學科競賽引領下的程序設計基礎課程教學改革與實踐

吳志強

摘 要：新工科戰略要求高校培養適應時代發展的高素質人才，學科競賽緊密結合行業實踐，正成為高校激發學生科學創新能力和技術能力的重要途徑，也為高校課堂教學改革提供了清晰的方向。本研究結合河南警察學院網絡安全系網絡安全與執法專業學生參與學科競賽情況，對程序設計基礎課程教學內容、教學方法、考核評價體系等方面進行改革，構建學科競賽引領下的程序設計基礎課程實踐訓練組織體系，提升競賽成績的同時，有助于培養學生的綜合素質和創新創業能力。

關鍵詞：學科競賽；程序設計；教學改革；實踐教學

互聯網作為人類社會主要的信息基礎設施，蘊含著新的生產力和國防力，對經濟社會發展和國家安全發展具有戰略意義，網絡空間已經成為繼領土、領海和領空之外的“第四領土”。近年，隨著互聯網技術的迅猛發展，信息技術在當今社會中起著舉足輕重的作用，傳統的犯罪活動日益向互聯網轉移，新型網絡犯罪不斷出現，對社會的危害日益嚴重。公安院校作為培養公安隊伍人才的主陣地和主渠道，針對網絡安全領域開設了網絡安全與執法專業，該專業以計算機科學與技術、信息與通信工程、信息安全為理論支撐，以軟件開發技術、網絡攻防技術、網絡情報技術、計算機犯罪偵查取證技術和網絡監察技術為技術支撐，為公安機關網絡安全保衛部門培養“實戰能力強、發展后勁足”的高級應用型專業人才。為適應新時代公安工作對高素質人才隊伍建設的需求，各個公安院校都在積極開展不同形式的教學改革。學科競賽作為面向大學生的科技活動之一，正成為高校激發學生科學創新能力和技術能力的重要途徑，也為高校課程教學改革提供了清晰的方向。網絡安全系圍繞專業人才培養方案，在學科競賽項目引領下，對程序設計基礎課程教學內容、教學方法、實踐活動開展、考核評價體系等方面進行改革與實踐，以此提升教學團隊的專業素質和業務能力，幫助學生更好地掌握相關知識和技能，培養學生獨立思考和分析問題的能力。

一、現狀分析

程序設計基礎課程作為網絡安全與執法專業的基礎課程，是網絡攻防技術、網絡情報技術、計算機犯罪偵查取證技術和網絡監察技術等課程的先導課程，涉及數據處理、文件操作、圖形圖像編程、數據庫編程、網絡編程、逆向工程與軟件分析、科學計算可視化、密碼學等內容。在以往的教學實踐過程中，雖已強調以學生為中心，以培養學生的創造性思維和提升學生的實踐能力為課程目標，但由于缺乏系統的課程實踐訓練組織體系，課堂教學仍存在著教學方法單一、教學內容和實訓案例不能與時俱進、教學和行業實際應用脫節等問題，整體教學效果不理想。

二、教學改革目標與內容

學科競賽緊密結合行業實踐是整合課內外實踐教學知識的重要環節，也是檢驗人才培養質量的重要標尺。以競賽的方式將課堂教學內容和行業應用相結合，可以增強學生學習的自信心，培養學生解決實際問題的能力，這與程序設計基礎課程的教學目標是一致的。針對目前實踐教學過程中存在的問題，在學科競賽引領下，以課堂教學為主陣地，以課外活動和社團實踐活動為兩翼，對課程教學內容、教學方法、學科競賽活動開展、考核評價體系等方面進行改革，厘清學科競賽和課程教學之間的關系，構建課堂教學和課外活動一體化育人體系，提高課程教學質量，提升課程團隊成員的專業素質和業務能力。

（一）整合優化教學內容，強化理論基礎

基于程序設計類學科競賽需求，教學團隊深入行業應用一線調研，在所使用教材的基礎上，將課程內容和實驗實訓進行整合與優化，基于專業應用案例和學科競賽題目構建項目化的教學單元，將理論知識與實踐活動進行有機結合。教學內容突出程序設計的基本概念、思想與方法，以及所使用語言的特性及其核心思想，為學生營造一個良好的編程思維環境，使學生養成規范化編程的習慣，提高編程效率；科學設置實驗課程內容，通過實驗課程激發學生學習興趣，為解決問題提供實戰練習，提高學生編程實踐能力；加強軟件工程和計算機科學理論的學習，借助軟件工程開發工具對程序設計進行抽象建模，提升學生的科學思維水平。

（二）革新教學方法，突出學生主體地位

基于學習產出的OBE（Outcome based education）教育理念，打破了傳統的內容驅動模式，依據學生的專業培養方案和畢業需求，進行反向設計，以學生為中心，將理論知識與實踐活動有機融合。將問題驅動教學法PBL（Problem-Based Learning）、團隊合作學習法TBL（Team-Based Learning）、任務和項目驅動的教學法充分融進教學過程。以學科競賽和創新創業大賽為驅動，以學生為主體，指導教師和學生對競賽題目和項目共同進行研究、設計、實踐，讓學生在項目研究中深刻理解相關原理和掌握基礎知識，使學生從原來的被動接受轉變為主動參與，最大程度地發揮學生的主觀能動性，鍛煉和培養學生的動手實踐能力和創新創業能力。充分利用多媒體、社交媒體和在線平臺等新型教育手段，加強對學生學習過程的指導和監督。

（三）擴大學科競賽活動覆蓋面，增強學生自信心

ACM、藍橋杯、天梯賽等在全國范圍或國際范圍開展的程序設計大賽，所需要的知識儲備量比較大，對于剛入門程序設計的大多數學生來說，題目難度較大，部分學生會喪失參加競賽的自信心，不利于學科競賽在課程教學過程中的開展。為擴大學生參與學科競賽的覆蓋面，在校外程序設計大賽的基礎上，設置不同層次的校內競賽，教師通過深入開展行業及專業建設調研，了解行業和市場發展需求，聯系行業專家設置難易度適宜的校內競賽題目，構建校內競賽平臺，以循序漸進的方式培養學生參與學科競賽的自信心。同時，依托學院網站和微信公眾號平臺開展學科競賽宣傳活動，讓學生了解各類學科競賽的信息和通知，對參賽獲獎的學生及時進行表彰和報道，增強學生參與學科競賽的獲得感和自信心。

（四）改革教學評價方案，激發學生學習積極性

傳統的程序設計基礎課程教學考核方式一般采用平時成績（30%）+期末成績（70%）的方式。這種考核方式過于強調最終的期末成績，對學習的過程性考核重視不夠，考核內容也主要側重于對知識的識記能力，容易給學生造成平時不用努力學習，考試前突擊復習就能通過考試的錯誤引導，學生在學完一門課程之后，對所學知識的綜合應用能力較差。在課程改革中，為引導學生形成良好的學習習慣，對考核形式進行改革，將平時成績的比重提高到50%，利用學習通平臺、educoder、LeetCode等在線學習平臺完成平時作業、實驗實訓項目、學科競賽訓練活動的可視化過程性管理；期末測試不再采用傳統的試卷模式，改為項目匯報的模式開展，通過學生對項目需求分析、系統體系結構設計、系統實現、系統測試等方面的過程性表現綜合考核學生運用所學課程知識解決實際問題的能力。將教學中學生參與實踐問題的解決，課后參與教師科研項目，參與不同層次的學科競賽和創新創業大賽活動以及所獲得成績作為考核的一部分，給予適當的加分權重，使課程教學考核真正起到充當學生學習指揮棒的正向作用。

三、實施方案及成效

按照分階段、循序漸進的教學改革思路，課題組從構建學科競賽體系，優化課程教學設計，提升課程教師業務能力三個方面進行了教學改革與實踐。

（一）構建學科競賽體系

首先，根據程序設計類學科競賽的特點和步驟，制定競賽目標，以學生發展為核心，將競賽目標納入到課程教學內容中。其次，以競賽為引領，重新構建課堂教學模式，引導學生準確把握競賽規則，熟悉競賽要求，提高學習能力。同時，靈活結合課堂實踐活動，設計多樣化的競賽方案，鼓勵學生自主發掘問題、分析問題、解決問題，通過競賽活動提升學生參與競賽的能力。此外，搭建校內競賽系統，將學科競賽引領下的教學改革與學校管理有機結合起來，營造學科競賽引領下良好的課堂教學環境，建立適合學科競賽的管理制度，更好地完善競賽評估體系。最后，開發教學資源，建設學科競賽知識庫，及時調整教學內容，解決教學和行業應用脫節的問題，有針對性地完善競賽測評項目，以達到貫徹學科競賽理念、提升學生競賽能力的目標。

（二）優化課程教學設計

將課程改為線上線下混合式教學模式，融合網絡教學和傳統教學模式兩者的優勢，教學設計分為課前、課中和課后三個部分。課前以線上學習為主，以了解知識為目的。在超星學習通、中國大學MOOC（慕課）、嗶哩嗶哩等平臺選取與課程知識點相關的視頻和學習資料發送給學生進行課前預習，如程序開發中常見的錯誤和解決方式、循環的幾種使用方法的優缺點、Python讀取文件的多種方法應用場景等，引導學生課前查閱相關資料和實驗數據，主動發現問題，嘗試解決問題，培養學生自主學習的能力，提升學生分析問題和解決問題的能力。

課中以線下課堂教學為主，以知識內化為目標，精講精練，提升課堂教學效率。基于程序設計類學科競賽的需求，在以往所使用的教材基礎上，將學科競賽知識點和課程教學內容進行整合與優化，構建項目化和模塊化的教學單元，將理論與學科競賽知識點進行一體化融合。在以往的教學反饋中，學生在學習一項程序設計方面的新技術時，經常會產生這項技術具體有什么用途以及在什么情況下使用的疑問。對于這一問題，課堂教學中靈活采用任務驅動、翻轉課堂、分組討論等教學方法，從程序設計項目的具體開發步驟入手，引導學生進行探究式和互動式學習，將知識點進行串聯去解決實際應用的問題，鍛煉學生分析、表達、討論、總結問題的能力。

課后采用線上線下混合式教學模式，教師通過學習通、雨課堂、educoder、LeetCode平臺發布課后作業、實驗/實踐項目、科研課題。學生完成作業后上傳到在線平臺，教師在線進行批閱，如果學生學習中遇到困惑，可以通過微信、學習通與教師及時進行溝通。同時，引導學生關注學科前沿技術，查閱文獻了解行業相關動態，讓學生自主探索。此外，課后開展程序設計興趣小組學習活動，加大開放實驗室建設力度，為學生提供充足的實驗實訓場地保障，鼓勵學生參加各種學科競賽和指導教師的科研項目，培養學生的實踐技能。

（三）提升課程教師業務能力

教師是課程建設的主體，只有掌握先進的教學理念和前沿的學科技術，才能保障教學改革工作的有效開展。為此，課題組制定了教學團隊業務能力提升方案。課題組通過聽評課、集中研討和外出學習等方式，統一思想認識、統一課程標準，實現校外“同課高質”，校內“同課同質”；課題組教師參與學科競賽的賽前輔導工作，鉆研競賽項目，組織教師多次深入公安一線實戰單位和教學研究基地，了解網絡安全與執法人才培養和行業需求，豐富教學項目庫內容；課題組教師積極參加公開課和教學技能競賽，通過不斷磨課，提升教學技能。

近兩年，通過學科競賽驅動的課程教學改革，教學效果有了很大的提升。課題組所指導的程序設計興趣小組連續多年在“藍橋杯”全國軟件和信息技術專業人才大賽中榮獲佳績，累計獲得一等獎4次，二等獎7次，三等獎8次；在全國大數據技能競賽方面，獲得團體三等獎1次，優秀獎1次。競賽成績提升的同時，學生的綜合素質和創新創業能力也得到提高，系部的學風得到了很大提升，實現了以賽促學的目的。在完成教學任務的同時，課題組完成省部級科研項目1項，在研省部級項目1項，其他校級項目多項，團隊教師2022年獲得省教育系統教學技能競賽二等獎1項，2022年被學校評為重點培育教學團隊，實現了以賽促研和以賽促教的目的。

網絡空間已經成為繼領土、領海和領空之外的“第四領土”，網絡空間治理需要高素質的網絡安全人才。為提升網絡安全與執法專業人才培養質量，以學科競賽為引領，構建程序設計基礎課程教學體系，從教學內容、教學方法、實踐活動開展、考核評價體系等方面進行改革與實踐，解決教學和行業應用脫節的問題，使課程知識結構得到進一步優化，有助于培養學生的綜合素質和創新創業能力，可對其他工科專業課程的教學改革實踐起到一定的借鑒作用。

參考文獻：

[1]王平輝，裴紅斌，趙俊舟，等.網絡社會現代治理的挑戰與對策[J].中國科學院院刊，2022（12）.

[2]網絡犯罪新趨勢：犯罪產業鏈漸現[EB/OL].（2023-02-17）https：//www.spp.gov.cn/spp/llyj/202011/t20201103_483757.shtml.

[3]王威，張世星，張輝，等.學科競賽引領下網絡安全與執法專業教學改革與實踐[J].教育理論與實踐，2022（12）.

[4]鄭杰，竇益華，萬志國，等.基于學科競賽引領創新型人才培養的研究與實踐[J].輕工科技，2021（10）.

[5]劉有耀，蔣林，杜慧敏，等.工程應用型創新人才培養模式研究與實踐[J].高等工程教育研究，2015（5）.

[6]于廣，劉龍，鞠爾男，等.學科競賽引領下的創新實踐教學體系[J].實驗室科學，2022（5）.

[7]蘇靖，雍雅萍，高治國，等.以“新工科”建設為導向的“食品生物化學”課程PBL教學模式的探索[J].農產品加工，2022（2）.

[8]李瑞霞.學科競賽引領下的“醫學儀器設計原理”教學改革實踐[J].科技與創新，2020（19）.

[9]呂國英，李茹.學科競賽引領創新人才“三個三”教學改革模式探討[J].軟件導刊（教育技術），2016（11）.

責編：應 圖