計算機(jī)專業(yè)課賽一體化教學(xué)模式建設(shè)與實踐

【摘""要】隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，培養(yǎng)高質(zhì)量的計算機(jī)專業(yè)人才成為高等教育的重要任務(wù)之一。文章對基于大學(xué)生程序設(shè)計競賽系列賽事的課賽一體化教學(xué)模式進(jìn)行了深入研究，在梳理現(xiàn)有教學(xué)模式存在的問題和挑戰(zhàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)科特點和學(xué)生需求，提出了一個中心、兩個方向、三年聯(lián)動、全面參與的課賽一體化創(chuàng)新教學(xué)模式，并通過實踐驗證其有效性，旨在為計算機(jī)專業(yè)教學(xué)改革提供有益的借鑒和參考?！娟P(guān)鍵詞】計算機(jī)專業(yè);大學(xué)生程序設(shè)計競賽;課賽一體化;教學(xué)模式一、引言計算機(jī)專業(yè)教學(xué)模式的改革一直是教學(xué)研究的熱點問題之一。隨著近年來人工智能技術(shù)的廣泛應(yīng)用，社會對計算機(jī)專業(yè)人才的需求隨之增加，傳統(tǒng)的計算機(jī)專業(yè)教育教學(xué)已無法滿足當(dāng)前社會對學(xué)生綜合能力的實際要求。因此，文章基于大學(xué)生程序設(shè)計競賽系列賽事，建立了一個中心、兩個方向、三年聯(lián)動、全面參與的課賽一體化教學(xué)模式，旨在培養(yǎng)具備創(chuàng)新思維和實踐能力的計算機(jī)專業(yè)人才。大學(xué)生程序設(shè)計競賽系列賽事旨在提高學(xué)生的編程和算法能力，因此，競賽所涉及的題目往往具有一定的難度和挑戰(zhàn)性。學(xué)生在參賽過程中不僅可以鍛煉編程技能，進(jìn)行理論學(xué)習(xí)，還可以在實際項目中應(yīng)用所學(xué)知識。競賽本身就具有競爭性，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和動力，培養(yǎng)學(xué)生的競爭意識和團(tuán)隊合作能力。因而，以大學(xué)生程序設(shè)計競賽為主題的課賽一體化教學(xué)模式具有針對性強(qiáng)、實踐性強(qiáng)、競爭性強(qiáng)的特點，能夠促進(jìn)教學(xué)改革，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生實戰(zhàn)能力，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊合作精神和創(chuàng)新意識，提高學(xué)生就業(yè)競爭力，具有重要的教育意義和實際價值。國內(nèi)外一些先進(jìn)的教育機(jī)構(gòu)和高校已經(jīng)積極推動課賽一體化教學(xué)模式的實踐，實現(xiàn)了理論與實踐的有機(jī)結(jié)合[1]。課賽一體化教學(xué)模式雖然對提高學(xué)生的實踐、創(chuàng)新和團(tuán)隊合作等能力具有積極作用，但其目前仍存在一些挑戰(zhàn)，如競賽與教學(xué)融入不夠深入、參與競賽的學(xué)生數(shù)量不足等。因此，進(jìn)一步的研究和改進(jìn)仍需要持續(xù)進(jìn)行，以提高課賽一體化教學(xué)模式的應(yīng)用效果和教育教學(xué)質(zhì)量。二、當(dāng)前教學(xué)模式存在的問題和挑戰(zhàn)現(xiàn)代計算機(jī)領(lǐng)域的技術(shù)更新迅速，傳統(tǒng)計算機(jī)專業(yè)教學(xué)模式往往滯后于技術(shù)的快速發(fā)展，因此，當(dāng)前的教學(xué)模式存在以下幾方面問題和挑戰(zhàn)。一是傳統(tǒng)程序設(shè)計實驗課程的考核方式以教師檢查為主，而隨著學(xué)生學(xué)習(xí)的深入，程序越來越復(fù)雜，教師很難在短時間內(nèi)檢驗學(xué)生程序的正確性和學(xué)習(xí)的程度，并給予學(xué)生及時的學(xué)習(xí)評價反饋[2]。二是對于一些理論課程，如“高等數(shù)學(xué)”“離散數(shù)學(xué)”“線性代數(shù)”等計算機(jī)類專業(yè)課程，學(xué)生缺乏將學(xué)習(xí)到的數(shù)學(xué)知識應(yīng)用到實踐中的能力[3]。三是學(xué)生之間的競爭氛圍薄弱，缺乏合作和切磋的機(jī)會，而團(tuán)隊合作意識卻是社會和行業(yè)對學(xué)生能力的基本要求[4]。四是傳統(tǒng)教學(xué)模式通常采用集體授課和一體化教學(xué)的方法，很難滿足學(xué)生個性化的學(xué)習(xí)需求，且學(xué)生的知識背景、興趣和學(xué)習(xí)能力有所不同，對教學(xué)模式、課程節(jié)奏和教學(xué)方式也會有不同的要求，而引入個性化教學(xué)方法可以更好地滿足學(xué)生的個體學(xué)習(xí)需求。如何進(jìn)行個性化培養(yǎng)對高校和教師提出了挑戰(zhàn)。針對這些問題和挑戰(zhàn)，文章研究如何將課程教學(xué)與專業(yè)競賽相結(jié)合，設(shè)計相應(yīng)的教學(xué)模式、教學(xué)計劃和教學(xué)實踐。本著以學(xué)生為中心的原則，把競賽帶入課堂，再根據(jù)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度設(shè)計適合的競賽類型和級別，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。利用競賽激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生對編程和算法的熱情，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)積極性;通過競賽，學(xué)生能夠接觸到真實的編程問題，提高實戰(zhàn)能力和解決問題的能力。競賽往往需要團(tuán)隊合作，因此其也培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊合作精神和溝通能力。三、基于大學(xué)生程序設(shè)計競賽系列賽事的課賽一體化教學(xué)模式設(shè)計通過對現(xiàn)有教學(xué)模式存在的問題和挑戰(zhàn)進(jìn)行分析，文章提出了基于大學(xué)生程序設(shè)計競賽系列賽事的課賽一體化教學(xué)模式。該教學(xué)模式采用一個中心、兩個方向、三年聯(lián)動、全面參與的創(chuàng)新形式。以學(xué)生為中心作為基本原則，根據(jù)每名學(xué)生的特點和學(xué)習(xí)興趣，將競賽和課程內(nèi)容相結(jié)合，通過競賽項目的設(shè)定和課程內(nèi)容的調(diào)整，促使學(xué)生在學(xué)習(xí)中競賽、在競賽中學(xué)習(xí)。這一教學(xué)模式還結(jié)合計算機(jī)專業(yè)的學(xué)習(xí)進(jìn)度，在大學(xué)主要學(xué)習(xí)的三年中設(shè)計各類競賽，為學(xué)生提供一個實踐平臺，讓所有學(xué)生通過參與不同級別、類型的競賽，提高解決問題能力、技術(shù)實踐能力和創(chuàng)新能力?；诖髮W(xué)生程序設(shè)計競賽系列賽事的課賽一體化教學(xué)模式開展了以必修課程為基礎(chǔ)、以選修課程為途徑、以競賽為手段的橫向教學(xué)設(shè)計;同時，采用從大一入學(xué)開始到大三持續(xù)跟蹤的縱向教學(xué)和競賽融入方式，進(jìn)行整體的教學(xué)模式設(shè)計，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)計算機(jī)領(lǐng)域?qū)I(yè)知識與技能的興趣，使學(xué)生在各類比賽和日常學(xué)習(xí)中主動、靈活地運(yùn)用計算機(jī)知識解決實際問題;在不斷的訓(xùn)練中提升學(xué)生算法設(shè)計、數(shù)學(xué)建模、邏輯推理等能力，培養(yǎng)團(tuán)隊合作意識、挑戰(zhàn)精神和創(chuàng)新能力，全方位提升學(xué)生的程序設(shè)計能力，為學(xué)生考研、就業(yè)打下堅實的基礎(chǔ)。下面具體介紹基于大學(xué)生程序設(shè)計競賽系列賽事的課賽一體化教學(xué)模式。首先，在必修課程環(huán)節(jié)融入競賽機(jī)制。本次教學(xué)改革以“程序設(shè)計基礎(chǔ)”課程為改革重點。為了更好地實踐課賽一體化教學(xué)模式，進(jìn)一步提升學(xué)生的程序設(shè)計能力，與任課教師進(jìn)行了詳細(xì)的討論和論證，在原有教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，每次課程融入一定量的基礎(chǔ)競賽題目，鍛煉學(xué)生的知識應(yīng)用能力。在“程序設(shè)計基礎(chǔ)”實驗課程中增加了3次上機(jī)考核，占學(xué)生課程總成績的30%。每次上機(jī)考核按照大學(xué)生程序設(shè)計競賽系列賽事的模式組織考核，基于在實驗室搭建的OJ（OnlineJudge，在線評判系統(tǒng)）平臺進(jìn)行考核[5]。每次考核都由任課教師根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度設(shè)計考核題目，如學(xué)生學(xué)習(xí)完循環(huán)結(jié)構(gòu)則本次考核重點考查學(xué)生循環(huán)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。OJ平臺能夠及時對每名學(xué)生提交的代碼進(jìn)行響應(yīng)，因此，學(xué)生可根據(jù)OJ平臺的響應(yīng)修改代碼再次提交。為了提升學(xué)生代碼的準(zhǔn)確率，每次錯誤的提交會有20分鐘的罰時，OJ平臺會實時顯示所有學(xué)生的答題狀態(tài)[6]。OJ平臺會根據(jù)正確完成題目的數(shù)量進(jìn)行排序，完成相同題目的學(xué)生會以完成題目的時間進(jìn)行排序，所謂的完成題目時間就是從本次考核開始的時間到本題提交正確的時間再減去罰時，每次考核時間為2個小時。這種方式既實時考查了學(xué)生各個階段的學(xué)習(xí)情況，又可以激發(fā)學(xué)生的競爭意識，在解題的速度上你追我趕。在學(xué)生解題的同時，教師不僅能看到學(xué)生解題的排行榜，還可以看到學(xué)生提交的代碼，將學(xué)生常見的錯誤代碼進(jìn)行整理和歸類，從而在教學(xué)過程中進(jìn)行重點講解，指導(dǎo)學(xué)生解決難題、優(yōu)化算法和提高程序效率。其次，為了進(jìn)一步提升學(xué)生的程序設(shè)計能力，增加了面向大學(xué)生程序設(shè)計競賽系列賽事的選修課程。根據(jù)程序設(shè)計競賽常見的考點，選擇了一部分競賽基礎(chǔ)知識對學(xué)生進(jìn)行授課，旨在增加學(xué)生專業(yè)知識的深度，提高學(xué)生的編碼能力，培養(yǎng)學(xué)生競賽方面的解題能力，同時還能促使學(xué)生運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識解決實際問題。因而，在學(xué)生學(xué)習(xí)“高等數(shù)學(xué)”“線性代數(shù)”等數(shù)學(xué)課程的基礎(chǔ)上，第三學(xué)期增設(shè)“計算機(jī)數(shù)學(xué)應(yīng)用”選修課程，使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的數(shù)學(xué)理論知識應(yīng)用于程序設(shè)計;在學(xué)生學(xué)習(xí)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”課程的基礎(chǔ)上，第四學(xué)期增設(shè)“高級數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用”選修課程，使學(xué)生在掌握基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上拓展思維，進(jìn)行高級數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，增加知識的深度;為了適應(yīng)當(dāng)前人工智能算法的廣泛應(yīng)用，第五學(xué)期增設(shè)“圖算法應(yīng)用”選修課程。選修課程充分培養(yǎng)了學(xué)生的程序設(shè)計能力。通過這些課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生達(dá)到參加各個級別大學(xué)生程序設(shè)計競賽系列賽事的水平。最后，縱貫大學(xué)生活的程序設(shè)計競賽。由于大一學(xué)生對OJ平臺不熟悉，因而在第一學(xué)期舉辦“新生娛樂賽”，通過競賽的形式，幫助學(xué)生解決OJ平臺的使用問題，使學(xué)生感受程序設(shè)計競賽的魅力，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。在第一學(xué)期期末舉辦“新生程序設(shè)計競賽”，對本學(xué)期所學(xué)知識進(jìn)行查缺補(bǔ)漏，進(jìn)一步鞏固學(xué)生學(xué)習(xí)成果和提升學(xué)生編碼能力。在學(xué)生經(jīng)過一個學(xué)期的學(xué)習(xí)及假期的吸收和內(nèi)化后，第二學(xué)期組織“C語言程序設(shè)計競賽”，筑牢學(xué)生程序設(shè)計基礎(chǔ)，提升學(xué)生算法的基本運(yùn)用能力。第三學(xué)期在學(xué)生學(xué)習(xí)了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法后，組織“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)大賽”，加深學(xué)生對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的理解和提升學(xué)生將所學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法應(yīng)用于實踐的能力。在大三階段組織“黑龍江大學(xué)程序設(shè)計競賽”，作為對過去3年學(xué)習(xí)的總結(jié)，并為參加“黑龍江省大學(xué)生程序設(shè)計競賽”遴選參賽隊員，以提升學(xué)校的參賽成績。在校賽的基礎(chǔ)上，成績優(yōu)秀的學(xué)生可以參加“黑龍江省大學(xué)生程序設(shè)計競賽”“東北地區(qū)大學(xué)生程序設(shè)計競賽”“藍(lán)橋杯全國軟件和信息技術(shù)專業(yè)人才大賽”“CCPC中國大學(xué)生程序設(shè)計競賽”“ICPC國際大學(xué)生程序設(shè)計競賽”等省級、國家級的大學(xué)生程序設(shè)計競賽系列賽事，讓學(xué)生在國內(nèi)計算機(jī)專業(yè)的舞臺上和各高校學(xué)子同臺競技，體會自己和其他高校學(xué)生的差距。通過參與不同級別的競賽，學(xué)生能夠進(jìn)一步了解和掌握自己所學(xué)專業(yè)的前沿技術(shù)和趨勢，培養(yǎng)解決實際問題的能力，這也將有助于其更好地規(guī)劃和選擇自己的專業(yè)發(fā)展方向。大學(xué)生程序設(shè)計競賽系列賽事通常采用3人組隊的方式進(jìn)行比賽，因而，在教學(xué)過程中也需要培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊合作解決問題的能力[7]。為此，在課賽一體化教學(xué)模式設(shè)計的各類競賽中，低年級的比賽采用單人模式，高年級的比賽采用團(tuán)隊合作模式，既培養(yǎng)學(xué)生獨立思考的能力，又提升學(xué)生團(tuán)隊合作解決問題的能力。教師通過學(xué)生在競賽中的實踐經(jīng)驗和團(tuán)隊合作表現(xiàn)，進(jìn)而有針對性地對學(xué)生創(chuàng)新能力、問題解決能力和團(tuán)隊協(xié)作精神進(jìn)行全面深入的培養(yǎng)。四、基于大學(xué)生程序設(shè)計競賽系列賽事的課賽一體化教學(xué)模式實踐與效果評價黑龍江大學(xué)計算機(jī)專業(yè)進(jìn)行了基于大學(xué)生程序設(shè)計競賽系列賽事的課賽一體化教學(xué)模式的實踐，并收集了學(xué)生反饋意見和競賽成績數(shù)據(jù)進(jìn)行評價。推行課賽一體化教學(xué)模式得到了學(xué)校和任課教師的支持，相關(guān)的課程設(shè)計、學(xué)分認(rèn)定和教學(xué)評估機(jī)制等都促進(jìn)了課賽一體化教學(xué)模式的推廣和實施。在改革模式下，計算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院必修課程“程序設(shè)計基礎(chǔ)”“JAVA程序設(shè)計”“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”的成績有了顯著提高，學(xué)生的動手能力得到了充分鍛煉。除了課程成績的提升外，本校學(xué)生在各級程序設(shè)計競賽中也取得了良好的成績。表1是近3年黑龍江大學(xué)學(xué)生參與“ICPC國際大學(xué)生程序設(shè)計競賽亞洲區(qū)域賽”“CCPC中國大學(xué)生程序設(shè)計競賽”等國家級競賽、“黑龍江省大學(xué)生程序設(shè)計競賽”“東北地區(qū)大學(xué)生程序設(shè)計競賽”等省級競賽，以及“黑龍江大學(xué)C語言程序設(shè)計大賽”“黑龍江大學(xué)數(shù)學(xué)建模競賽”“黑龍江大學(xué)ACM新生程序設(shè)計大賽”“黑龍江大學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計大賽”“黑龍江大學(xué)程序設(shè)計競賽”等校級競賽的獲獎人次。目前，計算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院已經(jīng)在“程序設(shè)計基礎(chǔ)”“JAVA程序設(shè)計”“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”等課程中完成了競賽的融入，實現(xiàn)了課賽一體化教學(xué)模式對全院所有學(xué)生的覆蓋，做到每名學(xué)生都可以根據(jù)自己的興趣選擇參加不同的競賽，提升了學(xué)生的程序設(shè)計能力，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和綜合素質(zhì)。"黑龍江大學(xué)計算機(jī)專業(yè)在課賽一體化教學(xué)模式的實踐過程中，對各課程學(xué)生成績、學(xué)生反饋意見和競賽成績數(shù)據(jù)進(jìn)行了評價。結(jié)果顯示，該教學(xué)模式能夠有效提高學(xué)生的實踐能力和解決問題的能力，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和競爭意識。通過實施課賽一體化教學(xué)模式，學(xué)生的實踐能力和團(tuán)隊合作能力得到了有效提升;通過競賽的實踐鍛煉，學(xué)生能夠更好地運(yùn)用所學(xué)知識解決實際問題，并培養(yǎng)了創(chuàng)新精神。課賽一體化教學(xué)模式將課程內(nèi)容與競賽相結(jié)合，使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)理論知識應(yīng)用于實際競賽項目中，增強(qiáng)了知識的實用性和可操作性。通過課賽一體化教學(xué)模式改革，教師更了解學(xué)生，積極鼓勵學(xué)生參與學(xué)術(shù)研究和實踐創(chuàng)新;學(xué)生在競賽過程中發(fā)現(xiàn)問題、提出解決方案，并在比賽中進(jìn)行驗證，這對于培養(yǎng)學(xué)生的研究思維和創(chuàng)新能力具有重要意義。五、結(jié)束語文章通過對基于大學(xué)生程序設(shè)計競賽系列賽事的課賽一體化教學(xué)模式的設(shè)計和實踐，證明了該教學(xué)模式在提高學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力方面具有有效性。課賽一體化教學(xué)模式的主要創(chuàng)新點包括教學(xué)與競賽的結(jié)合，將各類競賽貫穿學(xué)生的大學(xué)生涯，注重學(xué)生素質(zhì)、團(tuán)隊合作、自主學(xué)習(xí)、實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)等方面。以競賽為主題的課賽一體化教學(xué)模式，注重學(xué)生的實際能力培養(yǎng)，