以學科競賽驅動計算機專業實驗課教學的研究

畢振波 亓常松 候志凌 黃海鋒

摘 要：學科競賽是計算機實驗教學的延續，在人才培養質量提高方面和計算機實驗教學具有共性。計算機實驗教學作為一種以實踐能力培養為主的教學，應和學科競賽關聯。做好大學計算機實驗教學能對學科競賽起到促進作用，“以賽促教、以賽促學、以賽促改”為方向，重視和加強學科競賽，驅動計算機實驗教學改革不僅助于應用型人才的培養，而且也有助于創新人才的培養。

關鍵詞：學科競賽；計算機實驗教學；教學改革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）16-0074-04

Abstract： Discipline competition is the continuation of computer experiment teaching， and it has common character in improving the quality of talent training for computer experiment teaching. As a kind of teaching with practical ability training， computer experiment teaching should be related to the competition of the Computer subject. Doing a good job in the computer experiment teaching can promote academic competition， "Promoting teaching by discipline competition， promoting learning by discipline competition and promoting teaching reform by discipline competition"， emphasizing and strengthening discipline competition. Carrying out computer experiment teaching reform， not only helps cultivate talents with application skills， but also helps train talents with innovation.

Keywords： discipline competition； computer experiment teaching； teaching reform

計算機專業培養目標之一是以培養具有系統、扎實的計算機科學與技術學科的理論基礎，較強工程實踐能力和創新能力的實用性計算機工程技術人才。作為實踐性很強的學科，計算機實驗教學對學生深入理解和掌握課堂教學內容、加強學生基本技能訓練和提高其解決實際問題的能力培養方面具有重要的作用。隨著大學擴招之后國家對教學質量日益重視，尤其近幾年國家把加強學科競賽工作納入實踐教學與人才培養模式改革創新的質量工程中[1-2]，學科競賽在大學教學質量評估中的重要性越來越突出，各類高校都把學科競賽當作重要的任務來抓，并投入了大量的人力和物力。就計算機專業來講，當前學科競賽和計算機實驗教學是彼此獨立的，學科競賽作為實踐性和綜合性更強的知識活動，計算機實驗教學沒有和學科競賽結合，致使多數教師依然把學科競賽當作傳統的競賽，計算機實驗教學被視作課程配套的傳統實驗教學，上課完成基本教學任務即可。競賽時慌亂選題目，組織隊伍，倉促上陣，競賽效果不理想，作為重要的實踐教學活動，計算機實驗教學沒有對學科競賽選拔人才、選題和隊伍組織起到可持續的促進作用。因此，本文針對該現狀，以加強學科競賽為手段，從其和計算機實驗教學的聯系著手，以提高計算機實驗教學質量為目標，在探討它們的本質和共性的基礎上，研究重視和加強學科競賽，驅動大學計算機實驗教學的方法和措施，以促進計算機實驗教學質量的提高。

一、計算機實驗教學和學科競賽的目標及聯系

（一） 計算機實驗教學的目標

大學計算機實驗教學的基礎目標是使學生通過實踐環節深入理解和掌握課程教學內容，使學生得到基本技能訓練，提高其解決實際問題的能力。按照實驗項目類型，主要包括基礎性實驗、綜合性實驗和研究探索性實驗[3]。基礎性實驗注重了解和理解；綜合性實驗注重應用和綜合；研究探索性實驗注重研究。對于大多數院校，一般以前兩類實驗為主；對于研究性大學，計算機實驗教學還具有運用已知知識探索獲取未知知識、培養學生的獨立探索和科學研究能力的特征[4]。

（二） 學科競賽的目標

學科競賽是由賽事組織者通過劃定賽事范圍或方向，由參賽者擬定題目并通過審核以競賽的方式，在規定的時間內，通過一級或多級篩選，由專門的專家組或公開方式評選出優劣等級的帶有鮮明學科特征的賽事活動。其核心目標是在專業范圍內運用課堂教學與課外實踐的知識來提高學生的發現問題、分析問題和解決問題的能力[5-6]。

（三） 兩者的聯系

從兩者的目標看，它們在目標的層次和活動內容等方面有明顯的區別。嚴格來講，學科競賽相比計算機實驗教學，其知識綜合運用特征更明顯。但它們之間也有共性，主要包括：一是人才培養目標的一致性，都是為了培養能夠運用已知的專業知識解決問題的能力；二是具有鮮明的專業特征，都面向特定類型的專業；三是以實踐能力培養為主。從兩者的共性，我們認為計算機實驗教學和學科競賽不能割裂開來，兩者必須緊密結合起來。它們之間的聯系如圖1所示。

從圖1看，在總體目標一致的情況下，計算機實驗教學對學科競賽具有促進作用，該作用是主要通過日常的各種實驗教學逐漸實現的。例如，搞好大學計算機實驗教學可以給計算機類學科競賽輸送優秀的人才和發掘優秀的題目。學科競賽對計算機實驗教學具有引領作用，學科競賽作為一種綜合性知識應用的活動，團隊協作和題目攻關對計算機實驗教學具有反饋和促進實驗教學改革的作用。割裂大學實驗教學和學科競賽，前者會成為孤立的、簡單的課堂理論知識的驗證性機械式活動，后者就會成無源之泉，賽時臨時抱佛腳。

二、長期以來計算機實驗教學存在的弊端

據調研，當前大學計算機實驗教學普遍存在問題就是割裂了計算機實驗教學和學科競賽的聯系。主要包括如下幾個方面：

（一）認識方面

一方面，長期以來，多數教學工作者把計算機實驗教學單純地當作理論課的一個輔助教學課，僅僅是有關理論的機器驗證而已，對學科競賽的促進作用認識不夠；另一方面，學科競賽對計算機實驗教學的引領作用認識缺乏。其結果，兩者長期以來被當作互為孤立的教學活動。

（二）教學實踐方面

從前文看，兩者的實踐屬性特征明顯。但長期以來，計算機實驗教學有關的實踐教學活動中一些有意義的想法和活動沒有被及時發掘和培育。計算機實驗教學止于規定的教學結束，一些優秀的學生沒有認真去引導和培養，好的思想和實驗題目課堂結束之后就忘卻獲丟棄，沒有做任何跟蹤和培育。造成教學成果浪費，學科競賽時匆忙征或想題目、組隊、寫競賽項目書、分工、理論鉆研、技術攻關和參賽。

三、新形勢下以學科競賽驅動計算機實驗教學的重要性

學科競賽作為一種綜合性的知識運用活動，它是計算機實驗教學的延續和發展。從學科競賽的全過程看，它具有競賽內容的實踐性、競賽活動的創新性、競賽過程的時效性和競賽作品的價值性等特征，這些特征決定了它對創新人才培養的作用及意義[3]。一是有利于培養學生的創新意識、創新思維；二是有利于培養學生創新能力和實踐能力；三是有利于調動學生積極性、提高學生綜合素質。作為教學成果的重要標志，近些年以學科競賽獲獎為重要指標檢驗教學成果和人才培養質量，被教育主管部門和大多數高校認可和采用，也得到了社會的廣泛好評。隨著高等教育逐漸由數量擴張向教學質量提高的轉變，學科競賽在各高校學科評估中的重要性被得到大力的提升，做好學科競賽，不僅能夠鍛煉學生的知識運用能力，而且也能讓教師和學生獲得了成就感或榮譽感，同時對計算機實驗教學更有動力和積極性。因此，重視和加強學科競賽驅動大學計算機實驗教學改革的相關研究具有重要的意義。

四、加強學科競賽，驅動計算機實驗教學改革

以學科競賽為重要目標驅動大學計算機實驗教學有利于推動創新人才培養，但關鍵在于能否長久持續地堅持、制定規劃和調動師生的積極性。這就需要在計算機實驗教學中通過多種措施、大力進行教學改革，真正將學科競賽和日常的計算機實驗教學關聯，有計劃培養方能使計算機實驗教學成為輸送合格學科競賽人才的“加工廠”。

（一）提高學科競賽在計算機實驗教學中重要性的認識

學科競賽越來越被各高校重視，學科競賽獲獎多少和層次成為大學評估和教學質量水平高低的重要標志。在這樣的指揮棒下，多數高校對教師職稱晉升也進行了政策傾斜，學生通過學科競賽獲獎達到了實踐、創新和解決問題能力的提升，在大學期間評優和以后的就業和升學深造都有加分。可見，搞好學科競賽對學校、教師和學生都是雙贏的。但如果學科競賽依然采用過去的模式，競賽只是個別老師的事情，或者是領導指派的任務，突擊一段時間完事，則學科競賽和計算機實驗教學完全獨立，學校、教師和學生的發展都是不可持續的。由于計算機實驗教學對學科競賽的促進作用，我們認為必須在老師和學生中通過宣講或專門培訓提高學科競賽在計算機實驗教學中重要性認識，同時向學校建議和爭取政策和經費方面的支持。尤其后者，比如加大計算機實驗室基礎設施投資，對軟硬件升級，實驗室開放；增加新的專門用于學科競賽的訓練室，對參加學科競賽輔導的老師給予經濟補貼等，從而使學校上下一心，老師的積極性調動起來了，人人都會重視學科競賽，形成一片欣欣向榮、同心協力“抓教學”的局面。

（二）增加綜合性實驗和研究探索性實驗的比例

除了提高學科競賽在計算機實驗教學中重要性的認識，所有計算機專業類課程的實驗教學計劃需要重新規劃和修訂，加入學科競賽的因素，適當增加綜合性實驗和研究探索性實驗的比例，不能僅僅停留在了解和理解的認知層次上，應在應用、綜合和研究上傾斜，使得學習一門課學生不只是掌握了一些基本概念和原理類的淺層次的水平知識。在計算機實驗教學中，對于創新性高、有前景的實驗類項目要重點進行記錄、關注和培育。老師通過適當指導，告訴大家如何查閱綜合性實驗和研究探索性實驗涉及的資料，對相關問題應該怎樣研究，該從哪方面入手，建立討論小組，定期進展匯報，找出問題的核心和下一步的工作重心。當然這對部分學生有些難了，但可以采取自愿參加組隊的原則，然后針對感興趣的同學在選題方面可以選擇學科中大家熟悉的綜合性開發和實現的例子，讓大家在該例子基礎上逐漸擴展。比如通過應用領域擴展，教學資源管理可擴為重要海洋生物資源管理、網上書店的開發擴為在線海鮮交易系統的開發、基于圖像處理技術的人臉或指紋識別研究擴為海港管理中的船舶識別等，這樣可以體現應用的創新性，也可以體現專門類高校的學科特色，在普通當中找獨特，為下一步的學科競賽積累前期工作基礎。真正使得計算機實驗教學變為一個可持續出成果的課程，改變多數老師上課出不了成果（發表高檔次論文和承擔國家級項目）的尷尬。

（三）實行計算機實驗層次化教學

層次化教學是進行因材施教的一種重要方法。由于不同類型實驗難度不同，計算機實驗教學要完成基本教學內容，其任務不完全是為了學科競賽，因此，針對課程教學內容、教授的對象和學生的興趣對教學實驗內容設置不同的層次：

基礎性實驗，主要面向所有的學生，以驗證性實驗為主，讓學生了解計算機專業當前所上課程的相關基礎知識，培養學生實際操作能力。

綜合性、設計性實驗，針對那些完成基礎型實驗后并對工程性的綜合設計類開發感興趣的同學，主要加強多學科知識點的交叉融合，強化基礎，拓寬學生的知識面，培養學生綜合運用知識的能力。項目應當使學生根據課題基本問題的要求在教師的指導下自主完成，包括自主設計實驗方案、自主獲得實驗數據、自主分析實驗結果、自主管理實驗過程、自主撰寫實驗報告。

研究探索型實驗，主要針對那些對技術的改進和革新、大型軟件的開發或二次開發，或者直接參與教師的科研項目等感興趣的同學，這類實驗需在教師的指導下獨立完成，或在指導教師（實行導師制）的研究領域進行有目的、有意識的探索與研究活動。目的旨在激發學生的求知欲望和培養學生的創新能力，同時也增加了學生對科學研究的興趣。

計算機實驗教學分為三個層次，實現教學基礎要求，也照顧了對綜合性和探索性感興趣、勇于挑戰的同學，也適應了教育部推出的質量工程項目——“大學生創新性實驗計劃”[2]。針對層次化計算機實驗教學，其評價應體現層次化教學各類內容的權重，以百分制為例，可以采取6：3：1或5：3：2的成績評價辦法，對于綜合性和探索性實驗，一般應答辯，如果項目復雜，任務量多，同學可以團隊合作，但要保證每個人都的工作有區別，根據每個人承擔的任務量和難易程度進行計分。

（四）開放計算機實驗室，增加實驗教學的自主性

為滿足計算機實驗教學培養學生的創新能力、實踐能力和創業能力，適應學科競賽需求，開放計算機實驗室是十分必要的。不僅僅可以充分利用現有教學條件，最大限度地擴寬現有的實驗教學方式，而且可以強化綜合性知識的掌握和實踐能力提高。針對不同類的學生，應包括固定的專業實驗室面向計算機類專業學生開放模式、基礎實驗室面向全校師生開放模式和導師制帶學生的實驗室開放模式等三種。開放實驗室應把預約方式和時間、開放類型、開放時間等進行公布，鼓勵學生利用課余時間，進入實驗室或參與實驗室的課題研究。綜合性、設計性實驗和研究探索性實驗，固定的教學時間在實驗室通常是完不成任務的，開放實驗室的環境下，在業余，教師可抽空在實驗室指導學生完成實驗任務或大學生創新項目類型實驗任務。這樣解決了傳統試驗教學，時間和地點固定古板、不靈活的弊端，實現了教學方式的靈活性。更重要的是容易在原有計算機實驗教學基礎上培育那些有價值的實驗項目，通過進一步指導孕育成國家或省內大學生創新創業項目、挑戰杯項目、教育部創業大賽等項目。教師指導學生中可以告訴大家與學科競賽有關的文獻如何搜集、申請書如何撰寫、學術匯報、學術論文撰寫、項目規劃、項目實施、競賽項目中與題目相關的硬件與軟件等知識，充分提高了大家的自主性和探索性。

（五）增加計算機實驗教學的單位工作量計算系數

綜合性、設計性實驗和研究探索性實驗通常會涉及跨學科、跨領域有關的知識，復雜度及難度會超出一般的基礎型實驗，學生要想把實驗做好，尤其那些可能會培育成學科競賽題目的實驗項目，經常需要教師在文獻檢索、研究方法、研究方向研究目標、疑難問題等方面進行指導和把握，這需要教師投入大量的時間。“冰凍三尺非一日之寒”，任何成功都不會是簡單說說就會成功的。因此，學科競賽驅動的計算機實驗要想出成果，學生獲獎，最關鍵的一點就是教師必須要有奉獻，不怕犧牲，甘愿吃苦、和學生打成一片的奉獻精神，把自己也視作學科競賽的一員投入到培育學科競賽項目的計算機實驗項目研究中去。由于投入大，計算機實驗教學的單位工作量計算需要適當提高計算系數，三大類實驗應分別設置不同的系數，依據學生數或學生組數、實驗項目個數給予教師計算工作量，不能簡單的把計算機實驗教學當作就是上機驗證一下而已。只有承認教師的勞動，讓其有相應匯報，才能調動教師的工作積極性。

除過上述幾個方面，完善組織機構、建立激勵機制、完善硬件建設、建立聯動機制和注重梯隊建設等也很重要。但從作者這些年一線教學和學科競賽參與的感受，本人認為首先增加計算機實驗教學的單位工作量計算系數在這些方面中或許更重要些，更容易做到。

五、結束語

綜上，學科競賽在計算機實驗教學中的重要性是很明顯的。計算機實驗教學作為一種以實踐能力培養為主的教學，應和學科競賽關聯，把參加學科競賽作為教學的重要目標之一。重視和加強學科競賽，引領計算機實驗教學，并把學科競賽的成功經驗反饋到日常的計算機實驗教學中，“以賽促教、以賽促學、以賽促改”，以學科競賽的示范性和影響驅動計算機實驗教學改革，優化人才培養方案，重構專業課程體系，更新實驗教學內容，從而提高計算機實驗教學水平，達到提高人才培養質量的目標。

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