淺談程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽與通識(shí)教育的結(jié)合模式

楊鵬　吳磊　汪小平

[摘 要]針對(duì)目前國(guó)內(nèi)對(duì)新工科領(lǐng)域創(chuàng)新人才的需求與通識(shí)教育不足之間的矛盾，以及當(dāng)前科技型人才培養(yǎng)過(guò)程中存在的問(wèn)題，文章結(jié)合新工科改革背景下通識(shí)教育改革新理念，研究將通識(shí)教育“新四會(huì)”的人才培養(yǎng)理念，與算法程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽相結(jié)合的精英人才培養(yǎng)新模式，并對(duì)新模式的內(nèi)涵、實(shí)現(xiàn)途徑、人才梯隊(duì)建設(shè)、考核方式和方法等進(jìn)行了深入探討，最后結(jié)合競(jìng)賽成績(jī)和產(chǎn)出，說(shuō)明該模式的運(yùn)行效果。

[關(guān)鍵詞]通識(shí)教育;程序設(shè)計(jì);新工科;人才培養(yǎng)

[中圖分類(lèi)號(hào)] G640 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2022）05-0123-04

2017年教育部高等教育司提出工程教育應(yīng)在以往的基礎(chǔ)上進(jìn)行改革強(qiáng)化，促使創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)更深入的發(fā)展，并從工程教育新理念、學(xué)科專(zhuān)業(yè)新結(jié)構(gòu)、人才培養(yǎng)新模式、教育教學(xué)新質(zhì)量和分類(lèi)發(fā)展新體系等幾個(gè)方面提出如何圍繞工程教育改革進(jìn)行新工科的研究和實(shí)踐等問(wèn)題[1]。

新一輪工業(yè)革命不僅突出科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)變革，而且對(duì)人們的社會(huì)生產(chǎn)生活方式以及高等教育都會(huì)產(chǎn)生深刻影響[2]。新工程教育在融合基礎(chǔ)學(xué)科、工程學(xué)科、人文學(xué)科的基礎(chǔ)上，將更加注重工程實(shí)踐能力、跨學(xué)科與復(fù)合創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。高校應(yīng)著重打造通識(shí)教育與核心競(jìng)爭(zhēng)力培養(yǎng)體系，構(gòu)建由核心通識(shí)課程體系與專(zhuān)業(yè)課程體系相輔相成的通識(shí)教育新模式[3]。

同時(shí)，新工科教育模式改革主要是對(duì)傳統(tǒng)的工科專(zhuān)業(yè)過(guò)窄過(guò)細(xì)的弊端進(jìn)行研究，探索跨學(xué)科專(zhuān)業(yè)之間的交叉融合，并針對(duì)目前在工程實(shí)踐方面、創(chuàng)新思維方面的人才需求，培養(yǎng)能力突出的高素質(zhì)、復(fù)合型新工科人才[4]。

而新工科建設(shè)的主要目標(biāo)就是對(duì)各學(xué)科的專(zhuān)業(yè)課程體系進(jìn)行重新打造。新工科專(zhuān)業(yè)的整個(gè)課程體系可以由通識(shí)教育和專(zhuān)業(yè)教育兩部分組成。其中通識(shí)基礎(chǔ)課程群主要為新工科專(zhuān)業(yè)學(xué)生提供適應(yīng)面廣的人文社會(huì)科學(xué)、數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)等課程。通識(shí)課程群注重培養(yǎng)學(xué)生的人文素養(yǎng)、團(tuán)隊(duì)合作精神、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)以及計(jì)算思維等[5]。在新工科的建設(shè)過(guò)程中，各類(lèi)學(xué)科的發(fā)展對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)效果提出了較高的要求，尤其是在重要的交叉學(xué)科的人才培養(yǎng)上，具有計(jì)算思維已成為較為關(guān)鍵的一點(diǎn)。程序設(shè)計(jì)課程不僅僅被視為一門(mén)工具課程，更是新生入學(xué)后的計(jì)算思維啟蒙課程，如果把程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽的培養(yǎng)理念滲透其中，強(qiáng)化工科學(xué)生的思維能力和實(shí)踐能力，將對(duì)各類(lèi)學(xué)科的人才培養(yǎng)起到積極的推進(jìn)作用。

一、程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的作用

針對(duì)當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)科技領(lǐng)域?qū)?chuàng)新型人才的需求與高等教育創(chuàng)新型人才培養(yǎng)不足之間的矛盾，在工業(yè)化革命飛速變革的今天，亟須通過(guò)變革來(lái)提升傳統(tǒng)教育的教學(xué)效果，同時(shí)國(guó)內(nèi)對(duì)新工科訴求下的高水平人才有著較大的需求，這是新時(shí)代高等教育面臨的難題。根據(jù)清華大學(xué)多年來(lái)在全國(guó)信息學(xué)奧林匹克競(jìng)賽的技術(shù)組織與培訓(xùn)方面所總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，高校應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生在掌握傳統(tǒng)專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容并學(xué)有余力的同時(shí)，積極參與各類(lèi)學(xué)科競(jìng)賽。通過(guò)參加學(xué)科競(jìng)賽，豐富學(xué)生的閱歷，開(kāi)闊學(xué)生的視野，促進(jìn)學(xué)生思維轉(zhuǎn)換和能力特長(zhǎng)的個(gè)性發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，從而達(dá)到培養(yǎng)符合時(shí)代需求的創(chuàng)新型人才的目的。各類(lèi)學(xué)科競(jìng)賽所涉及的知識(shí)范疇往往高度融合了多個(gè)學(xué)科知識(shí)，相比日常課程，學(xué)科競(jìng)賽對(duì)知識(shí)點(diǎn)的運(yùn)用將更靈活、更具難度和挑戰(zhàn)性，需要在現(xiàn)有知識(shí)體系的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展思維和創(chuàng)新能力，這是對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)能力的深入培養(yǎng)[6]。

通過(guò)競(jìng)賽課程培育人才，還可創(chuàng)新各種學(xué)習(xí)方式和培養(yǎng)途徑。要培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維和創(chuàng)新意識(shí)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)始終處于對(duì)未知問(wèn)題孜孜不倦地探索中，以及刻意求新的精神狀態(tài)之下。競(jìng)賽活動(dòng)以其問(wèn)題的刁鉆，激發(fā)學(xué)生的興趣，通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式，讓學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中完成思維的跳躍和實(shí)踐能力的提升。競(jìng)賽中的問(wèn)題由于涉及較多學(xué)科領(lǐng)域的理論和方法，有些問(wèn)題的求解是沒(méi)有固定套路和做法的，這對(duì)學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行提煉、分析和歸納，以及通過(guò)建模、編程等方式完成問(wèn)題的解答等方面的能力提出了較高的要求。不同學(xué)科競(jìng)賽所需的學(xué)科知識(shí)種類(lèi)有所不同，但是殊途同歸，都將培養(yǎng)創(chuàng)新能力與知識(shí)運(yùn)用的綜合性、靈活性及探索性相結(jié)合[7]。

二、程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽與通識(shí)教育的結(jié)合

中國(guó)的高等教育經(jīng)過(guò)改革開(kāi)放后一系列的專(zhuān)業(yè)調(diào)整，辦學(xué)的基本形式已經(jīng)轉(zhuǎn)變成行業(yè)化辦學(xué)和高度專(zhuān)業(yè)化的人才培養(yǎng)。但是這種高度專(zhuān)業(yè)化的培養(yǎng)模式過(guò)于強(qiáng)調(diào)專(zhuān)業(yè)性的發(fā)展而限制了學(xué)生的全面發(fā)展，這與科技時(shí)代對(duì)新工科人才的定義是不完全匹配的。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在傳統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)教育之外的通識(shí)教育是一種強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科知識(shí)融合和強(qiáng)調(diào)聽(tīng)說(shuō)讀寫(xiě)的非專(zhuān)業(yè)、非功利性的能力、態(tài)度、價(jià)值的教育。通識(shí)教育的目的是培養(yǎng)人格健全和具有社會(huì)責(zé)任感的社會(huì)公民，通識(shí)教育的實(shí)質(zhì)是培養(yǎng)全面、和諧發(fā)展的人。

通識(shí)教育在國(guó)外高校已經(jīng)得到普遍推廣，國(guó)外高校在通識(shí)教育方面積累了大量的人才培養(yǎng)理念和經(jīng)驗(yàn)，尤其是人才培養(yǎng)體系制度非常值得我們借鑒。在一些國(guó)外知名高校的本科教育體制中，通識(shí)教育核心課程往往會(huì)占據(jù)全部課程的三分之一左右，就算是以理工科為主的高校也會(huì)向?qū)W生開(kāi)設(shè)大范圍的、科學(xué)的專(zhuān)業(yè)綜合訓(xùn)練，并強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科學(xué)習(xí)和多元化思維，同時(shí)在學(xué)生的成長(zhǎng)過(guò)程中灌輸未來(lái)的終身學(xué)習(xí)和高目標(biāo)的職業(yè)成長(zhǎng)。

目前，國(guó)內(nèi)高校所倡導(dǎo)的自然科學(xué)通識(shí)課程主要是具有一定專(zhuān)業(yè)性的數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等課程。在轉(zhuǎn)變新工科人才培養(yǎng)理念的過(guò)程中，我們需要改變對(duì)程序設(shè)計(jì)通識(shí)教育的誤解和偏見(jiàn)，突出計(jì)算思維在新工科人才培養(yǎng)中的作用和影響。高校在思考如何才能深入推動(dòng)程序設(shè)計(jì)通識(shí)教育的普及性上，應(yīng)該優(yōu)先強(qiáng)調(diào)如何灌輸通識(shí)觀念。良好的程序設(shè)計(jì)通識(shí)教育應(yīng)該是教師和學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)和學(xué)習(xí)有更加正確、合理的認(rèn)識(shí)。

高校強(qiáng)調(diào)的通識(shí)教育應(yīng)該側(cè)重考慮如何給予學(xué)生全面的教育，從而促進(jìn)學(xué)生在能力素質(zhì)方面全面、和諧發(fā)展。針對(duì)如何整體規(guī)劃人才培養(yǎng)體系，目前的做法是通過(guò)調(diào)整課程體系結(jié)構(gòu)、完善通識(shí)課程體系建設(shè)、優(yōu)化學(xué)生知識(shí)體系結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)跨學(xué)科、跨領(lǐng)域培養(yǎng)，使學(xué)生具備理科的邏輯思維、工科的技術(shù)方法和文科的想象創(chuàng)意等素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的健全人格與綜合素質(zhì)。

電子科技大學(xué)將通識(shí)教育視為一種教育理念，重在開(kāi)闊學(xué)生視野，明確強(qiáng)調(diào)本科階段的學(xué)生應(yīng)當(dāng)在聽(tīng)、說(shuō)、讀、寫(xiě)四個(gè)方面具備基本的能力素養(yǎng)，并將其稱(chēng)之為“新四會(huì)”。學(xué)校明確能力培養(yǎng)理念和方向，即培養(yǎng)學(xué)生的思維辨析能力、語(yǔ)言表達(dá)能力，在通識(shí)教育的學(xué)習(xí)中強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新精神，在工科的學(xué)習(xí)氛圍中突出強(qiáng)調(diào)學(xué)生人文與科學(xué)素養(yǎng)，達(dá)到“學(xué)以成人”。隨著學(xué)校繼續(xù)深入推進(jìn)通識(shí)教育，在原有課程體系的基礎(chǔ)上不斷完善通識(shí)課程體系建設(shè)，提出以學(xué)科競(jìng)賽帶動(dòng)通識(shí)教育，將不同學(xué)科競(jìng)賽的人才培養(yǎng)理念和思辨方式與專(zhuān)業(yè)教育相融合，進(jìn)一步提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的廣泛志趣，讓人才培養(yǎng)朝著精英化的目標(biāo)不斷推進(jìn)。

為此，電子科技大學(xué)自2016年以來(lái)就將ACM算法與程序設(shè)計(jì)課程納入學(xué)校的核心通識(shí)課程體系，包括理、工、管、文在內(nèi)的各個(gè)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生在大一時(shí)就可自主選修。來(lái)自不用學(xué)科領(lǐng)域的學(xué)生可交叉組隊(duì)或分組，這已經(jīng)成為算法與程序設(shè)計(jì)教學(xué)和比賽的常態(tài)。學(xué)生通過(guò)ACM算法與程序設(shè)計(jì)通識(shí)課程的學(xué)習(xí)，能力和素質(zhì)得到了進(jìn)一步的提升，畢業(yè)后的選擇更加多樣化，進(jìn)入社會(huì)后也將會(huì)深受歡迎。

算法與程序設(shè)計(jì)在理論上具有一定的抽象性，方法和知識(shí)的運(yùn)用也比較綜合。將ACM競(jìng)賽課程開(kāi)設(shè)成核心通識(shí)課程，就是讓算法與程序設(shè)計(jì)成為大學(xué)生必備的素質(zhì)與能力，“學(xué)”程序設(shè)計(jì)的根本在于明白何處用算法、怎樣用好算法。希望更多的學(xué)生通過(guò)ACM算法與程序設(shè)計(jì)核心通識(shí)課程的學(xué)習(xí)能愛(ài)上算法、用好程序設(shè)計(jì)，為自己未來(lái)的事業(yè)插上程序設(shè)計(jì)的翅膀。

算法與程序設(shè)計(jì)的核心就是要通過(guò)數(shù)學(xué)方法以及算法思想分析問(wèn)題，通過(guò)程序設(shè)計(jì)解決問(wèn)題，這也是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的必備過(guò)程，同時(shí)要求學(xué)生具備“新四會(huì)”能力，這也與通識(shí)教育的理念不謀而合。目前的教學(xué)方法與考核方式改革正是推動(dòng)通識(shí)教育的“指揮棒”，具有重要的導(dǎo)向作用。

ACM算法與程序設(shè)計(jì)這門(mén)核心通識(shí)課程的教學(xué)目標(biāo)是促使新工科學(xué)生牢牢掌握各類(lèi)算法的基本概念以及程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和方法，并緊密結(jié)合自身專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)算法知識(shí)發(fā)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)中的實(shí)際問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，從而將工科中的學(xué)科基礎(chǔ)課程、程序設(shè)計(jì)通識(shí)課程和學(xué)科專(zhuān)業(yè)課程進(jìn)行深度融合，使新工科下的各類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生都具備扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)和實(shí)踐能力，提升本科學(xué)生未來(lái)的科研和創(chuàng)新能力。

在將ACM算法與程序設(shè)計(jì)課程和通識(shí)教育體系融合的過(guò)程中，全校工科專(zhuān)業(yè)的學(xué)生主要面臨兩個(gè)問(wèn)題。

一方面，如果完全按照現(xiàn)有計(jì)算機(jī)算法分析的理論進(jìn)行講授，教學(xué)內(nèi)容將以單純的理論推導(dǎo)和證明為主，教學(xué)模式枯燥乏味、知識(shí)抽象，非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生難以將算法理論知識(shí)與本專(zhuān)業(yè)應(yīng)用問(wèn)題相結(jié)合，造成所學(xué)知識(shí)與本專(zhuān)業(yè)體系相孤立，學(xué)生的綜合能力無(wú)法得到鍛煉。另一方面，非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生對(duì)算法與程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程普遍缺乏積極性，其教學(xué)效果不及其他實(shí)踐類(lèi)課程。學(xué)生的學(xué)習(xí)主要以考試為目的，未能積極主動(dòng)地將核心通識(shí)課程中所學(xué)的算法與程序設(shè)計(jì)知識(shí)延伸到后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)中，導(dǎo)致核心通識(shí)課程與本專(zhuān)業(yè)課程缺少銜接。

針對(duì)教學(xué)內(nèi)容問(wèn)題，課程組在ACM算法與程序設(shè)計(jì)核心通識(shí)課程的講授中沒(méi)有單純地介紹理論，而是除幫助學(xué)生牢牢掌握各類(lèi)算法的基本概念以及程序設(shè)計(jì)的技巧方法外，開(kāi)發(fā)了大量有趣的、貼近生活的程序設(shè)計(jì)題目，激發(fā)學(xué)生分析和解決這些問(wèn)題的興趣，更強(qiáng)調(diào)學(xué)生能夠進(jìn)一步將程序設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于本專(zhuān)業(yè)的實(shí)際工程問(wèn)題。

針對(duì)教學(xué)方法問(wèn)題，課程組將學(xué)科競(jìng)賽問(wèn)題趣味化和通俗化，以科普的方式調(diào)動(dòng)不同專(zhuān)業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時(shí)將多種教學(xué)形式融入課堂，積極探索將課程教學(xué)和考核融入課堂教學(xué)、組織小型競(jìng)賽PK和課程綜合設(shè)計(jì)答辯三個(gè)環(huán)節(jié)，并結(jié)合工科學(xué)生本專(zhuān)業(yè)的實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題，提高學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力。在課程綜合設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生不斷思考、綜合運(yùn)用課程知識(shí)，對(duì)各類(lèi)算法問(wèn)題進(jìn)行分析、優(yōu)化，并以PPT答辯形式進(jìn)行匯報(bào)，充分鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力和個(gè)人交流表達(dá)能力。程序設(shè)計(jì)并沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案可以參考，學(xué)生會(huì)因方法選擇不合理或者程序邏輯問(wèn)題而返回修改程序。對(duì)程序的反復(fù)調(diào)試和修改會(huì)讓學(xué)生明白什么是現(xiàn)代社會(huì)所需要的精益求精的工匠精神。工科中的工程實(shí)踐問(wèn)題設(shè)計(jì)過(guò)程就是反復(fù)修改的過(guò)程，解決這些問(wèn)題需要有扎實(shí)的算法與程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和高度的責(zé)任感，這樣才能高效、高質(zhì)量地完成本職工作。

針對(duì)課程考核方式，課程組要求參與課程的學(xué)生在完成答辯匯報(bào)后，還要按照規(guī)范要求提交算法小論文，以鍛煉學(xué)生的寫(xiě)作能力和口頭表達(dá)能力。如此，其作為一門(mén)核心通識(shí)課程已較為充分地體現(xiàn)出“新四會(huì)”精神。

三、成效分析

經(jīng)過(guò)多年來(lái)對(duì)新通識(shí)教育人才培養(yǎng)模式的實(shí)踐，電子科技大學(xué)新工科專(zhuān)業(yè)學(xué)生的思維意識(shí)和實(shí)踐能力得到明顯提高。2018年舉辦全校程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽，由于之前通過(guò)核心通識(shí)課向新工科專(zhuān)業(yè)學(xué)生進(jìn)行了該競(jìng)賽的普及與推廣，報(bào)告參賽的學(xué)生幾乎覆蓋了所有新工科專(zhuān)業(yè)，人數(shù)超過(guò)900人（如表1所示），其中大一、大二比例較高，說(shuō)明工科學(xué)生在低年級(jí)就打下了良好的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，具備一定的計(jì)算思維素養(yǎng)，這將會(huì)非常有利于學(xué)生完成高年級(jí)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)。

在參加全國(guó)程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽方面，更突顯出了電子科技大學(xué)程序設(shè)計(jì)人才的數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)。2016年學(xué)校的參賽隊(duì)獲得首屆中國(guó)高校計(jì)算機(jī)大賽-團(tuán)體程序設(shè)計(jì)天梯賽特等獎(jiǎng)。而在2019年第四屆中國(guó)高校計(jì)算機(jī)大賽-團(tuán)體程序設(shè)計(jì)天梯賽中，來(lái)自9個(gè)不同專(zhuān)業(yè)的10名參賽學(xué)生獲得最佳組合隊(duì)獎(jiǎng)（如圖1所示）。

四、結(jié)束語(yǔ)

文章圍繞新工科的要求，對(duì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)過(guò)程中涉及的素養(yǎng)教育、通識(shí)教育進(jìn)行了分析，并強(qiáng)調(diào)了程序設(shè)計(jì)教育應(yīng)作為通識(shí)教育的一部分，與傳統(tǒng)的通識(shí)教育理念相結(jié)合，推動(dòng)、普及計(jì)算思維，以此構(gòu)建具有發(fā)展前景的人才培養(yǎng)體系。近幾年電子科技大學(xué)的實(shí)踐成果表明，該體系已成為培養(yǎng)具有可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Φ男鹿た迫瞬诺年P(guān)鍵。通過(guò)這樣的教學(xué)改革，可以有效地提高各類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的思維意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)，提升各類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的問(wèn)題分析能力和實(shí)踐能力。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 中華人民共和國(guó)教育部.教育部高教司關(guān)于開(kāi)展新工科研究與實(shí)踐的通知[EB/OL].（2017-02-20）[2020-10-10].http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/A08_gggs/A08_sjhj/201702/t20170223_297158.html.

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