ACM競賽驅動的程序設計類課程教學改革研究

陶小梅++黎辛曉

摘 要：為培養學生較高水平的程序設計能力和創新能力，該文探討了將ACM競賽引入程序設計類課程教學的方法，以ACM賽題為案例，驅動理論課講授，培養學生的抽象建模思維和邏輯思維，通過使用ACM在線評判系統OJ，將教學實踐環節從實驗課堂延伸到課外，加強學生在綜合運用知識解決實際應用問題方面的編程訓練。

關鍵詞：ACM競賽 程序設計 教學教改

中圖分類號：TP3-4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）05（a）-0146-02

程序設計類課程是計算機專業人才培養計劃中一系列與程序設計相關的核心課程，主要有C語言程序設計、C++面向對象程序設計、Java程序設計、數據結構和算法設計與分析等，一般以專業基礎課或專業課的形式開設。程序設計類課程的教學效果，直接影響了人才培養目標的實現，在一定程度上決定了所培養的專業人才素質水平的高低，因此，各個學校普遍都很重視程序設計類課程的教學和教學建設。

然而，程序設計類課程由于理論性和實踐性都比較強、學習難度大等特點，使得在教學過程中一直存在著較多的問題。一方面，程序設計教材偏重于語法和小型例題講解，使得學生在根據實際問題建立模型和設計算法方面的抽象思維訓練不夠，很多學生能掌握程序設計的基本方法，但程序設計的水平并不高。另一方面，模塊式實驗項目的實踐環節設置，使學生在綜合運用知識解決實際問題方面的鍛煉不足，加上實驗課時的限制，因練習和投入時間的不夠，也影響了學生程序設計能力的培養和提高。

在程序設計類課程教學中引入ACM競賽模式，可以彌補傳統教學方式的這些不足，促進學生程序設計能力和創新能力的提高。

ACM / ICPC （Association for Computing Machinery / International Collegiate Programming Contest）國際大學生程序設計競賽，由計算機界具有悠久歷史的權威性組織機構ACM學會主辦，是世界上公認的規模最大、水平最高、參與人數最多的大學生程序設計類競賽[1]。

1 以ACM競賽題目驅動理論教學

首先，教師在課堂上將ACM賽事活動推介給學生。通過對競賽的了解、練習和參與，讓學生體會到學習的成就感，激發學生對程序設計的學習興趣和學習動機，并且更明確課程的學習目標，以高水平的程序設計能力標準要求自己。

其次，教師在理論課授課時，引入ACM競賽內容，可以挑選與授課內容知識點相關的典型競賽題作為案例驅動教學，進行教學設計。ACM的賽題，題目類型廣泛，涉及的知識面相對較廣，一般是針對實際應用問題而設計[2]，有一定的問題背景描述，對算法和程序的要求隱藏在背景中，因此，需要對實際問題進行分析建模，才能明確問題和梳理出算法思路。通過賽題的分析和算法設計過程的講解，引導學生在抽象思維方面的訓練，使學生把程序設計學習的重點更多地放在分析問題、抽象建模和算法設計等方面，而不是僅僅關注語法的學習。

通過將典型競賽題目嵌入到理論教學，既帶動相關語法的講解，也引導學生進行抽象建模和邏輯思維方面的鍛煉。同時，以有實際問題背景的ACM賽題做授課案例，讓學生看到通過編程得到了實際問題的解決結果，看到了程序設計的廣闊應用前景，增強了學生對它的學習興趣和學習動力，變被動學習為發自內心的渴望求知的主動學習。

在作為教學案例的賽題選取上，一方面注重賽題的有趣性和實用性；另一方面，要注意題目對知識點的覆蓋，以及難度適中。應當選取中等難度或難度稍微偏上的例子，以此向學生展示，相對復雜問題的分析建模和算法設計過程，既強化學生在程序設計思維方面的訓練，也激發學生的好奇心和挑戰困難的學習興趣。

除了抽象思維和邏輯思維方面的訓練，也注意引導學生在猜想與驗證和逆向思維方面的訓練。每道ACM賽題都有嚴格的題目形式，包括問題描述、輸入樣例和輸出樣例[2]。詳細的題目輸出樣例，方便用于向學生展示逆向思維的問題求解分析方法，引導學生可以根據輸出結果要求，逆向推理及猜想可能的算法，并對設計的算法進行靜態運行的結果驗證。這些都是高水平程序設計者需要鍛煉和培養的基本能力和素質，要在這方面對學生進行引導和認識上的意識強化。

2 以ACM在線系統競驅動實踐教學

程序設計類課程是實踐性較強的課程，一般都包括了一定學時的實驗課時。但傳統的基于單元知識點設計的實驗題目，在實際應用價值、難度及綜合性等方面往往不夠，滿足不了一些基礎和水平較好的學生的學習需求，影響了學生在實踐環節高水平程序設計能力培養方面的鍛煉。可以從ACM題庫中選取難度各異、知識點相關的、有一定實際應用價值的題目，讓學生上機時完成，以適應不同層次水平的學生的需求。

再者，傳統模式的實驗課，學生練習成果的檢查對教師是個問題。傳統實驗課中，教師主要靠查看程序運行結果和閱讀程序的方式檢查學生程序設計的正確性，不僅花費時間大，而且由于思維慣性，容易導致誤判與參考答案不同的程序設計算法。針對這些問題，可以在實踐環節引入ACM的在線評判系統做實驗實訓平臺。

ACM競賽經過多年的發展，國內外出現了很多優秀的Online Judge（簡稱OJ）系統。國內比較知名的OJ系統有北京大學的POJ、哈爾濱工業大學的HOJ、浙江大學ZOJ等；國外比較知名的系統有OJ SGU、UVa Online Judge等。OJ系統集成實時評判、答題統計、排名等功能[3]。

教師要求每個學生在OJ系統上注冊自己的賬號，上課時，讓學生登錄系統，在規定的時間內完成指定范圍內的題目，并提交結果。OJ對提交程序的實時評判，包括程序結果的正確性、運行時間、占用內存資源和輸出格式的判別。學生可以通過OJ系統，查看評判結果以及程序運行效率，以及根據這些反饋信息對程序進一步改進。教師也可以通過OJ系統查看學生做題數量和正確率，以了解學生的學習掌握程度。同時，通過ACM在線系統，可以將課程的實踐環節從課堂延伸到課外，鼓勵學生利用課余時間，多做競賽題目練習。

ACM在線系統還提供了針對賽題的討論交流功能，學生可以在上面找到對編程興趣愛好濃厚的“志同道合”者，對練習過程中碰到的難題能及時地交流和討論，或參考借鑒別人程序的思路，在一定程度上，降低了學習的難度。通過在程序愛好者中的交流與分享自己的學習成果，也讓學生收獲了成就感，增強了學生的信心，激發更濃厚的學習興趣。ACM在線系統的運用，也解決了傳統實驗課教學由于課時少，學生人數多，問題多，學生碰到難題被卡住時，不能及時得到老師指導的問題。

通過加入ACM競賽內容的實踐環節訓練，使學生具備扎實的編程基礎和較高水平的編程能力，達到可持續發展的IT人才培養目標，在以后工作的實際應用中，碰到大型復雜程序設計問題時，能厚積薄發，自如地將所學專業知識綜合運用發揮，快速的解決問題，適應專業的工作需要。

3 結語

在程序設計類課程中引入ACM競賽內容，可以激發學生的學習興趣和動力，變被動學習為主動學習。以ACM賽題驅動理論課講授和實踐環節，可改變傳統講授方式中對學生在抽象建模和邏輯思維方面訓練引導不足的問題。大量的賽題練習，促使學生打下扎實的編程基礎，對高水平的程序設計人才的培養有積極的促進作用。

參考文獻

[1] 于世華，王榮芝.ACM競賽探討與技能型人才的培養[J].大學教育，2015（2）：113-117.

[2] 朱月秀.基于ACM競賽的C++程序設計課程教學改革[J].漳州師范學院學報：自然科學版，2012（1）：113-117.

[3] 李環.基于ACM 競賽的程序設計類課程教學改革研究[J].計算機教育，2016（3）：115-117.