程序設(shè)計(jì)類課程“三階段”教學(xué)改革研究

王曉芳 向軍 譚明佳

摘 要：本研究基于民族高校理工科專業(yè)學(xué)生程序設(shè)計(jì)類課程實(shí)踐動(dòng)手能力較弱、學(xué)習(xí)效果差等實(shí)際情況，提出參照ACM競(jìng)賽方式教學(xué)和對(duì)程序設(shè)計(jì)類課程分三階段教學(xué)改革的觀點(diǎn)，以此改善學(xué)生編程代碼規(guī)模不夠、院校考核要求及方法不科學(xué)等問題，并通過實(shí)踐取得了較好的教學(xué)效果，具有在同類高校推廣的價(jià)值。

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計(jì);競(jìng)賽;教學(xué)改革

2018年6月在新時(shí)代全國高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議上，時(shí)任教育部部長(zhǎng)陳寶生明確要求，對(duì)大學(xué)生要合理“增負(fù)”，提升大學(xué)生的學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和興趣，改變本科教育輕松就能畢業(yè)的情況。程序設(shè)計(jì)類課程是信息類專業(yè)十分重要的學(xué)科基礎(chǔ)課程，但是目前該類課程學(xué)習(xí)壓力并不大，學(xué)生相對(duì)容易畢業(yè)。民族高校學(xué)生大多數(shù)來自偏遠(yuǎn)地區(qū)，學(xué)生的編程實(shí)踐動(dòng)手能力較弱。對(duì)于民族高校的信息類專業(yè)來說，無論是根據(jù)教育部的最新要求，還是分析近年畢業(yè)生人才培養(yǎng)質(zhì)量和實(shí)際就業(yè)情況，都需要進(jìn)行教學(xué)體系改革。

一、教學(xué)改革的必要性

以研究團(tuán)隊(duì)所在的湖北民族大學(xué)為例，分析學(xué)校所有信息類專業(yè)的程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)實(shí)際情況，發(fā)現(xiàn)存在以下問題：學(xué)生編程代碼規(guī)模不夠，練習(xí)偏少，編程基礎(chǔ)不夠扎實(shí)，實(shí)踐動(dòng)手能力不強(qiáng);學(xué)生學(xué)習(xí)編程興趣不高，學(xué)習(xí)動(dòng)力不足，考試壓力較小;課程考核方式不科學(xué)，依然采用傳統(tǒng)紙質(zhì)試卷方式，側(cè)重理論知識(shí)的考核，忽視了對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力和解決實(shí)際問題能力的考核，課程考核應(yīng)用性不強(qiáng)。研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)國內(nèi)其他高校的調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)很多高校的程序設(shè)計(jì)類課程也在進(jìn)行改革，但多采用MOOC教學(xué)方式或僅僅改革考核方式。而研究團(tuán)隊(duì)采用的改革方案與上述高校有很大不同，首先是基于ACM競(jìng)賽模式開發(fā)出在線OJ（Online Judge）系統(tǒng)，然后通過該系統(tǒng)進(jìn)行在線考試、在線實(shí)驗(yàn)、在線作業(yè)、在線答疑等教學(xué)過程。此改革成果具有在同類高校推廣的價(jià)值。

二、教學(xué)改革方案

（一）教學(xué)改革內(nèi)容

項(xiàng)目研究對(duì)象為信息類專業(yè)的程序設(shè)計(jì)類課程，從參與改革的專業(yè)分布及改革進(jìn)程來分析，改革專業(yè)主要包括試點(diǎn)階段的計(jì)算機(jī)類專業(yè)、推廣階段的電氣電子類專業(yè)、應(yīng)用階段的其他理工科專業(yè)。項(xiàng)目具體研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：改革課程教學(xué)體系、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容的研究與設(shè)計(jì)，改革課程考核方式、評(píng)價(jià)體系的制定，線上系統(tǒng)開發(fā)與維護(hù)相關(guān)工作，防止作弊的技術(shù)方案與實(shí)施，改革課程線上系統(tǒng)題庫的維護(hù)、更新，線下理論課微課視頻的錄制。

（二）教學(xué)改革方法

1.利用在線OJ系統(tǒng)改革教學(xué)過程、考核方式

利用在線OJ系統(tǒng)改革教學(xué)過程和考核方式是本項(xiàng)目改革的主要內(nèi)容。研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出類似于ACM競(jìng)賽的在線OJ系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以提供在線考試、在線實(shí)驗(yàn)、在線做題等教學(xué)過程。在線OJ系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)做題結(jié)果自動(dòng)判定，具備防作弊、可追蹤、可溯源功能，還可以根據(jù)學(xué)生做題情況實(shí)時(shí)對(duì)成績(jī)進(jìn)行排序，支持后臺(tái)維護(hù)，系統(tǒng)服務(wù)器可以24小時(shí)開放。學(xué)生可以在任何時(shí)間通過系統(tǒng)來做題，并且在做題時(shí)要完成程序編寫、編譯、正確運(yùn)行才能得分，所以在線OJ系統(tǒng)更加側(cè)重應(yīng)用，注重學(xué)生程序設(shè)計(jì)動(dòng)手能力的訓(xùn)練。

2.線上答疑與核心單元微課視頻輔助教學(xué)法

教學(xué)改革采用線上答疑的輔助教學(xué)法，在在線OJ系統(tǒng)上開辟答疑板塊，對(duì)學(xué)生課程學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的共性問題在系統(tǒng)上進(jìn)行詳細(xì)解答。研究團(tuán)隊(duì)還將課程的核心知識(shí)單元講解錄制成微課存放在系統(tǒng)上，以便學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)根據(jù)需要自行訪問。

3.采用試點(diǎn)、應(yīng)用、逐步推廣的教學(xué)改革方法

第一階段進(jìn)行試點(diǎn)，試點(diǎn)專業(yè)主要是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、數(shù)字媒體技術(shù)、信息安全、信息與計(jì)算科學(xué)四個(gè)專業(yè)，這個(gè)階段是本項(xiàng)目重點(diǎn)實(shí)施的過程;第二階段，將第一階段的改革方法應(yīng)用到信息工程學(xué)院的其他專業(yè);第三階段，向教務(wù)處、信息工程學(xué)院申請(qǐng)，將改革成果推廣到全校所有程序設(shè)計(jì)類課程，主要包括C語言、Python、Java語言等公共課。這種采用試點(diǎn)、應(yīng)用、逐步推廣的“三階段”教學(xué)改革方法，風(fēng)險(xiǎn)較小，成功率更高。

三、教學(xué)改革效果

通過分析參與試點(diǎn)改革的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、數(shù)字媒體技術(shù)、信息安全三個(gè)專業(yè)的相關(guān)數(shù)據(jù)可知，此次教學(xué)改革取得了良好的階段性成果。

（一）學(xué)生學(xué)習(xí)氛圍變得更好，學(xué)習(xí)編程興趣更加濃厚

改革課程在大一第一學(xué)期開始，讓學(xué)生進(jìn)校就能感覺到大學(xué)教學(xué)方法與高中的差異性，使其意識(shí)到大學(xué)更強(qiáng)調(diào)實(shí)踐動(dòng)手能力和課下學(xué)習(xí)主動(dòng)性的培養(yǎng)。在線OJ系統(tǒng)無論是考試還是平時(shí)的實(shí)驗(yàn)或作業(yè)，都會(huì)進(jìn)行排名，此排名對(duì)學(xué)生有一定的促進(jìn)作用，能提升學(xué)生解題成功的成就感和編寫程序的興趣。根據(jù)在線OJ系統(tǒng)數(shù)據(jù)反饋，在每個(gè)教學(xué)班，班級(jí)成績(jī)排名前10%～15%的學(xué)生起到引領(lǐng)作用，這部分學(xué)生基本上能獨(dú)立完成所有實(shí)驗(yàn)或作業(yè)題目，考試為滿分;班級(jí)成績(jī)排名前40%的學(xué)生，編程興趣濃厚，能獨(dú)立完成絕大部分題目，考試可以獲得優(yōu)良以上;班級(jí)成績(jī)排名前60%的學(xué)生，能獨(dú)立完成大部分題目，考試時(shí)可以獲得中等及良好以上;班級(jí)成績(jī)排名前90%的學(xué)生，掌握了課程的核心知識(shí)，考核能合格;班級(jí)剩下的10%的學(xué)生，編程基礎(chǔ)較差，學(xué)習(xí)投入不夠，一般最多能完成考試的1～2道題，個(gè)別學(xué)生甚至為0分?？傮w來說，教學(xué)改革形成了良好的學(xué)習(xí)氛圍，學(xué)生學(xué)習(xí)編程的興趣更加濃厚，實(shí)驗(yàn)課堂上很少有學(xué)生做與實(shí)驗(yàn)無關(guān)的事情。

（二）學(xué)生編程及實(shí)踐動(dòng)手能力有較大提高

通過課程改革，每個(gè)學(xué)生若能完成課程安排的所有任務(wù)，計(jì)算機(jī)類專業(yè)的學(xué)生至少一門課程可以達(dá)到5000行的編程規(guī)模。信息工程學(xué)院從三個(gè)專業(yè)的新生中選出40名學(xué)生加入創(chuàng)新中心，作為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)試點(diǎn)班學(xué)員，實(shí)行導(dǎo)師和學(xué)生雙向選擇。2018年春季學(xué)期，信息工程學(xué)院和創(chuàng)新中心選派2017級(jí)部分創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)試點(diǎn)班學(xué)員參加校內(nèi)外競(jìng)賽，都取得了較好的成績(jī)，其編程能力超過前兩屆的整體水平。以2018年“藍(lán)橋杯”省賽為例，信息工程學(xué)院選派9名數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)學(xué)生參賽，獲得二等獎(jiǎng)3項(xiàng)、三等獎(jiǎng)2項(xiàng)，獲獎(jiǎng)比例超過50%。在校內(nèi)競(jìng)賽中，信息工程學(xué)院參與課程改革的學(xué)生也都取得了較好的成績(jī)，相比往年均有較大進(jìn)步。

（三）學(xué)生重修壓力更大，學(xué)習(xí)動(dòng)力增強(qiáng)

在教學(xué)改革實(shí)施后，學(xué)生作弊空間很小，作弊方式有跡可循。此外，學(xué)生重修的話依然是這種教學(xué)方式和考試方式，若學(xué)生第一輪學(xué)習(xí)不認(rèn)真，想在后面重修中投機(jī)取巧通過考試基本上是不可能的。所以，改革后學(xué)生只有兩條路：認(rèn)真學(xué)習(xí)課程知識(shí)，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)及作業(yè)，通過課程考核;抱有作弊幻想，多次重修都不能通過考試，嚴(yán)重的甚至肄業(yè)或退學(xué)。學(xué)習(xí)重修壓力大，學(xué)生必然會(huì)主動(dòng)加強(qiáng)學(xué)習(xí)。

（四）豐富了學(xué)生課外學(xué)習(xí)內(nèi)容，彌補(bǔ)了學(xué)生課外學(xué)習(xí)時(shí)間不足問題

在線OJ系統(tǒng)可以24小時(shí)運(yùn)行，并且可以自動(dòng)評(píng)判學(xué)生提交作業(yè)的對(duì)錯(cuò)，檢查作業(yè)的重復(fù)率，避免學(xué)生抄襲。學(xué)生課堂上的學(xué)習(xí)興趣提高了，課外又可以自行在在線OJ系統(tǒng)上做題。在線OJ系統(tǒng)為學(xué)生課外學(xué)習(xí)提供了平臺(tái)和內(nèi)容，彌補(bǔ)了學(xué)生課外學(xué)習(xí)時(shí)間不足的問題，也有利于對(duì)學(xué)生的管理和促進(jìn)班風(fēng)學(xué)風(fēng)好轉(zhuǎn)，形成良性循環(huán)。

改革課程的首任教師工作量巨大，工作內(nèi)容主要包括：系統(tǒng)題庫維護(hù)、測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、課程其他資料收集等。改革課程工作量大，教師投入大，但學(xué)校暫未制定配套的工作量績(jī)效，教師投入積極性還有待提高。改革課程需要有連續(xù)性，為達(dá)到最好的改革效果，建議計(jì)算機(jī)類專業(yè)前四個(gè)學(xué)期中的所有程序設(shè)計(jì)類課程都進(jìn)行相應(yīng)改革，但這樣需要更多愿意投身改革的教師參加。改革課程教學(xué)過程中，學(xué)生的誠信教育需貫穿于教學(xué)全過程。課程改革后，學(xué)生作弊空間很小，若學(xué)生不改變學(xué)習(xí)態(tài)度，認(rèn)識(shí)不到問題的嚴(yán)重性，重修概率非常大。課程改革還需與更多平臺(tái)結(jié)合才會(huì)取得更好的改革效果，如ACM競(jìng)賽、CCF的CSP考試等，但開展這種合作需要學(xué)校和學(xué)院相關(guān)部門的大力支持。

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責(zé)編：應(yīng) 圖

基金項(xiàng)目：湖北省教學(xué)改革研究項(xiàng)目（編號(hào)：2018386）;國家自然科學(xué)基金（編號(hào)：61362012）

作者簡(jiǎn)介：王曉芳（1983— ），女，湖北民族大學(xué)信息工程學(xué)院講師，研究方向?yàn)樾畔z測(cè);向軍（1978— ），男，湖北民族大學(xué)信息工程學(xué)院副教授、研究生導(dǎo)師，研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)庫優(yōu)化、軟件測(cè)試;譚明佳（1966— ），男，湖北民族大學(xué)信息工程學(xué)院副教授，研究方向?yàn)樗惴ǚ治雠c設(shè)計(jì)。