地方高校程序設(shè)計能力現(xiàn)狀分析與對策研究

張立敏 吳濤 吳東

摘 要：地方高校計算機(jī)專業(yè)學(xué)生的理論基礎(chǔ)和專業(yè)素養(yǎng)相對薄弱，程序設(shè)計能力亟待提高。作者針對程序設(shè)計類課程教學(xué)的特點(diǎn)和存在的問題，基于問卷調(diào)查分析了當(dāng)前學(xué)生程序設(shè)計現(xiàn)狀，通過引入競賽式教學(xué)改革教學(xué)模式、教學(xué)方法、學(xué)習(xí)方法和考核方法。實(shí)踐表明，競賽式教學(xué)的引入在教學(xué)實(shí)踐中取得了一定的成效，有利于提高學(xué)生編程能力和教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：地方高校；程序設(shè)計；現(xiàn)狀分析；對策研究；競賽式教學(xué)

中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-8454（2018）08-0076-04

我國目前已擁有了大量的初級計算機(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]，同時更加注重學(xué)習(xí)方式和考核方式的改革與創(chuàng)新。

計算機(jī)教學(xué)改革離不開程序設(shè)計類課程的改革，程序設(shè)計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)計競賽）和全國軟件專業(yè)人才設(shè)計與創(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)驗教學(xué)新平臺[6]，以及如何實(shí)施競教結(jié)合[7]三個方面。

程序設(shè)計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、ACM程序設(shè)計、算法設(shè)計與分析等，覆蓋了計算機(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、實(shí)踐教學(xué)改革的思路相輔相成，程序設(shè)計競賽與課程教學(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)計能力狀況，針對嶺南師范學(xué)院計算機(jī)專業(yè)3個年級共584名在校大學(xué)本科生發(fā)放《程序設(shè)計能力調(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)計包括是否式、選擇式和評判式三種類型，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)生對程序設(shè)計的喜好程度會直接影響對相關(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，女生比例相對偏高，也在很大程序上影響了整體對程序設(shè)計的興趣。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)行對比分析，結(jié)果如表1所示。

總體上，喜歡程序設(shè)計的學(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，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)計能力的提高主要就是“編程、編程、再編程”，可見勤于練習(xí)對程序設(shè)計的學(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)計類課程教學(xué)的理論與實(shí)踐學(xué)時有限，教學(xué)重點(diǎn)集中在語法知識點(diǎn)的講解上，學(xué)生對課外練習(xí)環(huán)節(jié)重視不夠，自主學(xué)習(xí)意識不強(qiáng)，從而導(dǎo)致知識點(diǎn)的理解不夠深入。

如表2所示，學(xué)生在遇到問題時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。問卷中有一項關(guān)于知識獲取途徑的問題，統(tǒng)計結(jié)果如表3所示。

我們發(fā)現(xiàn)，目前學(xué)生掌握算法知識的主要途徑是自學(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，課堂教學(xué)引導(dǎo)顯得尤其重要。

3.自主學(xué)習(xí)意識不強(qiáng)

程序設(shè)計最初階段的理論學(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)計是不現(xiàn)實(shí)的，學(xué)生必須學(xué)會獨(dú)立思考，培養(yǎng)主動學(xué)習(xí)的意識。調(diào)查問卷中有1項關(guān)于愿意花費(fèi)多少時間去學(xué)習(xí)程序設(shè)計的問題，33%的學(xué)生每天僅愿意花費(fèi)不足半小時用于編程練習(xí)，僅有13%的學(xué)生每天愿意花費(fèi)超過2小時用于編程。如圖1所示，大部分學(xué)生不愿意在程序設(shè)計方面投入過多的時間，主動學(xué)習(xí)意識不強(qiáng)。

另一方面，隨著入學(xué)時間的增加，參加程序設(shè)計競賽的動力也在慢慢發(fā)生變化。如表4所示，年級越高，興趣所占比重越來越低，被動學(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)計競賽難度偏大和學(xué)習(xí)惰性是最重要的影響因素。

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

值得注意的是，三年級學(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)識到程序設(shè)計競賽的積極作用，愿意投入其中以取得進(jìn)步，但是主動性不夠，缺少克服困難的毅力。

4.專業(yè)基礎(chǔ)知識薄弱

地方高校錄取分?jǐn)?shù)線相對重點(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)計需要較高的數(shù)學(xué)功底，特別是算法設(shè)計部分，對于缺乏數(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項自己認(rèn)為在算法方面最欠缺的知識，如表6所示，僅有不到24%的學(xué)生選擇在3項以內(nèi)，在針對這部分學(xué)生的訪談中發(fā)現(xiàn)，他們之所以選擇3項以內(nèi)并不是因為不欠缺未勾選算法，而是因為那些未勾選的算法聽都沒聽過。

學(xué)生認(rèn)為最欠缺的算法知識中，排在前三位的分別是動態(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)致算法知識欠缺，進(jìn)一步影響程序設(shè)計能力的提高，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，越來越多的高校計算機(jī)專業(yè)已經(jīng)借助程序設(shè)計競賽平臺開展教學(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進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而掌握學(xué)習(xí)的主動權(quán)。程序設(shè)計競賽平臺擴(kuò)展了計算機(jī)教學(xué)的手段與范圍，推進(jìn)了教學(xué)從“知識傳遞”向“能力培養(yǎng)”的轉(zhuǎn)變。

程序設(shè)計競賽平臺的建立在滿足高校計算機(jī)專業(yè)課堂教學(xué)需求的同時，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)量的同時促進(jìn)了教育公平。借助程序設(shè)計競賽大范圍的影響，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)計類課程均以語法講解為主，過分注重知識細(xì)節(jié)[10]，割裂了程序設(shè)計的完整思路。語法是程序設(shè)計的基礎(chǔ)，但不是全部，只有在具體的應(yīng)用中才能產(chǎn)生價值。將知識點(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，更有利于知識的掌握。競賽式教學(xué)中，問題的設(shè)置可以針對特定的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，兼顧知識點(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)計綜合訓(xùn)練的題目相對較少，與課堂教學(xué)無法相輔相成。課后練習(xí)大多來源于教材，局限于某個特定知識點(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專業(yè)知識領(lǐng)域，同時又與實(shí)際生活密切聯(lián)系，能夠綜合訓(xùn)練學(xué)生程序設(shè)計能力。通過競教結(jié)合設(shè)計的教學(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，同時領(lǐng)會到算法的實(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)化和個性化，競賽式教學(xué)平臺的出現(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)平臺獲取個性化的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)支持。與此同時，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，通過PC、手機(jī)、平板電腦等多種終端設(shè)備隨時查閱，便于隨時、隨地、隨需地開展移動學(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，創(chuàng)造了一個“因材施教”的過程?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”時代，學(xué)習(xí)方式將不再受限于特定的時間和空間，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。

4.考核方式的改變

傳統(tǒng)的程序設(shè)計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)都放在語法知識點(diǎn)上，缺乏對應(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，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。

基于競賽平臺開展的練習(xí)與測試均采用上機(jī)形式，從不同知識點(diǎn)的角度將同一個任務(wù)細(xì)化成多個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)隊可以定期在平臺發(fā)布針對不同年級、不同班級的各類競賽試題，從而有針對性的開展課后學(xué)習(xí)，加深對課堂教學(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)效果的驗證

2013年至今，嶺南師范學(xué)院在C語言程序設(shè)計與數(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)生對程序設(shè)計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2013級與2014級C語言程序設(shè)計課程的期末成績（見圖2）可以看出，2014級當(dāng)中，75分至90分的人數(shù)比例高達(dá)85.26%，明顯高于2013級的51.20%，大部分同學(xué)的分?jǐn)?shù)較以往有所提高，對程序設(shè)計思想的理解更加明確，也更為清晰。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與C語言程序設(shè)計密切相關(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2013級與2014級數(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級人數(shù)比例低于2013級，高分區(qū)域（80分以上）2014級人數(shù)比例高于2013級，經(jīng)過C語言程序設(shè)計課程的學(xué)習(xí)，以及競賽式程序設(shè)計訓(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《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程成績?nèi)绫?所示，平均成績提高約2個百分點(diǎn)。

競賽式教學(xué)引入程序設(shè)計類課程提升了學(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)踐對教學(xué)效果進(jìn)行了對比分析。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?！皯?yīng)用型”轉(zhuǎn)型。

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（編輯：魯利瑞）