基于Online Judge的新工科計算機雙學位程序設計課程實踐

范江波 張學輝 張建兵

摘? 要：新工科強調以信息化帶動工業化，作為石油領域的行業性高校，我校培養的新型的石油人才應具有“學科交叉融合”的特征。本文以計算機雙學位的“高級語言程序設計”課程為例，以Online Judge在線評測平臺為基礎地展開了混合式教學，進行了學科交叉融合案例的探索，為石油學科領域提供了信息技術的支撐。

關鍵詞：程序設計;Online Judge;新工科;學科交叉

Abstract：The New Engineering stresses on promoting industrialization by informatization，as a professional university in the field of petroleum，the new petroleum talents trained by our university should have the characteristics of “interdisciplinary integration”. This paper takes the course of “Advanced Language Programming” with a double degree in computer science as an example，On the basis of Online Judge online evaluation platform，we have launched a hybrid teaching model，explored the case of interdisciplinary integration，and provided information technology support for petroleum area。

Keywords：programming;Online Judge;new engineering;interdisciplinary

0? 引? 言

近期教育部高教司發布了新工科研究與實踐的文件，提出了對于工科建設的新目標和新要求[1]。《新工科建設復旦共識》中明確指出：“我國高等工程教育改革發展已經站在新的歷史起點。國家正在實施創新驅動發展、‘中國制造2025‘互聯網+‘網絡強國等重大戰略，為響應國家戰略需求，支撐服務以新技術、新業態、新產業、新模式為特點的新經濟蓬勃發展，突破核心關鍵技術，構筑先發優勢，在未來全球創新生態系統中占據戰略制高點，迫切需要培養大批新興工程科技人才。我國已經建成世界最大規模的高等工程教育，工程教育專業認證體系實現國際實質等效，國家統籌推進世界一流大學和一流學科建設，為加快建設和發展新工科奠定了良好基礎?！盵2]

新工科是有別于傳統的工科，是學科交叉的產物，強調以信息化帶動工業化，作為石油領域的行業性高校，我校培養的新型的石油人才應具有“學科交叉融合”的特征，需要信息技術對各石油學科提供支撐。作為我校學科交叉點的計算機雙學位，多年的計算機專業基礎編程課教學經驗、帶領學生參與高水平學科競賽的經驗、雙學位管理及教學的經驗，使我更能夠切身體會到，計算機雙學位的學生帶給主學科的進步與推動，以及在新形勢面前，對于計算機雙學位教育所提出的全新的要求。

1? 編程語言課程教學面臨的問題

作為任課教師，本文主要討論計算機雙學位教育中基礎編程課程“高級語言程序設計”，程序設計課程是大學計算機基礎教育和計算機專業的核心基礎課程，是中國計算機科學課程體系2009（CCC2009）、美國計算機課程體系2013（CC2013）6門核心課程的第1門，決定著計算機專業學生的培養質量[3]。計算機學科的計算思維對于理工各科學生的創造性思維培養是必不可少的，計算思維的形成將成為各科學生自主創造、創新和創業的助推器，是培養復合型拔尖創業人才的一個重要內容。

計算機雙學位專業的編程語言教學面臨著以下問題：

一是如何培養新生獨立思考自主學習的能力。如何吸引“網絡原生代”的學習興趣，讓他們學會自學是教師面臨的第一個問題。

二是傳統編程語言類課程的教學案例不夠生動，內容大多為經典算法的程序實現和數學問題的求解，與學生的生活和專業問題相去甚遠，導致學生學習目標不明確，學習動力不足。

三是如何真正實現個性化教育的問題。學生的專業不同，信息化水平差異很大，如何因材施教，讓所有的學生都能學有所獲，滿足學生的個性化需求，激發學生的個性、愛好、特長和潛質。

2? Online Judge平臺簡介

在過去幾年的實踐中，我們嘗試將Online Judge（在線評測）平臺引入了課程教學，取得了較好的效果。Online Judge平臺（后文簡稱OJ），即在線的程序評測。用戶可以在線提交多種語言編寫的程序，在對用戶提交的源碼進行編譯和執行后，平臺通過預設的一組或多組測試數據來檢驗用戶程序，用戶即刻就能收到反饋信息。

我校OJ網站最初上線時間為2015年12月，目前有917個注冊賬號，6800余道題目，約39萬次提交。平臺與課程深度融合，不僅成功應用于16級至18級計算機系及雙學位學生的課程學習中，還用于編程參賽隊員的訓練和選拔、成功舉辦了我校程序設計競賽決賽及研究生復試選拔。經過團隊的136次迭代開發后，該平臺已經成功地融合了大數據、可視化技術，成為國內一流的在線評測平臺。

Online Judge系統最初使用于ACM-ICPC國際大學生程序設計競賽中的自動判題和排名。ACM-ICPC國際大學生程序設計競賽（英文全稱：ACM International Collegiate Programming Contest（簡稱ACM-ICPC或ICPC），是一項由國際計算機協會（ACM）主辦的，旨在展示大學生創新能力、團隊精神和在壓力下編寫程序、分析和解決問題能力的全球性的年度競賽，ACM-ICPC國際大學生程序設計競賽是目前全球最具影響力的大學生程序設計競賽。2017年12月中國高等教育學會公布了《中國高校創新人才培養暨學科競賽評估結果》，“ACM-ICPC國際大學生程序設計競賽”（簡稱ACM-ICPC）排名第4[4]。

3? 以Online Judge為突破口的教學實踐

過去幾年的實踐中，我們以OJ為突破口，結合SPOC展開混合式教學改革，實現了教學模式及個性化教學的轉變：由知識傳授轉變為既傳授知識、又培養獨立思考和自學能力;由單純經典算法的程序實現轉變為學科交叉融合案例;由專業化培養轉變為個性化培養，讓所有的學生都能學有所獲。

3.1? 推動混合式教學改革，培養學生思考與自學能力

教育不能只教知識，更要培養學生思考與自學的能力、為終身學習打下基礎。作為學習活動的設計者，學習環境的營造者，學習過程的輔導者，教師的作用應該不僅體現在課堂上，更體現在如何主導學生課前和課后的學習。我們開展了“OJ+SPOC”的混合式教學改革，重造教學流程：學生課前在SPOC上預習，教師可以憑借教學經驗或在SPOC中嵌入的形成性評測掌握學情，從而在課堂上展開有針對性的講述或探討，應精講突出重點和易錯點，傳授編程思路，培養思辨精神[5]。傳統紙質手工批改的作業有著較長的流轉周期，學生在收到作業時可能已經忘了當初作業時的思考狀態;課下通過OJ平臺發放作業，學生在提交題目后可以即時收到精準的反饋，以便第一時間確認或者修正自己對知識點的掌握，及時查閱相關知識點改正錯誤，為后續學習打下堅實基礎。學生自學時間、自學幫助性以及自學能力提升的統計如圖1-3所示，證明OJ確實有助于自學。

3.2? 將專業需求凝練成案例、習題

隨著新工科建設的興起以及人工智能技術的發展，傳統程序設計課程的教學面臨著新的挑戰和發展機遇，不僅擔負著培養計算思維能力的傳統任務，還要為計算機學科與其他學科的交叉融合做好知識與能力的儲備。而目前非計算機編程教學普遍存在的一個問題是：教師不關注學生有哪些專業問題需要用程序求解，教學案例多半是簡單數學問題求解和經典算法的程序實現。這些教學案例與學生專業問題相去甚遠，學生無法將這些案例與自己的專業問題關聯起來，學習目標不明確，學習動力不足。

在教師和完成程序設計課程的雙學位學生的協助下，我們抽取了石油相關專業的適于編程的問題、設計成Online Judge格式的案例，并補充了測試數據，用于課程教學。案例連接起了程序設計與石油相關專業的問題，從而達到提升學生解決實際問題的能力。經過兩年的積累，目前已有專業融合案例50多個，實踐中效果良好，擴展了學生的知識面，為培養新工科的復合型創新人才做出了一份貢獻。

3.3? 用分級題庫展開個性化教學

個性化教育的核心是允許學生有個性、有差異、有不同，真正使每個學生都能在學校找到適合自己的教育，讓每個學生的天賦、特長、潛質都能得到充分發揮，讓不同層次的學生都能有所收獲，提高了學生的學習積極性。程序設計是一門實踐性很強的課程，沒有恰當的、飽和的訓練輔助，學習效果將大打折扣。據此，課程團隊針對不同基礎、不同層次學生，利用大數據技術，分析歷屆學生的提交狀況，根據通過率把題目分為三個等級：基礎題（*）、提升題（**）、開拓題（***），使得學生可以根據自己的能力，循序漸進地選擇做題的順序以及做題的難度和數目，如圖4所示

（1）基礎題：考核學生的基本計算思維能力和簡單的現實問題求解能力，該類題目旨在幫助學生強化基礎知識，構建較為完整的知識體系，為培養后續的能力和實現教學目標打下基礎。

（2）提升題：考核較高層次的應用技能，讓學生能夠綜合運用所學的編程技術解決實際場景中較復雜的實際問題。

（3）開拓題：鼓勵部分學有余力的學生在完成提升題后，可以選做部分開拓題。開拓題是具有一定的難度和規模的實際問題，學生通過分解、抽象、子問題求解、系統集成等步驟，完成對開拓題的求解，可以培養學生的計算思維、創新能力、使用計算機解決復雜現實問題的能力。

4? 結? 論

實踐證明，架構在Online Judge平臺上的專業融合案例，以能力培養為導向，激發了學生的學習興趣，在專業問題的求解過程中，培養了學生的計算思維、創新能力、使用計算機解決復雜現實問題的能力，為新工科建設提供更好的信息技術的支撐。

參考文獻：

[1] 教育部高教司.教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知（教高司函〔2017〕6號）[Z].2017-02-20.

[2] 教育部高教司.新工科建設復旦共識 [EB/OL].http：//www.moe.edu.cn/s78/A08/moe_745/201702/t20170223_2971 22.html，2017-02-23.

[3] 姜學鋒，劉君瑞.以賽課結合為抓手的編程技能培養 [J].計算機教育，2017（10）：131-134.

[4] 陸國棟，陳臨強，何欽銘，等.高校學科競賽評估：思路、方法和探索 [J].中國高教研究，2018（2）：63-68+74.

[5] 范江波，張建兵.高級語言程序設計混合式教學的系統構建與實踐 [J].教育教學論壇，2018（44）：130-131.

作者簡介：范江波（1975.09-），女，漢族，山東萊州人，碩士研究生，講師，研究方向：稀疏矩陣。