學(xué)科競賽引領(lǐng)下的程序設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)改革與實踐

吳志強

摘 要：新工科戰(zhàn)略要求高校培養(yǎng)適應(yīng)時代發(fā)展的高素質(zhì)人才，學(xué)科競賽緊密結(jié)合行業(yè)實踐，正成為高校激發(fā)學(xué)生科學(xué)創(chuàng)新能力和技術(shù)能力的重要途徑，也為高校課堂教學(xué)改革提供了清晰的方向。本研究結(jié)合河南警察學(xué)院網(wǎng)絡(luò)安全系網(wǎng)絡(luò)安全與執(zhí)法專業(yè)學(xué)生參與學(xué)科競賽情況，對程序設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核評價體系等方面進行改革，構(gòu)建學(xué)科競賽引領(lǐng)下的程序設(shè)計基礎(chǔ)課程實踐訓(xùn)練組織體系，提升競賽成績的同時，有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

關(guān)鍵詞：學(xué)科競賽；程序設(shè)計；教學(xué)改革；實踐教學(xué)

互聯(lián)網(wǎng)作為人類社會主要的信息基礎(chǔ)設(shè)施，蘊含著新的生產(chǎn)力和國防力，對經(jīng)濟社會發(fā)展和國家安全發(fā)展具有戰(zhàn)略意義，網(wǎng)絡(luò)空間已經(jīng)成為繼領(lǐng)土、領(lǐng)海和領(lǐng)空之外的“第四領(lǐng)土”。近年，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，信息技術(shù)在當今社會中起著舉足輕重的作用，傳統(tǒng)的犯罪活動日益向互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)移，新型網(wǎng)絡(luò)犯罪不斷出現(xiàn)，對社會的危害日益嚴重。公安院校作為培養(yǎng)公安隊伍人才的主陣地和主渠道，針對網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域開設(shè)了網(wǎng)絡(luò)安全與執(zhí)法專業(yè)，該專業(yè)以計算機科學(xué)與技術(shù)、信息與通信工程、信息安全為理論支撐，以軟件開發(fā)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)攻防技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)情報技術(shù)、計算機犯罪偵查取證技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)察技術(shù)為技術(shù)支撐，為公安機關(guān)網(wǎng)絡(luò)安全保衛(wèi)部門培養(yǎng)“實戰(zhàn)能力強、發(fā)展后勁足”的高級應(yīng)用型專業(yè)人才。為適應(yīng)新時代公安工作對高素質(zhì)人才隊伍建設(shè)的需求，各個公安院校都在積極開展不同形式的教學(xué)改革。學(xué)科競賽作為面向大學(xué)生的科技活動之一，正成為高校激發(fā)學(xué)生科學(xué)創(chuàng)新能力和技術(shù)能力的重要途徑，也為高校課程教學(xué)改革提供了清晰的方向。網(wǎng)絡(luò)安全系圍繞專業(yè)人才培養(yǎng)方案，在學(xué)科競賽項目引領(lǐng)下，對程序設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實踐活動開展、考核評價體系等方面進行改革與實踐，以此提升教學(xué)團隊的專業(yè)素質(zhì)和業(yè)務(wù)能力，幫助學(xué)生更好地掌握相關(guān)知識和技能，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和分析問題的能力。

一、現(xiàn)狀分析

程序設(shè)計基礎(chǔ)課程作為網(wǎng)絡(luò)安全與執(zhí)法專業(yè)的基礎(chǔ)課程，是網(wǎng)絡(luò)攻防技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)情報技術(shù)、計算機犯罪偵查取證技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)察技術(shù)等課程的先導(dǎo)課程，涉及數(shù)據(jù)處理、文件操作、圖形圖像編程、數(shù)據(jù)庫編程、網(wǎng)絡(luò)編程、逆向工程與軟件分析、科學(xué)計算可視化、密碼學(xué)等內(nèi)容。在以往的教學(xué)實踐過程中，雖已強調(diào)以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和提升學(xué)生的實踐能力為課程目標，但由于缺乏系統(tǒng)的課程實踐訓(xùn)練組織體系，課堂教學(xué)仍存在著教學(xué)方法單一、教學(xué)內(nèi)容和實訓(xùn)案例不能與時俱進、教學(xué)和行業(yè)實際應(yīng)用脫節(jié)等問題，整體教學(xué)效果不理想。

二、教學(xué)改革目標與內(nèi)容

學(xué)科競賽緊密結(jié)合行業(yè)實踐是整合課內(nèi)外實踐教學(xué)知識的重要環(huán)節(jié)，也是檢驗人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要標尺。以競賽的方式將課堂教學(xué)內(nèi)容和行業(yè)應(yīng)用相結(jié)合，可以增強學(xué)生學(xué)習的自信心，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力，這與程序設(shè)計基礎(chǔ)課程的教學(xué)目標是一致的。針對目前實踐教學(xué)過程中存在的問題，在學(xué)科競賽引領(lǐng)下，以課堂教學(xué)為主陣地，以課外活動和社團實踐活動為兩翼，對課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、學(xué)科競賽活動開展、考核評價體系等方面進行改革，厘清學(xué)科競賽和課程教學(xué)之間的關(guān)系，構(gòu)建課堂教學(xué)和課外活動一體化育人體系，提高課程教學(xué)質(zhì)量，提升課程團隊成員的專業(yè)素質(zhì)和業(yè)務(wù)能力。

（一）整合優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，強化理論基礎(chǔ)

基于程序設(shè)計類學(xué)科競賽需求，教學(xué)團隊深入行業(yè)應(yīng)用一線調(diào)研，在所使用教材的基礎(chǔ)上，將課程內(nèi)容和實驗實訓(xùn)進行整合與優(yōu)化，基于專業(yè)應(yīng)用案例和學(xué)科競賽題目構(gòu)建項目化的教學(xué)單元，將理論知識與實踐活動進行有機結(jié)合。教學(xué)內(nèi)容突出程序設(shè)計的基本概念、思想與方法，以及所使用語言的特性及其核心思想，為學(xué)生營造一個良好的編程思維環(huán)境，使學(xué)生養(yǎng)成規(guī)范化編程的習慣，提高編程效率；科學(xué)設(shè)置實驗課程內(nèi)容，通過實驗課程激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣，為解決問題提供實戰(zhàn)練習，提高學(xué)生編程實踐能力；加強軟件工程和計算機科學(xué)理論的學(xué)習，借助軟件工程開發(fā)工具對程序設(shè)計進行抽象建模，提升學(xué)生的科學(xué)思維水平。

（二）革新教學(xué)方法，突出學(xué)生主體地位

基于學(xué)習產(chǎn)出的OBE（Outcome based education）教育理念，打破了傳統(tǒng)的內(nèi)容驅(qū)動模式，依據(jù)學(xué)生的專業(yè)培養(yǎng)方案和畢業(yè)需求，進行反向設(shè)計，以學(xué)生為中心，將理論知識與實踐活動有機融合。將問題驅(qū)動教學(xué)法PBL（Problem-Based Learning）、團隊合作學(xué)習法TBL（Team-Based Learning）、任務(wù)和項目驅(qū)動的教學(xué)法充分融進教學(xué)過程。以學(xué)科競賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽為驅(qū)動，以學(xué)生為主體，指導(dǎo)教師和學(xué)生對競賽題目和項目共同進行研究、設(shè)計、實踐，讓學(xué)生在項目研究中深刻理解相關(guān)原理和掌握基礎(chǔ)知識，使學(xué)生從原來的被動接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訁⑴c，最大程度地發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。充分利用多媒體、社交媒體和在線平臺等新型教育手段，加強對學(xué)生學(xué)習過程的指導(dǎo)和監(jiān)督。

（三）擴大學(xué)科競賽活動覆蓋面，增強學(xué)生自信心

ACM、藍橋杯、天梯賽等在全國范圍或國際范圍開展的程序設(shè)計大賽，所需要的知識儲備量比較大，對于剛?cè)腴T程序設(shè)計的大多數(shù)學(xué)生來說，題目難度較大，部分學(xué)生會喪失參加競賽的自信心，不利于學(xué)科競賽在課程教學(xué)過程中的開展。為擴大學(xué)生參與學(xué)科競賽的覆蓋面，在校外程序設(shè)計大賽的基礎(chǔ)上，設(shè)置不同層次的校內(nèi)競賽，教師通過深入開展行業(yè)及專業(yè)建設(shè)調(diào)研，了解行業(yè)和市場發(fā)展需求，聯(lián)系行業(yè)專家設(shè)置難易度適宜的校內(nèi)競賽題目，構(gòu)建校內(nèi)競賽平臺，以循序漸進的方式培養(yǎng)學(xué)生參與學(xué)科競賽的自信心。同時，依托學(xué)院網(wǎng)站和微信公眾號平臺開展學(xué)科競賽宣傳活動，讓學(xué)生了解各類學(xué)科競賽的信息和通知，對參賽獲獎的學(xué)生及時進行表彰和報道，增強學(xué)生參與學(xué)科競賽的獲得感和自信心。

（四）改革教學(xué)評價方案，激發(fā)學(xué)生學(xué)習積極性

傳統(tǒng)的程序設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)考核方式一般采用平時成績（30%）+期末成績（70%）的方式。這種考核方式過于強調(diào)最終的期末成績，對學(xué)習的過程性考核重視不夠，考核內(nèi)容也主要側(cè)重于對知識的識記能力，容易給學(xué)生造成平時不用努力學(xué)習，考試前突擊復(fù)習就能通過考試的錯誤引導(dǎo)，學(xué)生在學(xué)完一門課程之后，對所學(xué)知識的綜合應(yīng)用能力較差。在課程改革中，為引導(dǎo)學(xué)生形成良好的學(xué)習習慣，對考核形式進行改革，將平時成績的比重提高到50%，利用學(xué)習通平臺、educoder、LeetCode等在線學(xué)習平臺完成平時作業(yè)、實驗實訓(xùn)項目、學(xué)科競賽訓(xùn)練活動的可視化過程性管理；期末測試不再采用傳統(tǒng)的試卷模式，改為項目匯報的模式開展，通過學(xué)生對項目需求分析、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計、系統(tǒng)實現(xiàn)、系統(tǒng)測試等方面的過程性表現(xiàn)綜合考核學(xué)生運用所學(xué)課程知識解決實際問題的能力。將教學(xué)中學(xué)生參與實踐問題的解決，課后參與教師科研項目，參與不同層次的學(xué)科競賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽活動以及所獲得成績作為考核的一部分，給予適當?shù)募臃謾?quán)重，使課程教學(xué)考核真正起到充當學(xué)生學(xué)習指揮棒的正向作用。

三、實施方案及成效

按照分階段、循序漸進的教學(xué)改革思路，課題組從構(gòu)建學(xué)科競賽體系，優(yōu)化課程教學(xué)設(shè)計，提升課程教師業(yè)務(wù)能力三個方面進行了教學(xué)改革與實踐。

（一）構(gòu)建學(xué)科競賽體系

首先，根據(jù)程序設(shè)計類學(xué)科競賽的特點和步驟，制定競賽目標，以學(xué)生發(fā)展為核心，將競賽目標納入到課程教學(xué)內(nèi)容中。其次，以競賽為引領(lǐng)，重新構(gòu)建課堂教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生準確把握競賽規(guī)則，熟悉競賽要求，提高學(xué)習能力。同時，靈活結(jié)合課堂實踐活動，設(shè)計多樣化的競賽方案，鼓勵學(xué)生自主發(fā)掘問題、分析問題、解決問題，通過競賽活動提升學(xué)生參與競賽的能力。此外，搭建校內(nèi)競賽系統(tǒng)，將學(xué)科競賽引領(lǐng)下的教學(xué)改革與學(xué)校管理有機結(jié)合起來，營造學(xué)科競賽引領(lǐng)下良好的課堂教學(xué)環(huán)境，建立適合學(xué)科競賽的管理制度，更好地完善競賽評估體系。最后，開發(fā)教學(xué)資源，建設(shè)學(xué)科競賽知識庫，及時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，解決教學(xué)和行業(yè)應(yīng)用脫節(jié)的問題，有針對性地完善競賽測評項目，以達到貫徹學(xué)科競賽理念、提升學(xué)生競賽能力的目標。

（二）優(yōu)化課程教學(xué)設(shè)計

將課程改為線上線下混合式教學(xué)模式，融合網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)模式兩者的優(yōu)勢，教學(xué)設(shè)計分為課前、課中和課后三個部分。課前以線上學(xué)習為主，以了解知識為目的。在超星學(xué)習通、中國大學(xué)MOOC（慕課）、嗶哩嗶哩等平臺選取與課程知識點相關(guān)的視頻和學(xué)習資料發(fā)送給學(xué)生進行課前預(yù)習，如程序開發(fā)中常見的錯誤和解決方式、循環(huán)的幾種使用方法的優(yōu)缺點、Python讀取文件的多種方法應(yīng)用場景等，引導(dǎo)學(xué)生課前查閱相關(guān)資料和實驗數(shù)據(jù)，主動發(fā)現(xiàn)問題，嘗試解決問題，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習的能力，提升學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

課中以線下課堂教學(xué)為主，以知識內(nèi)化為目標，精講精練，提升課堂教學(xué)效率?；诔绦蛟O(shè)計類學(xué)科競賽的需求，在以往所使用的教材基礎(chǔ)上，將學(xué)科競賽知識點和課程教學(xué)內(nèi)容進行整合與優(yōu)化，構(gòu)建項目化和模塊化的教學(xué)單元，將理論與學(xué)科競賽知識點進行一體化融合。在以往的教學(xué)反饋中，學(xué)生在學(xué)習一項程序設(shè)計方面的新技術(shù)時，經(jīng)常會產(chǎn)生這項技術(shù)具體有什么用途以及在什么情況下使用的疑問。對于這一問題，課堂教學(xué)中靈活采用任務(wù)驅(qū)動、翻轉(zhuǎn)課堂、分組討論等教學(xué)方法，從程序設(shè)計項目的具體開發(fā)步驟入手，引導(dǎo)學(xué)生進行探究式和互動式學(xué)習，將知識點進行串聯(lián)去解決實際應(yīng)用的問題，鍛煉學(xué)生分析、表達、討論、總結(jié)問題的能力。

課后采用線上線下混合式教學(xué)模式，教師通過學(xué)習通、雨課堂、educoder、LeetCode平臺發(fā)布課后作業(yè)、實驗/實踐項目、科研課題。學(xué)生完成作業(yè)后上傳到在線平臺，教師在線進行批閱，如果學(xué)生學(xué)習中遇到困惑，可以通過微信、學(xué)習通與教師及時進行溝通。同時，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注學(xué)科前沿技術(shù)，查閱文獻了解行業(yè)相關(guān)動態(tài)，讓學(xué)生自主探索。此外，課后開展程序設(shè)計興趣小組學(xué)習活動，加大開放實驗室建設(shè)力度，為學(xué)生提供充足的實驗實訓(xùn)場地保障，鼓勵學(xué)生參加各種學(xué)科競賽和指導(dǎo)教師的科研項目，培養(yǎng)學(xué)生的實踐技能。

（三）提升課程教師業(yè)務(wù)能力

教師是課程建設(shè)的主體，只有掌握先進的教學(xué)理念和前沿的學(xué)科技術(shù)，才能保障教學(xué)改革工作的有效開展。為此，課題組制定了教學(xué)團隊業(yè)務(wù)能力提升方案。課題組通過聽評課、集中研討和外出學(xué)習等方式，統(tǒng)一思想認識、統(tǒng)一課程標準，實現(xiàn)校外“同課高質(zhì)”，校內(nèi)“同課同質(zhì)”；課題組教師參與學(xué)科競賽的賽前輔導(dǎo)工作，鉆研競賽項目，組織教師多次深入公安一線實戰(zhàn)單位和教學(xué)研究基地，了解網(wǎng)絡(luò)安全與執(zhí)法人才培養(yǎng)和行業(yè)需求，豐富教學(xué)項目庫內(nèi)容；課題組教師積極參加公開課和教學(xué)技能競賽，通過不斷磨課，提升教學(xué)技能。

近兩年，通過學(xué)科競賽驅(qū)動的課程教學(xué)改革，教學(xué)效果有了很大的提升。課題組所指導(dǎo)的程序設(shè)計興趣小組連續(xù)多年在“藍橋杯”全國軟件和信息技術(shù)專業(yè)人才大賽中榮獲佳績，累計獲得一等獎4次，二等獎7次，三等獎8次；在全國大數(shù)據(jù)技能競賽方面，獲得團體三等獎1次，優(yōu)秀獎1次。競賽成績提升的同時，學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力也得到提高，系部的學(xué)風得到了很大提升，實現(xiàn)了以賽促學(xué)的目的。在完成教學(xué)任務(wù)的同時，課題組完成省部級科研項目1項，在研省部級項目1項，其他校級項目多項，團隊教師2022年獲得省教育系統(tǒng)教學(xué)技能競賽二等獎1項，2022年被學(xué)校評為重點培育教學(xué)團隊，實現(xiàn)了以賽促研和以賽促教的目的。

網(wǎng)絡(luò)空間已經(jīng)成為繼領(lǐng)土、領(lǐng)海和領(lǐng)空之外的“第四領(lǐng)土”，網(wǎng)絡(luò)空間治理需要高素質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)安全人才。為提升網(wǎng)絡(luò)安全與執(zhí)法專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，以學(xué)科競賽為引領(lǐng)，構(gòu)建程序設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)體系，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實踐活動開展、考核評價體系等方面進行改革與實踐，解決教學(xué)和行業(yè)應(yīng)用脫節(jié)的問題，使課程知識結(jié)構(gòu)得到進一步優(yōu)化，有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，可對其他工科專業(yè)課程的教學(xué)改革實踐起到一定的借鑒作用。

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