疫情下應(yīng)用型高校程序競賽培訓(xùn)的混合多元式教學(xué)改革

李欣 付丹丹 李宏博 劉春 賈美娟

摘要：在新型冠狀病毒爆發(fā)期間，為了響應(yīng)教育部“停課不停學(xué)”要求，保障疫情防控期間的教學(xué)工作正常進(jìn)行，針對疫情前期在線教學(xué)中存在的問題，提出混合多元式教學(xué)模式。該模式充分考慮了應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求以及程序競賽培訓(xùn)特點(diǎn)，將流行的慕課教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂和在線判題系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，構(gòu)建了完善立體的混合多元式程序競賽在線教學(xué)體系。最終，通過該模式順利地完成疫情期間程序競賽的在線教學(xué)任務(wù)，并使學(xué)生在競賽中獲得優(yōu)異成績。

關(guān)鍵詞： 程序競賽;混合多元式教學(xué);慕課;翻轉(zhuǎn)課堂;應(yīng)用型人才

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）09-0116-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Blended-learning Reform for Program Competition Training of Application-oriented University During the Outbreak

LI Xin， FU Dan-dan， LI Hong-bo， LIU Chun， JIA Mei-juan

（Daqing Normal University， Daqing 163712， China）

Abstract： In response to the ministry of Education's request—"Suspend classes but No suspension” during the period of novel Coronavirus outbreak， the blended-learning model is? proposed to solve problems which have existed in online teaching in the pre-epidemic period. The model fully considers the requirements of applied talents and the characteristics of program competition training.? By combining the popular MOOC， Flipped Classroom and Online Judge system， a perfect three-dimensional online teaching system is constructed for program competition. Finally， through this model， teachers have successfully completed the online teaching task of the program competition during the epidemic， and students have obtained excellent results in competition.

Key words： program competition; blended-learning; MOOC; flipped classroom; applied talents

1 引言

近年來，隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、科技的迅速應(yīng)用，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生了深刻的變化。

我國IT行業(yè)和領(lǐng)域的發(fā)展都需要大量的高素質(zhì)應(yīng)用型人。應(yīng)用型高校以培養(yǎng)多層次應(yīng)用型人才為目標(biāo)，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程等計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)特別重視培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力[1]。程序競賽的主要目標(biāo)為培養(yǎng)學(xué)生的編程實(shí)踐能力和創(chuàng)新實(shí)踐意識[2]，其實(shí)質(zhì)就是培養(yǎng)社會需求的，具有實(shí)踐開發(fā)能力的應(yīng)用型人才，包括軟件的開發(fā)、測試及運(yùn)維等崗位。不難看出，程序競賽天然符合應(yīng)用型本科高校人才培養(yǎng)定位。然而，隨著新冠疫情的爆發(fā)，很多高校都無法正常開展程序競賽培訓(xùn)與集訓(xùn)工作，導(dǎo)致學(xué)生無法同往常一樣掌握編程技能與學(xué)習(xí)算法。大慶某應(yīng)用型高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院在分析總結(jié)早期專業(yè)課線上教學(xué)存在的問題后，結(jié)合程序競賽培訓(xùn)的特點(diǎn)，通過 “超星學(xué)習(xí)通”平臺探索并實(shí)踐了程序競賽培訓(xùn)的混合多元式教學(xué)模式。

2 程序競賽現(xiàn)狀

近年來，為了培養(yǎng)計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)學(xué)生的計(jì)算思維、創(chuàng)新能力和編程解決問題的實(shí)踐能力，進(jìn)而提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，國內(nèi)外眾多高校都對程序競賽給予了重視和支持。程序競賽涉及的諸多知識點(diǎn)與《面向?qū)ο蟪绦蛘Z言》《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》《算法設(shè)計(jì)與分析》等計(jì)算機(jī)專業(yè)課程關(guān)系緊密。因此，應(yīng)用型本科高校積極鼓勵(lì)教師指導(dǎo)該類科技競賽，動(dòng)員學(xué)生參加到各類的競賽中。競賽指導(dǎo)教師一方面選取適合的題目作為教學(xué)案例、另一方面靈活結(jié)合競賽的機(jī)制與理念探索人才培養(yǎng)模式與相關(guān)教學(xué)改革。由于程序競賽自身的挑戰(zhàn)性、趣味性及成績的社會認(rèn)可性，也對廣大在校生具有強(qiáng)烈吸引力。

程序競賽一般分為國際競賽和國內(nèi)競賽。國際上著名的程序競賽是國際大學(xué)生程序競賽（International Collegiate Programming Contest，ICPC）。該競賽由美國計(jì)算機(jī)協(xié)會（Association for Computing Machiner，ACM）1977年發(fā)起并組織，是目前世界上歷史最悠久、 規(guī)模最大、 影響最深遠(yuǎn)的全球性程序設(shè)計(jì)競賽，其基本宗旨是為高校的大學(xué)生提供一個(gè)展示自己在計(jì)算機(jī)編程解題方面才能的機(jī)會， 并為信息學(xué)科的發(fā)展不斷注入新的活力。[3]該賽事等級劃分比較多，主要包括總決賽、區(qū)域賽、各省選拔賽及各學(xué)校的校內(nèi)賽。應(yīng)用型本科院校因?qū)W生知識基礎(chǔ)與自身實(shí)力原因，參賽多以省賽、區(qū)域賽層次居多。

隨著賽事的深入發(fā)展、規(guī)模的不斷擴(kuò)大，以ACM-ICPC名義開展程序設(shè)計(jì)競賽多有不適之處，“貼牌”模式的弊端日益突出。中國大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競賽協(xié)借鑒ACM-ICPC的規(guī)則與組織模式，規(guī)范和完善賽事體系，開展具有中國特色的大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競賽，把競賽融入中國高校人才培養(yǎng)體系，規(guī)范辦賽，高水平辦賽，維護(hù)賽事的公平公正，促進(jìn)高校教學(xué)改革，豐富高校人才培養(yǎng)內(nèi)涵。

3 疫情期間線上教學(xué)存在問題

2020年初新冠疫情暴發(fā)，為了防止病毒在師生中傳播，國內(nèi)高校多次延期開學(xué)，導(dǎo)致程序競賽春季培訓(xùn)、集訓(xùn)工作無法如往常一樣開展，學(xué)生們在提高編程能力和理解算法方面存在較大困難。為了保證疫情期間程序競賽培訓(xùn)工作有序開展，大慶某應(yīng)用型高校計(jì)算機(jī)學(xué)院對開學(xué)初的專業(yè)課線上教學(xué)進(jìn)行了調(diào)研摸底。調(diào)研堅(jiān)持以學(xué)生為中心的調(diào)查原則， 圍繞應(yīng)用型本科高校學(xué)生的學(xué)習(xí)條件、思想和心理情況開展。調(diào)查對象主要為計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院2018級、2019級與部分2017級學(xué)生。通過“問卷星”網(wǎng)站發(fā)放回收調(diào)查問卷，發(fā)放問卷923人，實(shí)際收回840份，參評率91%。調(diào)研組根據(jù)調(diào)查問卷獲取數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后，發(fā)現(xiàn)其專業(yè)線上教學(xué)存在如下問題：

3.1教學(xué)條件保障仍需優(yōu)化

通過調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)學(xué)生家庭均有光纖、寬帶或者4G網(wǎng)絡(luò)，但是受天氣、供電等因素影響，網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定。學(xué)生通過半個(gè)月的線上學(xué)習(xí)，大多數(shù)都能熟練使用學(xué)習(xí)平臺與工具。但學(xué)習(xí)平臺與工具存在功能不完善、操作界面不友好，人機(jī)交互差，高峰期服務(wù)器不穩(wěn)定等問題。在學(xué)習(xí)過程中，半數(shù)以上學(xué)生存在視頻觀看不流暢、卡頓現(xiàn)象，影響課程學(xué)習(xí)、簽到、互動(dòng)等環(huán)節(jié)，教學(xué)支持服務(wù)較為薄弱。

3.2 學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度消極問題

疫情期間學(xué)生居家學(xué)習(xí)心理上存在不同程度的煩躁、焦慮現(xiàn)象。部分學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)主動(dòng)性，學(xué)生到課率低于課堂教學(xué)。教師無法對學(xué)生實(shí)施有效監(jiān)管，簽到、提問、搶答等互動(dòng)方式覆蓋不全面，難以調(diào)動(dòng)全部學(xué)生。由于師生不處于同一實(shí)體空間，存在“教師直播，學(xué)生離線”的情況。隨著對在線學(xué)習(xí)新鮮度消退，而課程難度逐漸增大，學(xué)生對學(xué)習(xí)產(chǎn)生厭倦情緒。

3.3 教學(xué)實(shí)施中存在問題

由于疫情突然，眾多教師對線上課程準(zhǔn)備不充分，存在將課堂教學(xué)內(nèi)容直接的搬到線上教學(xué)平臺的情況，沒有對教學(xué)資源和內(nèi)容組織再造。在引用其他學(xué)校教學(xué)資源時(shí)，教師沒有精心的篩選、編輯，很多課程資源并不適合應(yīng)用型本科高校。

前期調(diào)研工作是十分有必要的，通過調(diào)研工作可以摸清學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間、學(xué)習(xí)設(shè)備和對教學(xué)平臺的使用等基本情況，也能及時(shí)掌握疫情期間學(xué)生思想、心理狀態(tài)，為開展線上程序培訓(xùn)的實(shí)施提供參考。

4 教學(xué)模式改革

針對以上存在的問題，結(jié)合應(yīng)用型本科院校自身人才培養(yǎng)要求及疫情期間線上教學(xué)

實(shí)際情況，競賽培訓(xùn)采用一種混合多元式教學(xué)模式。混合式教學(xué)的能把傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式的優(yōu)勢和電子化學(xué)習(xí)的優(yōu)勢結(jié)合起來[4]。既能發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，又要充分體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體的主動(dòng)性、積極性與創(chuàng)造性[5]。程序競賽培訓(xùn)的混合多元式教學(xué)模式主要由“慕課教學(xué)”+“線上翻轉(zhuǎn)課堂”+“ACM實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ健比齻€(gè)模塊構(gòu)成。

4.1慕課建設(shè)

自2012年興起來，慕課經(jīng)歷了8年多的發(fā)展，大規(guī)模的MOOC建設(shè)已經(jīng)開始在全國推廣，很多計(jì)算機(jī)專業(yè)課也建設(shè)了相應(yīng)的慕課。作為一種新型的教學(xué)模式和學(xué)習(xí)方式，慕課有著自身特點(diǎn)。首先，慕課學(xué)習(xí)時(shí)間可以寬松靈活，打破時(shí)間和地點(diǎn)的限制，適合學(xué)生在線異步學(xué)習(xí)。疫情期間教學(xué)都面臨的一個(gè)共同問題——教學(xué)條件保障。很多學(xué)生的家庭地處偏遠(yuǎn)農(nóng)村，所使用的網(wǎng)絡(luò)狀況不能有效的支持在線同步教學(xué)。在實(shí)施慕課時(shí)，通過給學(xué)生劃分好合理的學(xué)習(xí)時(shí)間段，可以達(dá)到錯(cuò)峰學(xué)習(xí)，避免網(wǎng)絡(luò)擁堵、卡頓問題。學(xué)生白天有專業(yè)課學(xué)習(xí)，程序競賽的培訓(xùn)可以要求學(xué)生充分利用晚上或周末進(jìn)行學(xué)習(xí)。其次，使用慕課方便教學(xué)資源多元化融合。在建設(shè)慕課過程中，可將原有的課件、動(dòng)畫、程序代碼等培訓(xùn)資源導(dǎo)入平臺，也可方便地將新制作的視頻教學(xué)資源加入慕課設(shè)計(jì)。最后，慕課教學(xué)具有較高自主性。疫情期間，學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)很繁重，慕課模式可以使受教育者根據(jù)自己的需要隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)，減輕其學(xué)習(xí)壓力并提高學(xué)生的積極性[6]。根據(jù)前期問卷調(diào)查，學(xué)生線上學(xué)習(xí)接觸超星學(xué)習(xí)通平臺較多，能夠熟練使用平臺。該平臺功能較為完備、穩(wěn)定，其“統(tǒng)計(jì)”模塊能有效監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和效果，適合打造線上評價(jià)體系。因此，慕課建設(shè)平臺選用了超星學(xué)習(xí)通。

4.2線上翻轉(zhuǎn)課堂模式

近年來，“翻轉(zhuǎn)課堂”在教育界日益走紅，很多計(jì)算機(jī)專業(yè)課程也嘗試探索了這種教學(xué)模式。該模式的典型特點(diǎn)為“課前傳授+課上內(nèi)化”。 [7] “課前傳授”時(shí)，教師在課前將視個(gè)頻等教學(xué)資源上傳到網(wǎng)絡(luò)平臺，供學(xué)生自學(xué)。教師在建設(shè)程序競賽線上培訓(xùn)課程中，需要在超星學(xué)習(xí)通平臺設(shè)計(jì)相關(guān)章節(jié)，并上傳制作好的視頻。每個(gè)知識點(diǎn)的視頻一般不超過15分鐘，避免長時(shí)間觀看導(dǎo)致學(xué)生注意力不集中。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，選擇部分算法、例題的視頻由學(xué)生制作，使學(xué)生融入競賽培訓(xùn)中，這也是課堂翻轉(zhuǎn)的一種方式。學(xué)生可以根據(jù)學(xué)習(xí)導(dǎo)圖完成視頻學(xué)習(xí)、闖關(guān)測試、資料閱讀等活動(dòng)?！罢n上內(nèi)化”時(shí)，教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生在課堂上完成答疑、提問、協(xié)同完成任務(wù)及拓展知識。通常情況下，該過程應(yīng)在實(shí)體課堂進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，但是鑒于疫情期間的特殊情況，教研組選擇“騰訊極速課堂”這款在線授課軟件模擬實(shí)體課堂，完成翻轉(zhuǎn)教學(xué)。為了避免網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，翻轉(zhuǎn)課堂一般在周末進(jìn)行。

4.3線上實(shí)踐教學(xué)

在應(yīng)用型本科高校人才培養(yǎng)模式中，增強(qiáng)學(xué)生知識應(yīng)用能力、提高學(xué)生動(dòng)手編程是重要培養(yǎng)目標(biāo)。疫情期間學(xué)生無法到課堂實(shí)驗(yàn)的情況下，可以采用在線判題系統(tǒng)（Online Judge，OJ）完成實(shí)踐教學(xué)。OJ系統(tǒng)最早用于ACM程序競賽訓(xùn)練，如今已經(jīng)廣泛應(yīng)用于《C程序語言設(shè)計(jì)》《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》《算法設(shè)計(jì)與分析》等課程的實(shí)驗(yàn)改革，與眾多計(jì)算機(jī)專業(yè)課均有結(jié)合[8]。學(xué)生在線提交程序后，判題過程不用人工，既保證了判題的準(zhǔn)確性，又節(jié)省了教師的時(shí)間，提高教學(xué)效率。杭州電子科技大學(xué)同為應(yīng)用型本科大學(xué)，因此實(shí)驗(yàn)實(shí)踐部分采用該校的OJ。

綜上所述，超星學(xué)習(xí)平臺可以為學(xué)生提供理論學(xué)習(xí)和過程管理，騰訊極速課堂能模擬實(shí)體課堂實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂， OJ模式則解決了程序競賽的實(shí)驗(yàn)問題，充分利用“慕課+翻轉(zhuǎn)課堂+ACM模式實(shí)驗(yàn)”的混合多元式教學(xué)模式實(shí)現(xiàn)了程序競賽的線上培訓(xùn)體系。

5 實(shí)施方案

5.1總體設(shè)計(jì)

程序競賽培訓(xùn)與集訓(xùn)一般分為初級入門培訓(xùn)，中級進(jìn)階培訓(xùn)，高級提高培訓(xùn)和賽前沖刺培訓(xùn)四個(gè)階段。下面以初級入門培訓(xùn)為例，介紹培訓(xùn)中各知識點(diǎn)的教學(xué)設(shè)計(jì)。結(jié)合人才培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱，該部分一共40學(xué)時(shí)，5個(gè)知識點(diǎn)，其中每個(gè)知識點(diǎn)包含視頻4-6個(gè)，總視頻27個(gè)。為了提高學(xué)生的參與度，部分視頻資源由優(yōu)秀的競賽隊(duì)員按照規(guī)范制作，教師負(fù)責(zé)整理、剪輯和上傳。詳細(xì)設(shè)計(jì)如表1。

5.2實(shí)施步驟

5.2.1課程前分層次組織

程序競賽培的訓(xùn)對象來自計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院的不同年級（大一、大二、大三），不同專業(yè)（軟件工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程），學(xué)生的編程基礎(chǔ)存在差異。因此，本著以學(xué)生為中心的目的，應(yīng)根據(jù)學(xué)生自身的實(shí)際情況因人施教。教練組采用一種依據(jù)題目難度分級培養(yǎng)方案：將習(xí)題分為容易、一般和困難三級。學(xué)生可以根據(jù)自身情況挑戰(zhàn)題目，感覺難度大的習(xí)題可以先跳過，僅完成最基礎(chǔ)的知識掌握。這樣可以保證整體知識的連貫性，避免產(chǎn)生較大脫節(jié)。對于未掌握的內(nèi)容可以后期再回顧學(xué)習(xí)。表2以動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法為例，對杭電OJ中題目進(jìn)行分級。其中“★”數(shù)表示題目難度。一般推薦學(xué)生完成兩星難度即可。如果學(xué)生學(xué)習(xí)困難或者時(shí)間精力不充裕，可以只完成1星難度。這種分層次的方式考慮了學(xué)生個(gè)體的差異性，最大限度保證了學(xué)習(xí)的靈活性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。由于所處同一層級的學(xué)生基礎(chǔ)知識大致相同，所以學(xué)習(xí)進(jìn)度基本能一致，也方便了教師組織集中答疑。

5.2.2課中采用慕課方式

慕課時(shí)利用超星平臺的資源解決理論學(xué)習(xí)問題，完成翻轉(zhuǎn)課堂的“課前傳授”部分。教師做好導(dǎo)學(xué)工作，通過思維導(dǎo)圖及導(dǎo)學(xué)視頻，介紹本節(jié)課學(xué)習(xí)的目的、內(nèi)容，提出問題，有目的的引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。學(xué)生根據(jù)導(dǎo)學(xué)提示，帶著問題觀看理論和例題視頻。在此過程中，學(xué)生可以結(jié)合程序代碼、動(dòng)畫、電子書和課件等資料幫助理解知識點(diǎn)。如學(xué)生存在問題，可以直接在討論區(qū)留言。最后，完成闖關(guān)測試，檢查學(xué)習(xí)中存在問題。學(xué)習(xí)理論之后，實(shí)踐部分通過杭電OJ完成。

5.2.3課后多角色互動(dòng)

課后通過師生間、學(xué)生間互動(dòng)完成翻轉(zhuǎn)課堂的知識內(nèi)化。由于學(xué)生無法到實(shí)體課堂，教師通過騰訊極速課堂教學(xué)平臺模擬課堂的一系列活動(dòng)。其過程可以設(shè)計(jì)為：學(xué)生提問階段、教師引導(dǎo)討論階段和知識拓展階段。在學(xué)生提問階段，教師針對以往教學(xué)中的重難點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生提出自主學(xué)習(xí)階段的問題，盡量讓其他學(xué)生積極回答，最后教師進(jìn)行完善與總結(jié)。在教師引導(dǎo)討論階段，教師拋出提前設(shè)計(jì)好且有針對性的問題讓學(xué)生們有目的討論，并充分考慮一題多解的情況。需要注意的是，前兩環(huán)節(jié)應(yīng)把握好時(shí)間分配。知識拓展階段則根據(jù)課堂剩余時(shí)間靈活安排，未完成的剩余內(nèi)容可以通過學(xué)習(xí)通發(fā)放資料或作業(yè)的形式布置給學(xué)生。

5.2.4線上考核

線上教學(xué)不同于以往的傳統(tǒng)教學(xué)，其考核方式也不宜生搬硬套以往線下考核方式。

鑒于到學(xué)生不能返校的實(shí)際情況，采用了線上考核和監(jiān)考。為了保證公平性，考核模擬競賽機(jī)制使用OJ平臺。OJ平臺測試數(shù)據(jù)大，即可保證判題的客觀性，也能體現(xiàn)公平性。為保證考試紀(jì)律，考生攝像頭應(yīng)不少于兩部，使遠(yuǎn)程監(jiān)考無死角。

6 結(jié)論

混合多元式在線教學(xué)是一種在疫情背景下設(shè)計(jì)的程序競賽培訓(xùn)模式。該模式雖然是應(yīng)急之舉，但是解決了遠(yuǎn)程競賽培訓(xùn)的難題，也對應(yīng)用型本科高校教學(xué)改革的未來發(fā)展方向有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。該模式響應(yīng)教育部“停課不停學(xué)”的要求，對前期線上教學(xué)存在的問題進(jìn)行調(diào)研和總結(jié)，提出并實(shí)施了切實(shí)可行的培訓(xùn)計(jì)劃，希望能為同類院校的教學(xué)工作提供參考。

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【通聯(lián)編輯：王力】