基于在線判題系統(tǒng)的C語言實驗教學(xué)改革

熊茜，雷亮，許莎，陳劉奎

《C語言程序設(shè)計》是計算機和相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，學(xué)習(xí)人數(shù)眾多，影響面廣。但在C語言的實驗教學(xué)過程中，普遍存在以下問題［1，2］：學(xué)生興趣不高，學(xué)習(xí)內(nèi)容枯燥陳舊，學(xué)習(xí)目的不明確；學(xué)生上機實驗時，常將教材或習(xí)題集上的程序代碼抄寫到編譯器中，然后提交到機房服務(wù)器就算完成作業(yè)，并不知對錯或是否完全正確，更談不上透徹理解程序；教師由于工作量巨大不可能批閱所有同學(xué)的程序，最多抽查批改，很難全面了解班級的學(xué)習(xí)情況，實驗中的問題也無法實時和學(xué)生溝通。

以上問題都直接影響了C語言的學(xué)習(xí)效果，導(dǎo)致C語言課程的及格率偏低，學(xué)生對程序設(shè)計課程的抱怨較多，教師普遍感覺教學(xué)效果差。為改變這種狀況，重慶科技學(xué)院C語言課題組提出一種基于在線判題系統(tǒng)的C語言實驗教學(xué)改革方案，并于2015年春季學(xué)期在4個MOOC（大規(guī)模開放在線課程）班級中進(jìn)行了實踐，取得了良好的效果。本文對使用在線判題系統(tǒng)進(jìn)行C語言教學(xué)改革的具體內(nèi)容、運用效果、存在的問題及解決措施進(jìn)行探討。

一、在線判題系統(tǒng)

（一）在線判題系統(tǒng)簡介

在線判題系統(tǒng)［3］（Online Judge，縮寫 OJ）用來在線檢測程序源代碼的正確性。OJ系統(tǒng)能夠編譯并執(zhí)行代碼，使用預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)對這些程序進(jìn)行測試。提交的代碼一般會在受限的環(huán)境下運行，包括時間限制、內(nèi)存限制、安全限制等。試題的解答提交后由評分系統(tǒng)評出即時得分，每一次提交的判決結(jié)果會及時通知，包括是否正確或錯誤的提示；OJ系統(tǒng)還會對用戶進(jìn)行排名，以用戶提交答案通過數(shù)多少或某個題目執(zhí)行時間快慢為排名依據(jù)。

國內(nèi)著名的題庫有北京大學(xué)題庫、浙江大學(xué)題庫、電子科技大學(xué)題庫、杭州電子科技大學(xué)題庫等。國外的題庫包括烏拉爾大學(xué)題庫、瓦拉杜利德大學(xué)題庫等。我校采用的是浙江大學(xué)C語言題庫資源［4］，題庫中題目的安排與授課內(nèi)容［5］一致，難度循序漸進(jìn)，適合我校學(xué)生使用。

（二）在線判題系統(tǒng)優(yōu)點

使用在線判題系統(tǒng)輔助C語言的實驗教學(xué)具有諸多優(yōu)點：（1）激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。題庫中的題目經(jīng)過精心設(shè)計，普遍具有趣味性；系統(tǒng)具有排名激勵和類似游戲通關(guān)的激勵模式，如程序完全通過測試后會有氣球飄起。（2）即時反饋成績。學(xué)生可以實時獲取自己代碼的批閱結(jié)果及錯誤反饋，打分也是客觀公正的。教師非常容易統(tǒng)計成績，了解學(xué)生成績分布情況，極大地減輕了老師的工作量。（3）題庫中的題目可幫助學(xué)生建立編程思想，掌握編程能力。題目綜合性強，難度較大，要求結(jié)果完全正確，而且還要滿足內(nèi)存使用和運行時間等限制，要求學(xué)生有更強的思維能力，更強的程序?qū)崿F(xiàn)能力，考慮問題也要更全面。

二、基于在線判題系統(tǒng)的實驗教學(xué)改革方案

C語言的實驗教學(xué)如果圍繞在線判題系統(tǒng)展開，由于自動反饋成績，減少了教師的介入，就容易形成無人監(jiān)管的教學(xué)局面，導(dǎo)致實驗教學(xué)失控的情況發(fā)生。因此，必須在授課計劃、考核方式、課堂教學(xué)及輔導(dǎo)過程中做好“過程控制”，有序引導(dǎo)學(xué)生對在線判題系統(tǒng)的使用。

（一）授課計劃

由于采用MOOC教學(xué)模式，課堂上不再按傳統(tǒng)模式授課，要求學(xué)生必須在課前觀看教師授課視頻，而課堂上教師不再單向傳遞課程知識，重點是放在組織學(xué)生進(jìn)行重難點的討論和大量的上機編程練習(xí)。

完全不同的授課模式要求重新制定授課計劃。傳統(tǒng)的授課計劃由理論課與實驗課構(gòu)成，新的授課計劃由討論課、上機課組成，并在其中穿插五次程序設(shè)計能力測試，由此進(jìn)行過程考核。這五次測試都圍繞授課內(nèi)容展開，分別在順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、數(shù)組、函數(shù)章節(jié)理論課內(nèi)容學(xué)習(xí)完畢之后，要求學(xué)生完成題庫中的該章節(jié)題目。

（二）考核方式

考核方式中體現(xiàn)了在線判題系統(tǒng)的評分成績，將授課計劃中要求的五次程序設(shè)計能力測試的分?jǐn)?shù)直接計入課程最終成績，分?jǐn)?shù)直接由在線判題系統(tǒng)導(dǎo)出。通過將該系統(tǒng)分?jǐn)?shù)計入最終成績，督促學(xué)生必須去完成這些題目。

MOOC班的總成績采取線上學(xué)習(xí)考核+線下課程考核相結(jié)合的方式進(jìn)行折算。

（1）線上學(xué)習(xí)成績（30%）：線上平時作業(yè)成績+線上期末考試成績；

（2）平時考核（40%）：線下課堂討論和提問（20%）+五次程序設(shè)計能力測試（20%）；

（3）期末考試（30%）：線下參加重慶科技學(xué)院期末考試。

其中，線上平時作業(yè)、線上期末考試和五次程序設(shè)計能力測試均為在線評測。

（三）課堂組織

采用MOOC教學(xué)模式，課堂上的主角由老師變成學(xué)生，所有的討論與互動都是以學(xué)生為中心展開的。教師可以對全班學(xué)生分組，上課時按小組就坐，鼓勵同組成員互幫互助，以小組為單位對在線判題系統(tǒng)中的題目展開互動討論。鼓勵學(xué)生積極思考問題、設(shè)計算法、編寫程序，與他人分享自己的想法，營造良好的學(xué)習(xí)氛圍。

程序設(shè)計類課程看不會、聽不會，必須要自己上機動手編寫程序才有可能學(xué)會，采取翻轉(zhuǎn)課堂的方式就是希望讓學(xué)生通過大量的上機練習(xí)學(xué)會編程。于是將全部48學(xué)時的課都放在機房完成。在編程測試環(huán)節(jié)，通常會先將本單元的題目提出討論，讓學(xué)生先理清思路，再動手編寫代碼。為鼓勵學(xué)生積極進(jìn)行互動討論，設(shè)定平時成績獎勵制度，回答提問或分享想法都可獲取相應(yīng)的平時成績。

課堂中使用小道具增加學(xué)習(xí)的趣味性，提高學(xué)生的積極性。要求每位同學(xué)準(zhǔn)備五面小旗，對應(yīng)于過程考核中每單元的五道題目，如果一個程序完全通過在線測評，就可以插起一面小旗，營造你追我趕的學(xué)習(xí)氣氛，讓編程變成充滿樂趣的游戲。

在程序評講討論階段，利用機房廣播系統(tǒng)演示教師編寫的程序及程序調(diào)試的過程。也可廣播學(xué)生的機器讓全班同學(xué)能直接看到其他同學(xué)的代碼，從而進(jìn)行比較討論。

（四）輔導(dǎo)答疑

雖然在線判題系統(tǒng)能即時判斷程序?qū)﹀e及給出錯誤提示，但有些時候?qū)W生還是會遇到無法解決的問題，輔導(dǎo)答疑仍然必不可少。

在線判題系統(tǒng)上的題目普遍難度比較大，問題的描述也比較復(fù)雜，部分學(xué)生對題目的理解會存在困難，編程過程中更是存在各種各樣的問題，因此教師的輔導(dǎo)答疑工作量很大。教師應(yīng)于課前先試做一遍在線判題系統(tǒng)中的題目，做到對可能出現(xiàn)的問題心中有數(shù)。在做題前討論的基礎(chǔ)上對于共性問題應(yīng)該及時統(tǒng)一講解，還可以聘請研究生助教參與輔導(dǎo)答疑，同時也要鼓勵團隊互助。

三、在線判題系統(tǒng)的使用效果

在C語言課程的教學(xué)過程中，我們對基于在線判題系統(tǒng)的編程學(xué)習(xí)情況進(jìn)行了多次問卷調(diào)查，從中了解到學(xué)生對于這種學(xué)習(xí)方式的認(rèn)可度較高?？偟膩砜?，基于在線判題系統(tǒng)的程序設(shè)計課程的學(xué)習(xí)方式能明顯提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和編程能力。教師們對這種新的教學(xué)資源也非常感興趣。

（一）改善了學(xué)習(xí)效果

在以前的實驗課上，不少學(xué)生只是將老師布置的作業(yè)進(jìn)行程序抄寫就算完成任務(wù)，一旦沒有答案可參考就無從下手，即使是編寫了代碼，錯誤也較多，有些語法錯誤特別是邏輯錯誤需求助老師才能解決。經(jīng)過在線判題系統(tǒng)的編程訓(xùn)練，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果有了明顯的改善。大部分學(xué)生在課程過半時都能獨立或?qū)W生互助解決語法錯誤，還能解決大部分邏輯錯誤，只是對較難發(fā)現(xiàn)的邏輯錯誤進(jìn)行求助。在線判題系統(tǒng)上的題目難度普遍大于教材和習(xí)題集上的題目，學(xué)生的代碼量和程序質(zhì)量都提高了。

（二）提高了計算思維能力

在線判題系統(tǒng)中的題目都是經(jīng)過精心設(shè)計的，既有趣又貼近實際，采用計分排名機制，無形中給學(xué)生一種激勵，學(xué)習(xí)過程中你追我趕，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣自然提高，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，主動學(xué)習(xí)就會有更多積極的思考。學(xué)生在編程的過程中，通過對數(shù)據(jù)的存儲處理和算法的設(shè)計，增加了對計算機基本組成及工作原理的理解，增加了對計算機科學(xué)的理解，在潛移默化中進(jìn)行了計算思維的培養(yǎng)，這正是要求學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程的目的。

（三）轉(zhuǎn)變了師生角色

大部分學(xué)生對在線判題系統(tǒng)這種帶有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)方式都很感興趣，對編程變得更加專注，自然形成了以學(xué)生為中心的教學(xué)模式。以前教師是單向傳遞的灌輸式教學(xué)，學(xué)生被動地接收信息，現(xiàn)在的情況是學(xué)生在判題系統(tǒng)任務(wù)的驅(qū)動下，主動完成練習(xí)，并尋求同學(xué)與老師的幫助。

C語言教師的倦怠感減輕了。由于是公共基礎(chǔ)課，每個C語言教師每年都會重復(fù)教授2～3個班級，年復(fù)一年，一遍遍地重復(fù)課程中的每一個基礎(chǔ)知識點，學(xué)生的互動很少，對老師們來說，教學(xué)工作少了一些挑戰(zhàn)和新鮮感。而現(xiàn)在，教師的重點轉(zhuǎn)變?yōu)榕c學(xué)生討論和解決問題，專注于算法的設(shè)計和重難點知識的分解，老師們也會為學(xué)生提出的深奧問題而感到興奮。

四、存在問題及解決措施

我們在實踐過程中也發(fā)現(xiàn)一些問題，要更好地發(fā)揮在線判題系統(tǒng)在教學(xué)過程中的輔助作用，必須在下一步探索中解決好這些問題。

（一）不誠信答題

在線判題系統(tǒng)的優(yōu)點之一就是可以隨時隨地通過網(wǎng)絡(luò)答題，這同時也引出不誠信答題的問題。雖然教師都要求學(xué)生要講誠信，不能通過復(fù)制同學(xué)答案特別是網(wǎng)絡(luò)上的答案來答題，但不可避免還是會有同學(xué)在遇到無法解決的問題而又想獲取成績時采用這些方法。

要解決這個問題還必須通過技術(shù)手段，即需在原判題系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加類似“查重”的功能，對用戶提交的程序進(jìn)行判斷，自動確定是否有抄襲行為。

（二）有效的討論

雖然需要對在線判題系統(tǒng)中的題目展開討論，但大部分同學(xué)還不太習(xí)慣這種翻轉(zhuǎn)課堂，不愿意在很多人面前表達(dá)自己的想法，常常只有部分活躍的同學(xué)發(fā)表見解，并未將有效的討論深入到每一個同學(xué)中。因此，如何組織有效的討論是教師應(yīng)該深入思考的問題。

要在討論中有話可說，應(yīng)要求學(xué)生事先為討論做好充分的準(zhǔn)備，首先要讀懂題目，熟悉使用的知識點及編程語句，設(shè)計相關(guān)的算法。討論中采用分組方式，組長和老師事先了解組員的解題思路，教師在組織討論的過程中，充分鼓勵各組分享自己的解題方法，給每一個同學(xué)表達(dá)的機會，特別要照顧到不愿發(fā)言的同學(xué)的感受。為讓學(xué)生們在討論中得到更多的思維訓(xùn)練和知識收獲，可采取自愿發(fā)言和點名發(fā)言的方式鼓勵不同個性的學(xué)生都積極參與討論。

（三）實驗指導(dǎo)書

在線判題系統(tǒng)的題庫多來自于名校名師，網(wǎng)絡(luò)中的輔導(dǎo)資源較少，缺乏針對題庫題目的解題指導(dǎo)，學(xué)生在進(jìn)行實驗的時候常常感到無從下手，如果能有實驗指導(dǎo)書，幫助其理清解題思路，就更容易實現(xiàn)自主學(xué)習(xí)，減少抄襲的現(xiàn)象。因此，有必要編寫針對在線判題系統(tǒng)題庫的實驗指導(dǎo)書作為輔助教學(xué)資源。

總之，在線判題系統(tǒng)從程序設(shè)計比賽到進(jìn)入課堂，逐步成為了很好的輔助教學(xué)資源，不僅可以用于C語言課程，還可以用于其他程序設(shè)計類課程；不僅可以用于MOOC班級，還可以用于采用傳統(tǒng)模式進(jìn)行教學(xué)的班級。正是因為有了在線判題系統(tǒng)，減少了教師的介入，才讓C語言這門課程更適合開展MOOC教學(xué)。該實驗教學(xué)改革方案效果明顯，真正提高了學(xué)生的實踐能力，應(yīng)該在程序設(shè)計類課程中大力推廣。

[1]潘麗麗，鐘少宏，姜瑜.非計算機專業(yè)C語言程序設(shè)計實驗教學(xué)模式[J].計算機教育，2011（18）.

[2]寧曉梅，陳思慧.優(yōu)化非計算機專業(yè)C語言實驗教學(xué)的探討[J].福建電腦.2011（5）.

[3]百度百科.在線判題系統(tǒng)[EB/OL].[2015-06-11].http：//baike.baidu.com/item/%E5%9C%A8%E7%BA%BF%E5%88%A4%E9%A2%98%E7%B3%BB%E7%BB%9F.

[4]計算機程序設(shè)計能力考試[EB/OL].http：//www.patest.cn/.

[5]何欽銘，顏暉.C語言程序設(shè)計：第2版[M].北京：高等教育出版社，2012.