基于Online Judge 的程序設計基礎教學改革與實踐

王金鵬，曹旗磊，王 涵

（山東工商學院 計算機科學與技術學院，山東 煙臺 264005）

1 程序設計基礎教學現狀及問題

程序設計基礎是一門實踐性很強的課程，傳統教學模式是理論課和實踐課（上機）分開上，導致理論和實踐脫節：理論課時，學生只能被動地聽教師講或者看教師操作，自己不能動手實踐，“課上聽來終覺淺”；實踐課時，由于學生對知識的掌握度不同和操作進度不同，教師又不便做統一、系統的講解，學生只能憑著在理論課上所聽所看內容的殘存記憶來操作，收效甚微。

傳統的作業方式一般是教師布置任務后由學生自行上機練習，由于缺少“分數驅動”式的激勵措施，故學生的積極性不高，且由于缺乏有效的驗收機制故作業完成度也不高。另外，在這種作業方式下，抄襲作業的現象時有發生，并非每個學生都能親自動手上機編程，使通過作業培養學生動手能力和實踐能力的目標難以達成。同時，教師對學生學習的真實情況也難以掌握。

傳統的考核方式是以期末考試（紙質試卷）為主，平時成績只占很小比例，可以說是“一考定終身”，這種考試方式存在很多弊端，如考核內容不全面，成績的偶然性很大，難以考查學生的動手實踐和程序調試能力，對學生平時學習缺乏過程化監管和考核，對學習差的學生不能進行提前預警導致考試結束成績不理想時已無可挽回等。

鑒于上述問題，有必要對程序設計基礎的授課模式、作業方式和成績考核方式進行改革，以提高教學效果。

2 對 策

2.1 教學模式的改革

為解決理論和實踐脫節問題，可采用邊講邊練的教學模式[1]。所謂邊講邊練，就是在機房內授課，學生人手一機，教師根據需要可以隨時講述理論知識，也可以隨時讓學生動手實踐，兩種授課模式任意切換。這種教學模式不僅將理論和實踐有機地結合起來，而且還可使教師實時地了解學生對知識的掌握情況，便于調節講課進度和授課計劃。

2.2 作業方式的改革

采用一種基于Online Judge（簡稱OJ）系統的作業方式[2]，可有效解決傳統作業方式所存在的諸多的問題。

OJ 是一種廣泛用于大學生程序設計競賽的在線評判系統，也叫ACM 在線評測系統[3]，基于B/S 結構實現[4]。在OJ 平臺上，參加比賽的隊員可通過網絡在系統中閱讀題目、編制代碼提交并查看運行結果是否正確。

基于OJ 的作業方式，是由教師在OJ 平臺上編制題目并布置作業，學生可隨時隨地通過網絡登錄系統做題。這種作業方式的好處是學生提交的代碼是否正確可實時在線評判，若結果不正確可以修改代碼重新提交，直至正確為止，每次提交結果都有記錄。借助OJ 平臺，教師可以準確地掌握任何一名學生任何一次作業中的任何一題的完成情況（對于抄襲代碼，系統有相似度檢測，教師也可以人工查看代碼）。

采用基于OJ 的作業方式，可有效提高學生的動手編程能力和程序調試能力。傳統作業方式下，很難保證每個學生都能通過上機編程來完成作業，更勿論程序調試了，而在OJ 平臺上，只有親自動手編程并調試出正確結果，方能提交代碼并被系統接受。

采用基于OJ 的作業方式，可有效提高學生做作業的主動性和積極性。新的作業方式可結合“分數驅動”的過程化考核方式（即每一題都按一定的分值計入期末總分），在每次作業后都實時公布每個學生的累計成績，并且由于OJ 系統中有按做題數量排名的功能，故極易在學生中形成你追我趕、爭先恐后的良好風氣。

采用基于OJ 的作業方式，可有效解決作業完成度不高的問題。在傳統的作業方式下，作業完成度不高主要原因是學生自身具有惰性，而教師又因為沒有有效的驗收手段而無法確定督促對象。在基于OJ 的作業方式下，每個學生對每個題目的完成情況教師都可隨時在OJ 上查看，一目了然，對于作業完成情況不好的學生教師可隨時進行督促。

基于OJ 的作業方式，還可以結合本文后面介紹的考核方式，對學生學習情況進行過程化監控和即時預警。

2.3 考核方式的改革

考核方式的改革主要體現在新的考核方式增加了對平時學習的過程化考核和對學生動手實踐能力的考核兩方面的內容。

2.3.1 對平時學習的過程化考核

將平時作業計入期末總分。結合基于OJ 的作業方式，規定平時作業中的每個題（含測驗中的題目）都占一定的分值，計入期末總成績（約占總成績的30%）。

將原來的1 學期考1 次改為1 學期考3 次。把1 學期的授課時間分成3 個階段，每一階段進行1 次機考，3 次機考成績共占期末總成績的70%。

每次作業、測驗和考試之后，都把學生所得的分值（績點）記錄在冊，用Excel 表格的形式公布于眾，學生可以查看自己每次的得分和總績點，實時掌握自己的學習情況。

采用上述兩項措施的目的是增加過程化評價環節，盡量降低偶然性的影響，使考查的知識點更多，考核更全面、更合理；使學生對自己平時學習情況更了解并可即時預警；使教師在督促或激勵學生時有的放矢。

2.3.2 對動手實踐能力的考核

程序設計基礎旨在培養學生的計算思維能力、動手編程能力和程序調試能力[5]，紙質試卷難以對上述能力進行全面有效的考核。將紙質考試改為上機考試的好處是能夠對學生動手編程和程序調試的能力進行有效考核。

3 改進措施在教學實踐中的應用

山東工商學院對程序設計基礎課程的教學改革始于2010 年，2010 年首創邊講邊練教學法并踐行至今，2012 年在計算機科學與技術（簡稱計科）專業實行新的基于OJ 系統的作業方式，2014 年推廣到全部6 個專業，同時開始采用1學期3 次機考、結合平時成績評定總成績的考核方式。

為了更好地推進教學改革，2014 年，在借鑒兄弟院校OJ 系統的基礎上開發了本校的OJ 系統以及“程序設計基礎考試系統”。

“程序設計基礎考試系統”可用于平時作業和考試，目前已穩定使用4 年。系統支持選擇、填空、判斷、程序填空、編程等題型。目前，系統中有用于平時練習的題目約1 500 題，用于考試的題目約800 題，題庫可進行增、刪、查、改等操作。系統還支持手動出題和隨機抽題兩種組卷方式，學生交卷時可立即看到考試成績，并能對考試成績進行分類統計分析。表1、表2 分別是考試之后的成績統計分析、各知識點得分率。

針對作業當中出現的抄襲代碼或提供代碼給別人的行為，筆者在OJ 平臺中加入了代碼相似度檢測功能，該功能可檢測出任何一份代碼與以往每一份代碼的相似度，并給出最高相似度及所對應的代碼，教師可根據相似度并結合人工查看代碼的方式決定是否對學生進行判罰。

表1 計科18 級第2 次考試成績統計分析

表2 計科18 級第2 次考試選擇題得分率統計

4 教學效果

上述改革措施是在不斷摸索、實踐、總結的基礎上逐漸成形的，是在計科專業首先實施，并在近幾年開始向其他專業推廣，但目前其他專業采用的措施并不徹底（因各種原因部分措施未實施），也不成熟。計科專業由于起步較早，做法更徹底，已經形成了一套固定的模式和優良學風的傳承，故計科專業的教學水平與其他專業的教學水平相比已形成了較大優勢，表3 是2014 年實行各專業統一考試以來計科專業與其他專業的平均成績對比，從中可以看出新的教學模式、作業方式和考核方式具有壓倒性優勢。

新的教學模式、教學方法應用之后，學生的學習成績和學習興趣都有了顯著提高，學生參加各種競賽或考試（ACM 競賽、全國藍橋杯比賽、考研復試等）的成績都有了突破性進步，畢業生質量更是迎來了令人驚喜的改變，近幾年計科專業的本科畢業生頻頻被百度、360、趨勢科技、餓了么、蘑菇街、鏈家等公司錄用，這些標志著基于Online Judge 教學法的程序設計基礎教學水平得到社會的廣泛認可。

表3 歷次考試計科專業與其他專業平均成績對比

5 結語

研究和實踐表明，邊講邊練授課模式可有效解決理論和實踐脫節問題，基于Online Judge 的作業方式和考核方式，可有效提高學生的動手實踐能力和程序調試能力，提高學生編程的興趣和積極性，可對學生平時學習進行過程化評價，使成績考核更合理，還可使教師更好地掌握學生的學習情況，所有這些，對于提高學生的學習成績和程序設計基礎課程的教學水平都有巨大的作用。