基于Online Judge的新工科計(jì)算機(jī)雙學(xué)位程序設(shè)計(jì)課程實(shí)踐

范江波 張學(xué)輝 張建兵

摘? 要：新工科強(qiáng)調(diào)以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，作為石油領(lǐng)域的行業(yè)性高校，我校培養(yǎng)的新型的石油人才應(yīng)具有“學(xué)科交叉融合”的特征。本文以計(jì)算機(jī)雙學(xué)位的“高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”課程為例，以O(shè)nline Judge在線評(píng)測(cè)平臺(tái)為基礎(chǔ)地展開(kāi)了混合式教學(xué)，進(jìn)行了學(xué)科交叉融合案例的探索，為石油學(xué)科領(lǐng)域提供了信息技術(shù)的支撐。

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計(jì);Online Judge;新工科;學(xué)科交叉

Abstract：The New Engineering stresses on promoting industrialization by informatization，as a professional university in the field of petroleum，the new petroleum talents trained by our university should have the characteristics of “interdisciplinary integration”. This paper takes the course of “Advanced Language Programming” with a double degree in computer science as an example，On the basis of Online Judge online evaluation platform，we have launched a hybrid teaching model，explored the case of interdisciplinary integration，and provided information technology support for petroleum area。

Keywords：programming;Online Judge;new engineering;interdisciplinary

0? 引? 言

近期教育部高教司發(fā)布了新工科研究與實(shí)踐的文件，提出了對(duì)于工科建設(shè)的新目標(biāo)和新要求[1]。《新工科建設(shè)復(fù)旦共識(shí)》中明確指出：“我國(guó)高等工程教育改革發(fā)展已經(jīng)站在新的歷史起點(diǎn)。國(guó)家正在實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、‘中國(guó)制造2025‘互聯(lián)網(wǎng)+‘網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)等重大戰(zhàn)略，為響應(yīng)國(guó)家戰(zhàn)略需求，支撐服務(wù)以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)、新模式為特點(diǎn)的新經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，突破核心關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)筑先發(fā)優(yōu)勢(shì)，在未來(lái)全球創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)戰(zhàn)略制高點(diǎn)，迫切需要培養(yǎng)大批新興工程科技人才。我國(guó)已經(jīng)建成世界最大規(guī)模的高等工程教育，工程教育專業(yè)認(rèn)證體系實(shí)現(xiàn)國(guó)際實(shí)質(zhì)等效，國(guó)家統(tǒng)籌推進(jìn)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)，為加快建設(shè)和發(fā)展新工科奠定了良好基礎(chǔ)?！盵2]

新工科是有別于傳統(tǒng)的工科，是學(xué)科交叉的產(chǎn)物，強(qiáng)調(diào)以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，作為石油領(lǐng)域的行業(yè)性高校，我校培養(yǎng)的新型的石油人才應(yīng)具有“學(xué)科交叉融合”的特征，需要信息技術(shù)對(duì)各石油學(xué)科提供支撐。作為我校學(xué)科交叉點(diǎn)的計(jì)算機(jī)雙學(xué)位，多年的計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)編程課教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、帶領(lǐng)學(xué)生參與高水平學(xué)科競(jìng)賽的經(jīng)驗(yàn)、雙學(xué)位管理及教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，使我更能夠切身體會(huì)到，計(jì)算機(jī)雙學(xué)位的學(xué)生帶給主學(xué)科的進(jìn)步與推動(dòng)，以及在新形勢(shì)面前，對(duì)于計(jì)算機(jī)雙學(xué)位教育所提出的全新的要求。

1? 編程語(yǔ)言課程教學(xué)面臨的問(wèn)題

作為任課教師，本文主要討論計(jì)算機(jī)雙學(xué)位教育中基礎(chǔ)編程課程“高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”，程序設(shè)計(jì)課程是大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育和計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，是中國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程體系2009（CCC2009）、美國(guó)計(jì)算機(jī)課程體系2013（CC2013）6門核心課程的第1門，決定著計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量[3]。計(jì)算機(jī)學(xué)科的計(jì)算思維對(duì)于理工各科學(xué)生的創(chuàng)造性思維培養(yǎng)是必不可少的，計(jì)算思維的形成將成為各科學(xué)生自主創(chuàng)造、創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)的助推器，是培養(yǎng)復(fù)合型拔尖創(chuàng)業(yè)人才的一個(gè)重要內(nèi)容。

計(jì)算機(jī)雙學(xué)位專業(yè)的編程語(yǔ)言教學(xué)面臨著以下問(wèn)題：

一是如何培養(yǎng)新生獨(dú)立思考自主學(xué)習(xí)的能力。如何吸引“網(wǎng)絡(luò)原生代”的學(xué)習(xí)興趣，讓他們學(xué)會(huì)自學(xué)是教師面臨的第一個(gè)問(wèn)題。

二是傳統(tǒng)編程語(yǔ)言類課程的教學(xué)案例不夠生動(dòng)，內(nèi)容大多為經(jīng)典算法的程序?qū)崿F(xiàn)和數(shù)學(xué)問(wèn)題的求解，與學(xué)生的生活和專業(yè)問(wèn)題相去甚遠(yuǎn)，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確，學(xué)習(xí)動(dòng)力不足。

三是如何真正實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教育的問(wèn)題。學(xué)生的專業(yè)不同，信息化水平差異很大，如何因材施教，讓所有的學(xué)生都能學(xué)有所獲，滿足學(xué)生的個(gè)性化需求，激發(fā)學(xué)生的個(gè)性、愛(ài)好、特長(zhǎng)和潛質(zhì)。

2? Online Judge平臺(tái)簡(jiǎn)介

在過(guò)去幾年的實(shí)踐中，我們嘗試將Online Judge（在線評(píng)測(cè)）平臺(tái)引入了課程教學(xué)，取得了較好的效果。Online Judge平臺(tái)（后文簡(jiǎn)稱OJ），即在線的程序評(píng)測(cè)。用戶可以在線提交多種語(yǔ)言編寫的程序，在對(duì)用戶提交的源碼進(jìn)行編譯和執(zhí)行后，平臺(tái)通過(guò)預(yù)設(shè)的一組或多組測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)檢驗(yàn)用戶程序，用戶即刻就能收到反饋信息。

我校OJ網(wǎng)站最初上線時(shí)間為2015年12月，目前有917個(gè)注冊(cè)賬號(hào)，6800余道題目，約39萬(wàn)次提交。平臺(tái)與課程深度融合，不僅成功應(yīng)用于16級(jí)至18級(jí)計(jì)算機(jī)系及雙學(xué)位學(xué)生的課程學(xué)習(xí)中，還用于編程參賽隊(duì)員的訓(xùn)練和選拔、成功舉辦了我校程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽決賽及研究生復(fù)試選拔。經(jīng)過(guò)團(tuán)隊(duì)的136次迭代開(kāi)發(fā)后，該平臺(tái)已經(jīng)成功地融合了大數(shù)據(jù)、可視化技術(shù)，成為國(guó)內(nèi)一流的在線評(píng)測(cè)平臺(tái)。

Online Judge系統(tǒng)最初使用于ACM-ICPC國(guó)際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽中的自動(dòng)判題和排名。ACM-ICPC國(guó)際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽（英文全稱：ACM International Collegiate Programming Contest（簡(jiǎn)稱ACM-ICPC或ICPC），是一項(xiàng)由國(guó)際計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)（ACM）主辦的，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程序、分析和解決問(wèn)題能力的全球性的年度競(jìng)賽，ACM-ICPC國(guó)際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽是目前全球最具影響力的大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽。2017年12月中國(guó)高等教育學(xué)會(huì)公布了《中國(guó)高校創(chuàng)新人才培養(yǎng)暨學(xué)科競(jìng)賽評(píng)估結(jié)果》，“ACM-ICPC國(guó)際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽”（簡(jiǎn)稱ACM-ICPC）排名第4[4]。

3? 以O(shè)nline Judge為突破口的教學(xué)實(shí)踐

過(guò)去幾年的實(shí)踐中，我們以O(shè)J為突破口，結(jié)合SPOC展開(kāi)混合式教學(xué)改革，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)模式及個(gè)性化教學(xué)的轉(zhuǎn)變：由知識(shí)傳授轉(zhuǎn)變?yōu)榧葌魇谥R(shí)、又培養(yǎng)獨(dú)立思考和自學(xué)能力;由單純經(jīng)典算法的程序?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)科交叉融合案例;由專業(yè)化培養(yǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)閭€(gè)性化培養(yǎng)，讓所有的學(xué)生都能學(xué)有所獲。

3.1? 推動(dòng)混合式教學(xué)改革，培養(yǎng)學(xué)生思考與自學(xué)能力

教育不能只教知識(shí)，更要培養(yǎng)學(xué)生思考與自學(xué)的能力、為終身學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。作為學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)者，學(xué)習(xí)環(huán)境的營(yíng)造者，學(xué)習(xí)過(guò)程的輔導(dǎo)者，教師的作用應(yīng)該不僅體現(xiàn)在課堂上，更體現(xiàn)在如何主導(dǎo)學(xué)生課前和課后的學(xué)習(xí)。我們開(kāi)展了“OJ+SPOC”的混合式教學(xué)改革，重造教學(xué)流程：學(xué)生課前在SPOC上預(yù)習(xí)，教師可以憑借教學(xué)經(jīng)驗(yàn)或在SPOC中嵌入的形成性評(píng)測(cè)掌握學(xué)情，從而在課堂上展開(kāi)有針對(duì)性的講述或探討，應(yīng)精講突出重點(diǎn)和易錯(cuò)點(diǎn)，傳授編程思路，培養(yǎng)思辨精神[5]。傳統(tǒng)紙質(zhì)手工批改的作業(yè)有著較長(zhǎng)的流轉(zhuǎn)周期，學(xué)生在收到作業(yè)時(shí)可能已經(jīng)忘了當(dāng)初作業(yè)時(shí)的思考狀態(tài);課下通過(guò)OJ平臺(tái)發(fā)放作業(yè)，學(xué)生在提交題目后可以即時(shí)收到精準(zhǔn)的反饋，以便第一時(shí)間確認(rèn)或者修正自己對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握，及時(shí)查閱相關(guān)知識(shí)點(diǎn)改正錯(cuò)誤，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。學(xué)生自學(xué)時(shí)間、自學(xué)幫助性以及自學(xué)能力提升的統(tǒng)計(jì)如圖1-3所示，證明OJ確實(shí)有助于自學(xué)。

3.2? 將專業(yè)需求凝練成案例、習(xí)題

隨著新工科建設(shè)的興起以及人工智能技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)面臨著新的挑戰(zhàn)和發(fā)展機(jī)遇，不僅擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)計(jì)算思維能力的傳統(tǒng)任務(wù)，還要為計(jì)算機(jī)學(xué)科與其他學(xué)科的交叉融合做好知識(shí)與能力的儲(chǔ)備。而目前非計(jì)算機(jī)編程教學(xué)普遍存在的一個(gè)問(wèn)題是：教師不關(guān)注學(xué)生有哪些專業(yè)問(wèn)題需要用程序求解，教學(xué)案例多半是簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)問(wèn)題求解和經(jīng)典算法的程序?qū)崿F(xiàn)。這些教學(xué)案例與學(xué)生專業(yè)問(wèn)題相去甚遠(yuǎn)，學(xué)生無(wú)法將這些案例與自己的專業(yè)問(wèn)題關(guān)聯(lián)起來(lái)，學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確，學(xué)習(xí)動(dòng)力不足。

在教師和完成程序設(shè)計(jì)課程的雙學(xué)位學(xué)生的協(xié)助下，我們抽取了石油相關(guān)專業(yè)的適于編程的問(wèn)題、設(shè)計(jì)成Online Judge格式的案例，并補(bǔ)充了測(cè)試數(shù)據(jù)，用于課程教學(xué)。案例連接起了程序設(shè)計(jì)與石油相關(guān)專業(yè)的問(wèn)題，從而達(dá)到提升學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。經(jīng)過(guò)兩年的積累，目前已有專業(yè)融合案例50多個(gè)，實(shí)踐中效果良好，擴(kuò)展了學(xué)生的知識(shí)面，為培養(yǎng)新工科的復(fù)合型創(chuàng)新人才做出了一份貢獻(xiàn)。

3.3? 用分級(jí)題庫(kù)展開(kāi)個(gè)性化教學(xué)

個(gè)性化教育的核心是允許學(xué)生有個(gè)性、有差異、有不同，真正使每個(gè)學(xué)生都能在學(xué)校找到適合自己的教育，讓每個(gè)學(xué)生的天賦、特長(zhǎng)、潛質(zhì)都能得到充分發(fā)揮，讓不同層次的學(xué)生都能有所收獲，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。程序設(shè)計(jì)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，沒(méi)有恰當(dāng)?shù)摹柡偷挠?xùn)練輔助，學(xué)習(xí)效果將大打折扣。據(jù)此，課程團(tuán)隊(duì)針對(duì)不同基礎(chǔ)、不同層次學(xué)生，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，分析歷屆學(xué)生的提交狀況，根據(jù)通過(guò)率把題目分為三個(gè)等級(jí)：基礎(chǔ)題（*）、提升題（**）、開(kāi)拓題（***），使得學(xué)生可以根據(jù)自己的能力，循序漸進(jìn)地選擇做題的順序以及做題的難度和數(shù)目，如圖4所示

（1）基礎(chǔ)題：考核學(xué)生的基本計(jì)算思維能力和簡(jiǎn)單的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題求解能力，該類題目旨在幫助學(xué)生強(qiáng)化基礎(chǔ)知識(shí)，構(gòu)建較為完整的知識(shí)體系，為培養(yǎng)后續(xù)的能力和實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)打下基礎(chǔ)。

（2）提升題：考核較高層次的應(yīng)用技能，讓學(xué)生能夠綜合運(yùn)用所學(xué)的編程技術(shù)解決實(shí)際場(chǎng)景中較復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題。

（3）開(kāi)拓題：鼓勵(lì)部分學(xué)有余力的學(xué)生在完成提升題后，可以選做部分開(kāi)拓題。開(kāi)拓題是具有一定的難度和規(guī)模的實(shí)際問(wèn)題，學(xué)生通過(guò)分解、抽象、子問(wèn)題求解、系統(tǒng)集成等步驟，完成對(duì)開(kāi)拓題的求解，可以培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維、創(chuàng)新能力、使用計(jì)算機(jī)解決復(fù)雜現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的能力。

4? 結(jié)? 論

實(shí)踐證明，架構(gòu)在Online Judge平臺(tái)上的專業(yè)融合案例，以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在專業(yè)問(wèn)題的求解過(guò)程中，培養(yǎng)了學(xué)生的計(jì)算思維、創(chuàng)新能力、使用計(jì)算機(jī)解決復(fù)雜現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的能力，為新工科建設(shè)提供更好的信息技術(shù)的支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1] 教育部高教司.教育部高等教育司關(guān)于開(kāi)展新工科研究與實(shí)踐的通知（教高司函〔2017〕6號(hào)）[Z].2017-02-20.

[2] 教育部高教司.新工科建設(shè)復(fù)旦共識(shí) [EB/OL].http：//www.moe.edu.cn/s78/A08/moe_745/201702/t20170223_2971 22.html，2017-02-23.

[3] 姜學(xué)鋒，劉君瑞.以賽課結(jié)合為抓手的編程技能培養(yǎng) [J].計(jì)算機(jī)教育，2017（10）：131-134.

[4] 陸國(guó)棟，陳臨強(qiáng)，何欽銘，等.高校學(xué)科競(jìng)賽評(píng)估：思路、方法和探索 [J].中國(guó)高教研究，2018（2）：63-68+74.

[5] 范江波，張建兵.高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)混合式教學(xué)的系統(tǒng)構(gòu)建與實(shí)踐 [J].教育教學(xué)論壇，2018（44）：130-131.

作者簡(jiǎn)介：范江波（1975.09-），女，漢族，山東萊州人，碩士研究生，講師，研究方向：稀疏矩陣。