程序设计类课程“三阶段”教学改革研究

王晓芳 向军 谭明佳

摘 要：本研究基于民族高校理工科专业学生程序设计类课程实践动手能力较弱、学习效果差等实际情况，提出参照ACM竞赛方式教学和对程序设计类课程分三阶段教学改革的观点，以此改善学生编程代码规模不够、院校考核要求及方法不科学等问题，并通过实践取得了较好的教学效果，具有在同类高校推广的价值。

关键词：程序设计;竞赛;教学改革

2018年6月在新时代全国高等学校本科教育工作会议上，时任教育部部长陈宝生明确要求，对大学生要合理“增负”，提升大学生的学业挑战度，激发学生的学习动力和兴趣，改变本科教育轻松就能毕业的情况。程序设计类课程是信息类专业十分重要的学科基础课程，但是目前该类课程学习压力并不大，学生相对容易毕业。民族高校学生大多数来自偏远地区，学生的编程实践动手能力较弱。对于民族高校的信息类专业来说，无论是根据教育部的最新要求，还是分析近年毕业生人才培养质量和实际就业情况，都需要进行教学体系改革。

一、教学改革的必要性

以研究团队所在的湖北民族大学为例，分析学校所有信息类专业的程序设计类课程教学实际情况，发现存在以下问题：学生编程代码规模不够，练习偏少，编程基础不够扎实，实践动手能力不强;学生学习编程兴趣不高，学习动力不足，考试压力较小;课程考核方式不科学，依然采用传统纸质试卷方式，侧重理论知识的考核，忽视了对学生动手能力和解决实际问题能力的考核，课程考核应用性不强。研究团队通过对国内其他高校的调查研究，发现很多高校的程序设计类课程也在进行改革，但多采用MOOC教学方式或仅仅改革考核方式。而研究团队采用的改革方案与上述高校有很大不同，首先是基于ACM竞赛模式开发出在线OJ（Online Judge）系统，然后通过该系统进行在线考试、在线实验、在线作业、在线答疑等教学过程。此改革成果具有在同类高校推广的价值。

二、教学改革方案

（一）教学改革内容

项目研究对象为信息类专业的程序设计类课程，从参与改革的专业分布及改革进程来分析，改革专业主要包括试点阶段的计算机类专业、推广阶段的电气电子类专业、应用阶段的其他理工科专业。项目具体研究内容主要包括以下几个方面：改革课程教学体系、教学目标、教学内容的研究与设计，改革课程考核方式、评价体系的制定，线上系统开发与维护相关工作，防止作弊的技术方案与实施，改革课程线上系统题库的维护、更新，线下理论课微课视频的录制。

（二）教学改革方法

1.利用在线OJ系统改革教学过程、考核方式

利用在线OJ系统改革教学过程和考核方式是本项目改革的主要内容。研究团队开发出类似于ACM竞赛的在线OJ系统，该系统可以提供在线考试、在线实验、在线做题等教学过程。在线OJ系统能实现对做题结果自动判定，具备防作弊、可追踪、可溯源功能，还可以根据学生做题情况实时对成绩进行排序，支持后台维护，系统服务器可以24小时开放。学生可以在任何时间通过系统来做题，并且在做题时要完成程序编写、编译、正确运行才能得分，所以在线OJ系统更加侧重应用，注重学生程序设计动手能力的训练。

2.线上答疑与核心单元微课视频辅助教学法

教学改革采用线上答疑的辅助教学法，在在线OJ系统上开辟答疑板块，对学生课程学习中出现的共性问题在系统上进行详细解答。研究团队还将课程的核心知识单元讲解录制成微课存放在系统上，以便学生学习时根据需要自行访问。

3.采用试点、应用、逐步推广的教学改革方法

第一阶段进行试点，试点专业主要是计算机科学与技术、数字媒体技术、信息安全、信息与计算科学四个专业，这个阶段是本项目重点实施的过程;第二阶段，将第一阶段的改革方法应用到信息工程学院的其他专业;第三阶段，向教務处、信息工程学院申请，将改革成果推广到全校所有程序设计类课程，主要包括C语言、Python、Java语言等公共课。这种采用试点、应用、逐步推广的“三阶段”教学改革方法，风险较小，成功率更高。

三、教学改革效果

通过分析参与试点改革的计算机科学与技术、数字媒体技术、信息安全三个专业的相关数据可知，此次教学改革取得了良好的阶段性成果。

（一）学生学习氛围变得更好，学习编程兴趣更加浓厚

改革课程在大一第一学期开始，让学生进校就能感觉到大学教学方法与高中的差异性，使其意识到大学更强调实践动手能力和课下学习主动性的培养。在线OJ系统无论是考试还是平时的实验或作业，都会进行排名，此排名对学生有一定的促进作用，能提升学生解题成功的成就感和编写程序的兴趣。根据在线OJ系统数据反馈，在每个教学班，班级成绩排名前10%～15%的学生起到引领作用，这部分学生基本上能独立完成所有实验或作业题目，考试为满分;班级成绩排名前40%的学生，编程兴趣浓厚，能独立完成绝大部分题目，考试可以获得优良以上;班级成绩排名前60%的学生，能独立完成大部分题目，考试时可以获得中等及良好以上;班级成绩排名前90%的学生，掌握了课程的核心知识，考核能合格;班级剩下的10%的学生，编程基础较差，学习投入不够，一般最多能完成考试的1～2道题，个别学生甚至为0分。总体来说，教学改革形成了良好的学习氛围，学生学习编程的兴趣更加浓厚，实验课堂上很少有学生做与实验无关的事情。

（二）学生编程及实践动手能力有较大提高

通过课程改革，每个学生若能完成课程安排的所有任务，计算机类专业的学生至少一门课程可以达到5000行的编程规模。信息工程学院从三个专业的新生中选出40名学生加入创新中心，作为创新创业试点班学员，实行导师和学生双向选择。2018年春季学期，信息工程学院和创新中心选派2017级部分创新创业试点班学员参加校内外竞赛，都取得了较好的成绩，其编程能力超过前两届的整体水平。以2018年“蓝桥杯”省赛为例，信息工程学院选派9名数字媒体技术专业学生参赛，获得二等奖3项、三等奖2项，获奖比例超过50%。在校内竞赛中，信息工程学院参与课程改革的学生也都取得了较好的成绩，相比往年均有较大进步。

（三）学生重修压力更大，学习动力增强

在教学改革实施后，学生作弊空间很小，作弊方式有迹可循。此外，学生重修的话依然是这种教学方式和考试方式，若学生第一轮学习不认真，想在后面重修中投机取巧通过考试基本上是不可能的。所以，改革后学生只有两条路：认真学习课程知识，独立完成实验及作业，通过课程考核;抱有作弊幻想，多次重修都不能通过考试，严重的甚至肄业或退学。学习重修压力大，学生必然会主动加强学习。

（四）丰富了学生课外学习内容，弥补了学生课外学习时间不足问题

在线OJ系统可以24小时运行，并且可以自动评判学生提交作业的对错，检查作业的重复率，避免学生抄袭。学生课堂上的学习兴趣提高了，课外又可以自行在在线OJ系统上做题。在线OJ系统为学生课外學习提供了平台和内容，弥补了学生课外学习时间不足的问题，也有利于对学生的管理和促进班风学风好转，形成良性循环。

改革课程的首任教师工作量巨大，工作内容主要包括：系统题库维护、测试数据准备、课程其他资料收集等。改革课程工作量大，教师投入大，但学校暂未制定配套的工作量绩效，教师投入积极性还有待提高。改革课程需要有连续性，为达到最好的改革效果，建议计算机类专业前四个学期中的所有程序设计类课程都进行相应改革，但这样需要更多愿意投身改革的教师参加。改革课程教学过程中，学生的诚信教育需贯穿于教学全过程。课程改革后，学生作弊空间很小，若学生不改变学习态度，认识不到问题的严重性，重修概率非常大。课程改革还需与更多平台结合才会取得更好的改革效果，如ACM竞赛、CCF的CSP考试等，但开展这种合作需要学校和学院相关部门的大力支持。

参考文献：

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[5]张先伟，曲志坚，张立红，等.程序设计能力培养体系建设与实践[J].计算机教育，2019（9）.

[6]尹存燕，刘奇志，陈家骏.激发学生编程兴趣的程序设计实验教学实践[J].计算机教育，2018（3）.

责编：应 图

基金项目：湖北省教学改革研究项目（编号：2018386）;国家自然科学基金（编号：61362012）

作者简介：王晓芳（1983— ），女，湖北民族大学信息工程学院讲师，研究方向为信息检测;向军（1978— ），男，湖北民族大学信息工程学院副教授、研究生导师，研究方向为数据库优化、软件测试;谭明佳（1966— ），男，湖北民族大学信息工程学院副教授，研究方向为算法分析与设计。