)的學(xué)生活動(dòng)模式為“產(chǎn)生困窘—探索—掌握”；而傳統(tǒng)教學(xué)學(xué)生活動(dòng)模式則是“聽—記—練”，顯然問(wèn)題教學(xué)在學(xué)生活動(dòng)模式方面更為主動(dòng)，更能激發(fā)學(xué)生的能動(dòng)性。

（2）問(wèn)題定位方面的優(yōu)勢(shì)。問(wèn)題教學(xué)法把問(wèn)題定位為有智力價(jià)值的教學(xué)材料，并為該材料設(shè)置情境，用來(lái)引導(dǎo)教學(xué)過(guò)程，而傳統(tǒng)教學(xué)把問(wèn)題定位為學(xué)生接受知識(shí)過(guò)程要經(jīng)歷的考驗(yàn)，用來(lái)做作業(yè)或考查學(xué)業(yè)成績(jī)。顯然問(wèn)題教學(xué)對(duì)問(wèn)題的定位比傳統(tǒng)教學(xué)對(duì)問(wèn)題的定位更為科學(xué)和客觀。

（3）教學(xué)程序方面的優(yōu)勢(shì)。問(wèn)題教學(xué)的教學(xué)程序是首先創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，再經(jīng)歷探索，把未知?jiǎng)?chuàng)造為已知，而傳統(tǒng)教學(xué)的教學(xué)程則相反，首先向?qū)W生傳授現(xiàn)有知識(shí)，再要求學(xué)生把已知應(yīng)用到未知中去。顯然問(wèn)題教學(xué)的教學(xué)程序能滿足人的探索欲望，體會(huì)了獲得知識(shí)的過(guò)程和樂(lè)趣，教學(xué)程序更為積極。

問(wèn)題教學(xué)法的操作難點(diǎn)主要是對(duì)教師的教學(xué)技能要求高。這是因?yàn)閱?wèn)題教學(xué)法，圍繞問(wèn)題展開，以創(chuàng)造性解決問(wèn)題為中心，以任務(wù)的完成和升華來(lái)結(jié)束。因此問(wèn)題情境顯得尤為關(guān)鍵，這就需要精心設(shè)置問(wèn)題，并置入一個(gè)現(xiàn)實(shí)貼切的情境中去，所以對(duì)教師而言難度較大，要求也高。對(duì)此，教師必須系統(tǒng)地經(jīng)過(guò)這些方面的教學(xué)技能培訓(xùn)。為了解決教師在程序設(shè)計(jì)類課程中實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)技能培訓(xùn)方面的不足，利用ACM平臺(tái)，集合各個(gè)專業(yè)教師和計(jì)算機(jī)專家的力量，并引入專家判題的形式，為實(shí)施問(wèn)題教學(xué)提供了條件和資源。目前北京大學(xué)、浙江大學(xué)、杭州電子科技大學(xué)等都在網(wǎng)上開放了基于ACM模式的在線判題系統(tǒng)（Online Judge System）。[6]教師可以利用它，進(jìn)行在線的出題，選擇題目進(jìn)行測(cè)試或練習(xí)。它的題目數(shù)目很多，涉及到計(jì)算機(jī)程序類課程的各種算法和應(yīng)用，學(xué)生可以自由練習(xí)也可以由教師指定題目進(jìn)行練習(xí)，重要的是能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)的判題，也能給出反饋信息和排名情況。

2.方案具體內(nèi)容

作為湖南城市學(xué)院而言，由于計(jì)算機(jī)專業(yè)辦學(xué)時(shí)間短，積累和沉淀少，可以利用其他大學(xué)的基于ACM的在線判題系統(tǒng)。筆者選擇的是杭州電子科技大學(xué)的在線判題系統(tǒng)，因?yàn)樗念}型適合應(yīng)用型本科院校的需求，且提供了對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)，幫助其使用和循序漸進(jìn)地學(xué)好計(jì)算機(jī)編程。[7]改革的課程是筆者開設(shè)的計(jì)算機(jī)程序類課程：C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、C++程序設(shè)計(jì)還有Java程序設(shè)計(jì)。改革的內(nèi)容分為平時(shí)練習(xí)、課堂練習(xí)、月末的測(cè)試和考試，均在杭州電子科技大學(xué)的在線判題系統(tǒng)中進(jìn)行。

3.方案實(shí)施過(guò)程

課堂練習(xí)按照教學(xué)進(jìn)度完成對(duì)已學(xué)知識(shí)的檢驗(yàn)和鞏固的目的。其實(shí)施過(guò)程是教師根據(jù)已學(xué)和在學(xué)的理論部分知識(shí)，編寫或選擇匹配的訓(xùn)練題目，要求學(xué)生在上機(jī)實(shí)踐課時(shí)內(nèi)完成。教師對(duì)完成情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析和記錄成績(jī)，以此指導(dǎo)下次教學(xué)。平時(shí)練習(xí)由學(xué)生自主選擇題目進(jìn)行練習(xí)，教師只規(guī)定完成的數(shù)目，逐月計(jì)算學(xué)生平時(shí)練習(xí)的完成度。月末時(shí)，由教師按月度學(xué)習(xí)進(jìn)度，編寫或選擇一套測(cè)試題目，要求學(xué)生按照ACM競(jìng)賽規(guī)則完成一次實(shí)戰(zhàn)比賽。教師根據(jù)比賽情況分析和統(tǒng)計(jì)，以進(jìn)行總結(jié)。學(xué)生也體驗(yàn)到對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用和激烈的競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)提供其學(xué)習(xí)動(dòng)力，鍛煉其競(jìng)爭(zhēng)能力大有好處。月度成績(jī)好的同學(xué)，篩選為學(xué)校ACM競(jìng)賽隊(duì)的選手，進(jìn)行專門地培訓(xùn)，進(jìn)一步挖掘?qū)W生潛能和激勵(lì)學(xué)生。期末時(shí)，組織所有任課教師，精心組織一次全課程的競(jìng)賽作為課程的考生成績(jī)，讓考試客觀且公平地反映學(xué)生的水平。

三、改革效果

經(jīng)過(guò)對(duì)信息科學(xué)與工程學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱“我院”）3個(gè)專業(yè)計(jì)算機(jī)程序類課程3年多的改革，已經(jīng)看到了較為明顯的效果。一是在湖南省大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽中成績(jī)逐步提升，由幾年前湖南省大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽中獲得1個(gè)三等獎(jiǎng)或沒(méi)有，提高到在2011年第7屆湖南省大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲得了3個(gè)三等獎(jiǎng)，在2012年第8屆湖南省大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲得了2個(gè)三等獎(jiǎng)，2013在湖南省第9屆程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲得了2個(gè)二等獎(jiǎng)和1個(gè)三等獎(jiǎng)的佳績(jī)。二是學(xué)生考取軟件設(shè)計(jì)師的人數(shù)也逐步提升。三是我院的學(xué)生就業(yè)率在全校名列前茅，2012屆畢業(yè)生一次性就業(yè)率達(dá)到93.5%?？梢娀贏CM模式計(jì)算機(jī)程序類課程的教學(xué)改革提升了課程教學(xué)質(zhì)量，有效地鍛煉了學(xué)生解決問(wèn)題的能力。

改革的另一個(gè)明顯的效果是提升了教學(xué)效率。改革所基于的ACM平臺(tái)共享了大量?jī)?yōu)秀的計(jì)算機(jī)編程類題目，這些題目有情境，有梯度，也能進(jìn)行客觀判分。這些資源和平臺(tái)功能節(jié)省了教師的大量時(shí)間，提高了教課的效率。同時(shí)，學(xué)生也能在此平臺(tái)上，隨時(shí)隨地進(jìn)行練習(xí)、測(cè)試和考試，能夠挖掘自己的潛力，系統(tǒng)和循序漸進(jìn)地進(jìn)行編程能力的培養(yǎng)，提高了學(xué)習(xí)的效率。

四、結(jié)語(yǔ)

為了適應(yīng)湖南城市學(xué)院“應(yīng)用型本科院?！钡霓k學(xué)定位，采用問(wèn)題教學(xué)法，在ACM競(jìng)賽模式下對(duì)我院的程序設(shè)計(jì)類課程進(jìn)行了改革。該改革改變了計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)類課程訓(xùn)練效果不佳的窘境，很好地解決了訓(xùn)練題型少、評(píng)價(jià)不客觀和缺乏教學(xué)反饋等問(wèn)題。通過(guò)近三年的實(shí)施效果表明該改革有效地提升了計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率。下一步的工作是將該改革方法在計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)類的課程設(shè)計(jì)課程中加以探索和推廣，還有對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)的其他課程也可以進(jìn)行基于問(wèn)題教學(xué)法的改革方案的設(shè)計(jì)和嘗試。

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（責(zé)任編輯：王意琴）