“教學(xué)—訓(xùn)練—競賽一體化”程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)體系的構(gòu)建

韓建民，王麗俠，葉榮華

（1.浙江師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系，浙江 金華 321004；2.浙江師范大學(xué) 行知學(xué)院，浙江 金華 321004）

“教學(xué)—訓(xùn)練—競賽一體化”程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)體系的構(gòu)建

韓建民1，王麗俠2，葉榮華1

（1.浙江師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系，浙江 金華 321004；2.浙江師范大學(xué) 行知學(xué)院，浙江 金華 321004）

分析當(dāng)前大學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)存在的問題,提出“教學(xué)—訓(xùn)練—競賽一體化”程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)體系，闡述該培養(yǎng)體系的總體框架及模塊間的關(guān)系，并說明該培養(yǎng)方案的優(yōu)勢(shì)。

程序設(shè)計(jì)能力；教學(xué)—訓(xùn)練—競賽一體化；在線自動(dòng)評(píng)測(cè)

1 背 景

程序設(shè)計(jì)能力就是利用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的能力，是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)學(xué)生需要具備的最為重要的能力。程序設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)也是高校實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的重要組成部分，因此，計(jì)算機(jī)專業(yè)的教師在大學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)方面做了大量的研究工作。文獻(xiàn)[1—3]探索將ACM競賽模式引入程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)中，以提升學(xué)生的實(shí)踐能力和學(xué)習(xí)興趣，取得了較好的成效；文獻(xiàn)[4]將大學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)分為4個(gè)層次，提出了大學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力的層次化培養(yǎng)模式；文獻(xiàn)[5]提出了大學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力立體化培養(yǎng)模式。

盡管在大學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)方面高校和教師做出了很多探索，也取得了一定的成效，但目前多數(shù)高校的教學(xué)方式以課堂教學(xué)為中心，以實(shí)驗(yàn)和課后作業(yè)為支撐，這種培養(yǎng)模式存在以下不足。

（1）課堂教學(xué)偏向理論內(nèi)容，而實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)受學(xué)時(shí)和空間的限制，學(xué)生的實(shí)踐能力無法得到充分的鍛煉和提升。

（2）固定的課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)使教學(xué)內(nèi)容統(tǒng)一化，難以實(shí)現(xiàn)因材施教和個(gè)性化培養(yǎng)。

（3）教學(xué)體系不完善，以課程教學(xué)大綱為依據(jù)的課程教學(xué)，使學(xué)生的解題能力和思維方式難以得到系統(tǒng)化的鍛煉和提升。

為了更好地提升教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)，我們將ACM競賽實(shí)訓(xùn)模式引入大學(xué)生程序設(shè)計(jì)相關(guān)課程的教學(xué)中，建立“教學(xué)—訓(xùn)練—競賽一體化”程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)模式，并在計(jì)算機(jī)專業(yè)、軟件工程專業(yè)、網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)中實(shí)施，有效提高大學(xué)生的程序設(shè)計(jì)實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，為社會(huì)培養(yǎng)高素質(zhì)的人才。

2 “教學(xué)—訓(xùn)練—競賽一體化”培養(yǎng)體系

針對(duì)目前創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需要，我們認(rèn)真研究和探索大學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的模式，提出一套“教學(xué)—訓(xùn)練—競賽一體化”人才培養(yǎng)方案。該方案將ACM競賽模式引入程序設(shè)計(jì)能力的教學(xué)及訓(xùn)練過程中，面向程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的主要課程高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分別建立了配套的實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)將教學(xué)和實(shí)訓(xùn)緊密集合，構(gòu)架講練結(jié)合、“教學(xué)—實(shí)訓(xùn)一體化”第一個(gè)層次的程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)模式。在這個(gè)層次的基礎(chǔ)上，以算法綜合訓(xùn)練為基礎(chǔ)，以程序設(shè)計(jì)競賽為目標(biāo)驅(qū)動(dòng)，構(gòu)建“訓(xùn)練—競賽一體化”的教學(xué)模式，進(jìn)而構(gòu)建“教學(xué)—訓(xùn)練—競賽一體化”多層次的培養(yǎng)體系。該培養(yǎng)體系在學(xué)校人才培養(yǎng)中發(fā)揮重要的作用，具體體系結(jié)構(gòu)見圖1。

3 基于在線自動(dòng)評(píng)測(cè)技術(shù)的實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

圖1 “教學(xué)—訓(xùn)練—競賽一體化”的人才培養(yǎng)方案

為實(shí)現(xiàn)“教學(xué)—訓(xùn)練—競賽一體化”的人才培養(yǎng)方案，需要建立5套題庫及相應(yīng)的程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的基本功能類似，只是面向不同訓(xùn)練的題庫不同。實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的用戶角色可分為非注冊(cè)用戶、學(xué)生、教師和管理員。管理員的功能包括登錄、管理題庫、管理競賽、管理評(píng)測(cè)、查看源碼、查看排名等；非注冊(cè)用戶的功能包括登錄、查看題目、查看排名等；注冊(cè)學(xué)生的功能包括登錄、查看代碼、提交代碼、參加比賽、查看排名等；教師的功能包括登錄、查看代碼、查看排名等。系統(tǒng)的用例圖見圖2。

圖2 系統(tǒng)用例圖

圖3 程序在線評(píng)測(cè)流程圖

實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)核心是程序設(shè)計(jì)在線評(píng)測(cè)。程序的自動(dòng)評(píng)測(cè)流程見圖3，學(xué)生向評(píng)測(cè)系統(tǒng)提交程序源代碼，系統(tǒng)依據(jù)提交的先后順序?qū)⒋u(píng)測(cè)的源代碼插入待評(píng)測(cè)隊(duì)列，評(píng)測(cè)內(nèi)核程序從評(píng)測(cè)隊(duì)列中依次獲取評(píng)測(cè)源代碼，對(duì)其進(jìn)行編譯、運(yùn)行、結(jié)果比較等操作，并根據(jù)操作結(jié)果返回相應(yīng)的信息。具體的出錯(cuò)信息有：如果源碼編譯錯(cuò)誤，直接返回編譯錯(cuò)誤(CE, Compile Error)；如果運(yùn)行超時(shí)，直接返回超時(shí)錯(cuò)誤(TLE, Time Limit Error)；評(píng)測(cè)程序?qū)⒃摮绦虻倪\(yùn)行結(jié)果與測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果完全一致則返回程序運(yùn)行正確信息(AC, Accept)，否則返回運(yùn)行不正確信息(WA, Wrong Answer)。

4 實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的應(yīng)用

在基于“教學(xué)—訓(xùn)練—競賽一體化”的大學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的實(shí)踐中，我們建立了C語言層次化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練實(shí)訓(xùn)題庫、算法實(shí)訓(xùn)題庫等。

通過實(shí)踐，“教學(xué)—訓(xùn)練—競賽一體化”培養(yǎng)方案具有以下優(yōu)勢(shì)。

（1） 將程序設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)構(gòu)建在一個(gè)統(tǒng)一的框架下，使學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力得到系統(tǒng)化、全方位的培養(yǎng)。

（2） 實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的建立基于ACM競賽實(shí)訓(xùn)模式，針對(duì)不同層次的學(xué)生分層次地組織實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，有利于實(shí)現(xiàn)因材施教。

（3） 實(shí)訓(xùn)的訓(xùn)練內(nèi)容在有限的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中是無法完成的，而實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)24小時(shí)對(duì)外提供服務(wù)，學(xué)生可以在任何時(shí)候、任何地點(diǎn)查看訓(xùn)練內(nèi)容、提交代碼，系統(tǒng)實(shí)時(shí)給予評(píng)測(cè)。

（4） 實(shí)訓(xùn)內(nèi)容和實(shí)訓(xùn)模式遵循ACM競賽快樂學(xué)習(xí)的理念，通過排名機(jī)制，極大地激發(fā)了學(xué)生的刷題熱情。

（5） 實(shí)訓(xùn)代碼的提交，完全實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)自動(dòng)實(shí)時(shí)的評(píng)測(cè)和反饋，極大地減輕了教師評(píng)閱程序的負(fù)擔(dān)。

5 結(jié) 語

實(shí)踐表明，該培養(yǎng)方案使學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力、解體思路得到了有效的訓(xùn)練，教學(xué)效果明顯提高。

當(dāng)然，程序設(shè)計(jì)能力是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的基本能力，而優(yōu)秀的計(jì)算機(jī)人才只具有程序設(shè)計(jì)能力是不夠的。如何將程序設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)與后續(xù)的計(jì)算機(jī)專業(yè)綜合素質(zhì)的培養(yǎng)相結(jié)合，為社會(huì)培養(yǎng)出高水平高素質(zhì)的優(yōu)秀計(jì)算機(jī)技術(shù)人才，還需要進(jìn)一步的探索與實(shí)踐。

[1] 常子楠. 基于ACM模式的程序設(shè)計(jì)類課程實(shí)踐教學(xué)探索[J]. 計(jì)算機(jī)教育, 2010(16)： 144-146.

[2] 穆寶良, 李晉, 韓雪峰. 基于ACM平臺(tái)的程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革[J].軟件工程師, 2013(4)： 40-43.

[3] 劉海霞, 冉宇瑤. 基于ACM競賽模式的程序設(shè)計(jì)類課程實(shí)踐教學(xué)改革的探討[J]. 工業(yè)控制計(jì)算機(jī), 2016(29)： 39-40.

[4] 韓建民, 王麗俠,賈泂. 大學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力的層次化培養(yǎng)模式[J].計(jì)算機(jī)教育, 2012(3)： 15-18.

[5] 周健, 鄭誠. 立體化程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)方法[J]. 計(jì)算機(jī)教育, 2014(4)： 56-59.

（編輯：孫怡銘）

1672-5913(2017)03-0061-04

G642

浙江師范大學(xué)校級(jí)重點(diǎn)教改項(xiàng)目。

韓建民，男，教授，研究方向?yàn)樾畔踩?，hanjm@zjnu.cn。