結合學科競賽的程序設計綜合應用能力培養(yǎng)

寧彬　曹文平

摘? 要： 在OBE（Outcomes based Education）教育理念下，培養(yǎng)學生的應用能力和創(chuàng)新能力是目前教學的核心問題。提出以學科競賽為載體，構建程序設計課程和數(shù)據(jù)結構課程相結合的教學框架，實施基于主題的課程教學，整合線上教學資源建設由基礎知識向深度擴展，實現(xiàn)翻轉課堂和平臺資源混合教學方式的轉變，引導學生從基礎程序設計到綜合應用能力的整體提高，從而達到良好的實踐效果。

關鍵詞： 學科競賽; 程序設計; 綜合應用能力; 培養(yǎng)框架

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2022）05-102-03

Training of comprehensive application ability of programming

combined with subject competitions

Ning Bin， Cao Wenping

（

Abstract： Under the concept of OBE education， cultivating students' application ability and innovation ability is the core issue in teaching. We put forward the framework of the combination of program design course and data structure course with subject competition as the carrier and the cultivation of students' comprehensive application ability of program design as the core， discuss the methods of students from basic program design to comprehensive application， and finally explain the practical effect.

Key words： subject competitions; programming; comprehensive application ability; training framework

引言

在當前OBE教育理念的背景下，強調成果導向、持續(xù)改進，這是以知識的整合為基礎，要求學生能夠綜合應用所學知識。傳統(tǒng)的教育注重學習過程，而課程之間的聯(lián)系被弱化，學生在實際應用過程中不能綜合應用所學知識來解決問題，導致學生的實際動手能力不能滿足實際需要。針對學生綜合能力評價和社會需求能力標準不一致問題，提出計算機類專業(yè)人才綜合能力評價模型，指出具有綜合應用能力才能滿足社會需求[1]。很多研究提出了相關的教學改革措施，提出基于OBE考核方式的程序設計課程改革，根據(jù)考核結果對課程目標達成度進行分析[2];提出基于OBE理念和PBL方法的混合式教學模式，融合多平臺綜合案例以提高學生自主學習能力[3]。

目前在計算機專業(yè)的教學過程中，各課程的教學相對獨立，缺乏實際應用支撐，難以完成知識的整合，達不到學以致用的目標。特別是程序設計基礎知識不達標，直接導致后續(xù)的專業(yè)課程不能高效地延續(xù)性學習。這需要加強課程教學過程的科學性和嚴密性，并進行多課程的融合教學。

1 理念與思路

程序設計是計算機專業(yè)的入門課程，對于后續(xù)的專業(yè)課程學習至關重要。程序設計本質上是數(shù)據(jù)結構與算法的初級應用，教學過程需要融合數(shù)據(jù)結構和算法思維，與實際應用無縫銜接，使學生掌握程序設計的基礎，并為后續(xù)課程的學習打好基礎。

考慮到目前程序設計和數(shù)據(jù)結構課程是先后開設的兩門課程，在程序設計課程的學習中未能融合數(shù)據(jù)結構，因此需要設計一個完整的框架來達到目的。傳統(tǒng)的做法是針對兩門課程學完之后開設一個課程設計，通過完成一個小型項目整合兩門課程知識。但從實踐情況來看，整合的時間點存在滯后性，學生的積極性不高，并不能完成知識整合目的。

結合實際調查，以程序設計類的學科競賽為載體，搭建融合程序設計和數(shù)據(jù)結構的培養(yǎng)框架，如圖1所示，分為三個層次：基礎知識專題、課程深度擴展和學科競賽。對應的教學方式轉變?yōu)榛诜D課堂和平臺資源的混合教學，同步線上資源建設，引導學生組成學習小組，培養(yǎng)程序設計綜合應用能力，實現(xiàn)整體提高。程序設計課程教學與學科競賽對接，能夠使學生有明確的目標和成就感，有助于學生綜合應用能力的培養(yǎng)。

2 培養(yǎng)框架建設

2.1 基于專題的課程教學

專題式的程序設計教學方法將課程按照難度系數(shù)由淺入深劃分為計算思維訓練、語法、基本算法和模塊化編程四個相對獨立的專題進行教學，具有較好的教學效果，如表1所示[4]。將數(shù)據(jù)結構課程劃分為線性表、樹、圖及綜合應用四個專題，以掌握常用數(shù)據(jù)結構及應用為目的，如表2所示。

2.2 課程深度擴展

在完成程序設計和數(shù)據(jù)結構課程教學后，學生已具備程序設計和數(shù)據(jù)結構的基本概念，但是還達不到在實際應用中的能力要求。因此，融合這兩門課程，如表3所示，進行深度擴展，以培養(yǎng)學生的實際應用能力為主。

循環(huán)結構，是程序設計中的重點及難點。通過代碼分析，讓學生清晰地閱讀并分析復雜循環(huán)結構的功能及正確性?；蛘呓o出相對復雜的循環(huán)需求，要求學生采用循環(huán)不變式的理論進行設計，達到熟練掌握循環(huán)結構的目的。

其他數(shù)據(jù)結構與算法，結合藍橋杯、中軟杯、計算機設計大賽等學科競賽，對常用的數(shù)據(jù)結構與算法進行補充與深化，如動態(tài)規(guī)劃、平衡樹、樹狀數(shù)組、滾動數(shù)組、排列與組合等。這即可為參加學科競賽準備，也能對數(shù)據(jù)結構及算法進行更深層次地拓展。

項目案例分析，抽取其中的程序設計及數(shù)據(jù)結構實例，幫助學生對所學的知識進行初步的融合，從需求、設計到實現(xiàn)進行完整的演示，使學生具有初步解決實際問題的能力。

項目實施，要求學生針對具體的問題設計解決方案，側重于實現(xiàn)多個程序結構及數(shù)據(jù)結構的設計。這種項目實施過程可以讓學生面對實際問題，對所學知識有更深層次的思考和應用。

2.3 學科競賽訓練

程序設計類的學科競賽是以考查程序設計和初級算法的綜合應用能力為主，要求學生對所學知識進行深度整合，從而具備分析和解決問題的基本能力。通過參加學科競賽，可倒逼學生鞏固基礎知識，學會自主思考，這是實現(xiàn)螺旋式能力提升的有效的過程。參加學科競賽宜由易到難循序漸進，首次參加應該選擇難度適中的競賽，初步訓練學生獨立解決問題的能力，為后續(xù)的高層次競賽、專業(yè)素養(yǎng)訓練提供基礎。

3 實施方案

3.1 線上線下混合教學模式

利用MOOC/SPOC和線下課堂教學，充分調動學生的自主學習性，充分體現(xiàn)學生作為學習過程主體的主動性、積極性與創(chuàng)造性，引導學生由淺入深地學習[5]。因此，實現(xiàn)混合式教學已成為當前的主流教學模式，如圖2所示。學生課前自主學習，教師主導課堂討論答疑，課后利用資源平臺進行必要的練習，達到鞏固知識的效果。

3.2 多元化線上資源建設

混合式教學是以線上資源支撐為前提，更需要多樣化、共享化、層次化的教學資源，從而契合課程融合和培養(yǎng)學生綜合應用能力的需要。

⑴ 線上MOOC/SPOC課程建設：在自主建設MOOC課程的同時，引入外部優(yōu)質的MOOC平臺資源，開展SPOC教學，提供立體化的學習資料，包括課件、視頻、練習及疑難解答。

⑵ 題庫建設和在線編程測試平臺建設：此項建設是提高學生綜合應用能力的必要條件，而且題庫及在線編程測試平臺的優(yōu)劣，直接影響到學生知識整合程度。題庫的建設和教學的推進層次相匹配，包括基礎知識、知識擴展和綜合應用的相關題庫。基于在線編程測試平臺，開展不同難度系數(shù)的程序設計類學科競賽，實現(xiàn)以賽促學。

3.3 小組學習

小組學習模式在一定程度上具有監(jiān)督學習及提升學習能力的效果，開展小組內的講課、提問、討論、總結等多樣化的學習形式，能提高學生的學習興趣。特別是學習其他數(shù)據(jù)結構及算法和在線編程階段，學習小組可以分工合作共同完成。這是后期訓練綜合應用時重要的學習形式。

4 實踐效果及結論

構建學科競賽平臺，將學科競賽融入日常的課程教學過程，以培養(yǎng)學生的綜合應用能力，實踐中取得了較為明顯的效果，符合OBE的培養(yǎng)理念。

⑴ 與計算機專業(yè)實踐教學相結合，多課程融合的教學方式達到了學科競賽與實踐教學的協(xié)同效應。學生對實踐教學的參與熱情及成果質量有明顯的提升，優(yōu)秀成果逐年遞增。近三年在程序設計類的學科競賽活動中取得的獎項有較大的增加。

⑵ 后續(xù)課程的學習效果具有質的改變。以學科競賽為載體，多課程融合的程序設計訓練，確實提高了學生程序設計能力，建立起了良好的學習方式，在后續(xù)的專業(yè)課程學習中，學生表現(xiàn)出過硬的程序設計能力、較強的自學能力和互助的小組學習能力。

因此，以學科競賽為載體的課程融合教學框架，強化了程序設計綜合應用能力的培養(yǎng)，發(fā)揮了與其他專業(yè)課程教學的協(xié)同效應，獲得了良好的實踐效果。

參考文獻（References）：

[1] 靳紅梅，李占利，牟琦，等.計算機類專業(yè)人才綜合能力評價

模型研究[J].軟件導刊，2020，19（6）：257-260

[2] 江玉潔，崔莉莉，石林祥.基于OBE考核方式的程序設計基礎

課程改革實踐與探索[J].計算機教育，2021（8）：116-120

[3] 任靜靜，王亞利.基于OBE理念和PBL方法的《程序設計基礎》

混合式教學模式研究[J].現(xiàn)代計算機，2021（21）：128-132

[4] 曹文平.基于專題的程序設計教學[J].計算機時代，2014

（11）：72-73

[5] 郭艷燕，婁蘭芳，畢遠偉.基于“MOOC+SPOC+雨課堂+QQ

課程群”的統(tǒng)一建模語言UML課程的混合式教學改革[J].計算機教育，2021（8）：107-111

收稿日期：2021-10-25

*基金項目：2020年度湖北文理學院教學研究項目“以OBE為導向，基于PTA平臺的程序設計基礎課程教學改革與教學資源建設研究”（JY2020033）; 2020年度湖北文理學院“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育”教學研究專項項目“以學科競賽為載體，培養(yǎng)計算機類專業(yè)學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的研究”（序號12）。

作者簡介：寧彬（1977-），男，湖北丹江口人，碩士，教授，主要研究方向：軟件工程、數(shù)據(jù)挖掘。