彭源　田秀霞　張安勤　朱萍

摘要：針對目前C++程序設(shè)計教學(xué)中以講授為主，過于注重語法教學(xué)而忽略學(xué)生能力培養(yǎng)等弊端，提出一種基于ACM競賽的C++教學(xué)模式，通過將ACM競賽的理念、機(jī)制與教學(xué)過程緊密結(jié)合，有效地促進(jìn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題以及團(tuán)隊合作的能力，進(jìn)一步提升教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：ACM競賽；C++教學(xué)；教學(xué)改革

文章編號：1672-5913（2013）07-0070-04

中圖分類號：G642

1 背景

C++程序設(shè)計是計算機(jī)及相關(guān)專業(yè)為一年級大學(xué)生開設(shè)的基礎(chǔ)課程，主要講授通過編程解決問題，培養(yǎng)學(xué)生的動手編程能力和軟件設(shè)計的邏輯思維能力，為后繼課程打下基礎(chǔ)。

C++學(xué)習(xí)的思維方式與學(xué)生在前期教育階段培養(yǎng)出的思維方式有較大的不同。在長期的教學(xué)過程中，我們發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的講授型學(xué)習(xí)方式并不能起到很好的效果，主要表現(xiàn)在：學(xué)生掌握了C++語法的細(xì)節(jié)，但處理實際問題的能力較弱；偏重考試成績，動手能力欠缺；在教學(xué)過程中，不斷有學(xué)生因畏難、缺乏興趣、被動學(xué)習(xí)而掉隊；編程時，易陷入局部細(xì)節(jié)，不能從宏觀上把握程序的邏輯而導(dǎo)致思維受阻等。這反映出C++程序設(shè)計課程與常規(guī)的教學(xué)模式、考核方式有不適應(yīng)之處。

ACM/ICPC項目是由國際計算機(jī)協(xié)會主辦的，公認(rèn)為規(guī)模最大、最具影響力、水平最高的大學(xué)生國際級計算機(jī)類競賽。大賽倡導(dǎo)在壓力較大的情況下，發(fā)揮創(chuàng)造力和團(tuán)隊合作精神以解決競賽問題，展示分析問題和解決問題的能力。比賽對學(xué)生邏輯分析能力、策略制定和腦力等有極大的挑戰(zhàn)性。

該競賽的機(jī)制較為偏向?qū)C合能力的考核，這和學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)是一致的，因此我們將其模式和機(jī)制融合到教學(xué)中，對提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、動手能力、學(xué)習(xí)能力，改進(jìn)教學(xué)效果，改進(jìn)考核和評測標(biāo)準(zhǔn)等方面都起到了顯著的作用。近幾年，一些教師也在探索將ACM競賽與教學(xué)相結(jié)合。文獻(xiàn)[1]探討了如何將課程教學(xué)和ACM競賽相互促進(jìn)；文獻(xiàn)[2]從學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)效率、教學(xué)效率、學(xué)習(xí)能力、實踐能力和評價機(jī)制6個方面著手，探討如何與ACM競賽結(jié)合；文獻(xiàn)[3]以ACM競賽活動為有效載體，積極探索培養(yǎng)創(chuàng)新人才的新模式。本文主要從改進(jìn)教學(xué)目標(biāo)、更新教學(xué)組織形式、培養(yǎng)主動學(xué)習(xí)模式、改變考核機(jī)制等方面人手，探索如何引入ACM理念。教學(xué)實踐表明，基于ACM競賽的教學(xué)模式是合理有效的。

2 基于ACM競賽的教學(xué)模式

1）改進(jìn)教學(xué)目標(biāo)，采用以實例為主的C++教學(xué)模式，著重培養(yǎng)學(xué)生分析問題、抽象問題和解決問題的能力。

ACM競賽的題目以問題描述的形式出現(xiàn)，具有靈活性和多樣性，答案不是現(xiàn)成的或固定的，且解決問題的過程是一個擴(kuò)充現(xiàn)有知識和思路創(chuàng)新的過程。參與者需要經(jīng)歷理解問題、分析和查找資料、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計、算法設(shè)計和編程調(diào)試等環(huán)節(jié)。該方式能較好地調(diào)動參與者學(xué)習(xí)的主觀能動性，培養(yǎng)其宏觀思維，鍛煉其對實際問題抽象、總結(jié)、描述和解決的能力。

常規(guī)的C++教學(xué)方式，不管是在教學(xué)還是實踐環(huán)節(jié)，都過于注重細(xì)節(jié)、語法。教學(xué)目標(biāo)只在于能否熟練運用C++語言進(jìn)行程序設(shè)計，而忽略了內(nèi)在的思想和方法。我們以數(shù)組部分的一道上機(jī)實踐題目為例：編寫一個排序函數(shù)sort（），該函數(shù)實現(xiàn)將一個數(shù)組中的n個整型數(shù)據(jù)按升序排序。該排序函數(shù)有2個形參，一個是數(shù)組形參，一個是表示數(shù)組大小的整型形參。在主函數(shù)中調(diào)用編好的排序函數(shù)，并輸出排序后的數(shù)組數(shù)據(jù)?？梢钥吹?，該題目的需求非常明確，具體的功能要求羅列詳細(xì)，從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)到實現(xiàn)細(xì)節(jié)均有明確的說明，學(xué)生需要動腦筋的部分很少。從實際效果來看，這類題目只培養(yǎng)了學(xué)生實現(xiàn)編程過程的能力，而問題的分析和抽象能力并未得到培養(yǎng)。

但在現(xiàn)實的項目中，客戶能夠提供的往往是比較模糊的一些需求描述。這就要求程序員必須具備較強的分析、抽象和解決問題的能力。常規(guī)的教學(xué)方式不能完全覆蓋這些方面的鍛煉。傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，多數(shù)學(xué)生遇到生活中的實際問題需要編程解決時，仍不知如何去處理。

為此，我們引入ACM競賽的培養(yǎng)理念，更新教學(xué)目標(biāo)，不再以具體的C++語法及細(xì)節(jié)的講授為教學(xué)重點，而是采用問題驅(qū)動和案例式教學(xué)的模式。每個案例從引導(dǎo)學(xué)生分析需求開始，啟發(fā)學(xué)生思考，再抽象出合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，最終編程實現(xiàn)要求，從而加深學(xué)生的理解，培養(yǎng)正確的思維方式，提高其知識利用能力。具體的語法在案例講解中自然引入，學(xué)生對語法更完整的掌握過程，是在實踐過程中為解決問題而查閱教材、自然學(xué)習(xí)的過程。

與課堂實例授課方式相對應(yīng)，在課后，我們要求學(xué)生將實踐而非做題作為學(xué)習(xí)的主導(dǎo)，鼓勵學(xué)生解放自己的思維，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力。實踐題目以貼近實際為主，不規(guī)定細(xì)節(jié)，注重創(chuàng)新性。

實踐證明，采用案例的形式進(jìn)行講解分析，學(xué)生的分析問題和解決問題的能力有很大提高。在期末的課程設(shè)計中，與之前采用常規(guī)教學(xué)方式的學(xué)生相比，新的教學(xué)模式培養(yǎng)出的學(xué)生，能很自然的對課題做出需求描述并設(shè)計好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，再編程實現(xiàn)。

同時，與常規(guī)的教學(xué)方式相比，案例式的教學(xué)能較好的調(diào)動學(xué)生的積極性、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，使課堂的氣氛明顯活躍。課后以實踐為主導(dǎo)的學(xué)習(xí)模式也進(jìn)一步延伸了學(xué)習(xí)興趣，鞏固了教學(xué)效果。

2）更新教學(xué)組織形式，采用協(xié)作式學(xué)習(xí)模式。

協(xié)作式學(xué)習(xí)是通過小組或團(tuán)隊的形式組織學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)的一種策略。組內(nèi)成員共同學(xué)習(xí)、討論和解決問題，以達(dá)到教學(xué)的目標(biāo)。該模式的好處在于個人可以將其在學(xué)習(xí)過程中探索、發(fā)現(xiàn)的信息、資料和心得等與小組中的其他成員共享，甚至可以同其他組或全班同學(xué)共享。教師負(fù)責(zé)控制學(xué)習(xí)的組織和進(jìn)展，以保證學(xué)習(xí)目標(biāo)的實現(xiàn)效率和協(xié)作學(xué)習(xí)的效果。

在ACM競賽的賽制中，參賽者需以團(tuán)隊的形式參賽。每隊由3名隊員組成。他們要在規(guī)定的時間內(nèi)共同解決7～10個問題。我們將這種形式引入到C++程序設(shè)計教學(xué)的改革探索中，并根據(jù)教學(xué)的實際情況，做了相應(yīng)改進(jìn)。為了討論方便，小組主要按照寢室劃分，每組3～4人。上機(jī)實踐和課后競賽均以小組為單位的形式進(jìn)行，促進(jìn)個人獨立學(xué)習(xí)、小組共同研究和班級集體討論的有機(jī)結(jié)合，形成組內(nèi)合作、組間弱競爭的關(guān)系，實現(xiàn)學(xué)生與教師、學(xué)生與學(xué)生之間的互動。

組內(nèi)成員共同對問題進(jìn)行分析和討論。但對于個體，各成員均承擔(dān)一定的任務(wù)職責(zé)，如分別負(fù)責(zé)一部分的C++編程實現(xiàn)。個體的努力程度會直接影響到小組的成績，從而激發(fā)了個體的責(zé)任心，有效地克服了個別學(xué)生的畏難和偷懶情緒。對于小組，結(jié)果是由組內(nèi)各位成員共同實現(xiàn)的，最終的成績以小組為單位給出，因此學(xué)生的團(tuán)隊合作精神得以提倡。而組內(nèi)面對面的相互式促進(jìn)也使得每個人的學(xué)習(xí)收益最大化。組與組之間，以班級的形式共同討論，互相點評程序質(zhì)量、思路好壞，從而達(dá)到激發(fā)競爭力、相互學(xué)習(xí)的效果。

3）結(jié)合ACM競賽，培養(yǎng)主動式學(xué)習(xí)模式，激發(fā)興趣，建立競爭機(jī)制。

主動式學(xué)習(xí)模式是指在主體意識的指導(dǎo)下，通過行動實現(xiàn)預(yù)期的學(xué)習(xí)目標(biāo)。該模式強調(diào)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動學(xué)習(xí)。

在主動式學(xué)習(xí)模式下，教師的作用是著重于發(fā)揮學(xué)生主體地位的作用，調(diào)動學(xué)生的主觀能動性、激發(fā)學(xué)生的興趣，將學(xué)生以往的填鴨式學(xué)習(xí)和被動學(xué)習(xí)，轉(zhuǎn)化為興趣式驅(qū)動學(xué)習(xí)和主動學(xué)習(xí)。它可以幫助學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)的策略，并能讓學(xué)生靈活地、有創(chuàng)造性地運用此策略，實現(xiàn)從“學(xué)會”到“會學(xué)”的轉(zhuǎn)變。

愛因斯坦說過：“興趣是最好的老師”。人一旦對某事物有了興趣，就會主動地探索和實踐，并在此過程中產(chǎn)生愉快的情緒和體驗。因此主動式學(xué)習(xí)模式的關(guān)鍵在于激發(fā)學(xué)生的興趣。ACM競賽設(shè)計了完善的競爭機(jī)制，并采用Online Judge系統(tǒng)來進(jìn)行評定。該系統(tǒng)對用戶提交的程序在運行時間、內(nèi)存使用和安全等方面有著嚴(yán)格的限制，最終給出通過、答案錯誤、超時、超過輸出限制、超內(nèi)存、運行時錯誤、格式錯誤或無法編譯等各種狀態(tài)，并能返回程序使用的內(nèi)存、運行時間等信息，從而能較好地評判出程序的質(zhì)量。

我們將該系統(tǒng)引入到實驗教學(xué)中，通過此系統(tǒng)來評判學(xué)生編程的質(zhì)量，并設(shè)計了各種競爭和激勵機(jī)制，如：綜合排名、日冠軍、周冠軍等，給學(xué)習(xí)帶來了更多樂趣和挑戰(zhàn)，并將其與成績、各種計算機(jī)類競賽的參賽資格等掛鉤，激發(fā)學(xué)生的競爭意識，調(diào)動其學(xué)習(xí)欲望和主動性，從而形成你爭我趕的良性互動局面。

4）改變課程的考核和評價機(jī)制。

以往的考核方法是單一的，通常是期末試卷或者大作業(yè)的形式。試卷將學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)定位于做題，易導(dǎo)致高分低能，考核的重點也容易陷入對編程細(xì)節(jié)的考查而非整體思路的把握。大作業(yè)要求學(xué)生提交C++程序和報告，由教師按照一定的評判標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)代碼或書面報告給出成績，評判標(biāo)準(zhǔn)有局限性，學(xué)生也難以展示創(chuàng)新思想和觀點，容易雷同。另外考核多集中于期末，導(dǎo)致平時學(xué)生的重視程度不夠。

在新的教學(xué)模式中，考核方式采用多次的形式，按照每3周一個周期，一個學(xué)期共組織5次小組競賽，進(jìn)行打分和排名，并綜合每次的成績作為課程的最終成績。每次競賽針對本周期正在講授的知識點和之前的知識點，并具有一定的超前性，以促使學(xué)生主動學(xué)習(xí)。分周期進(jìn)行多次競賽可以綜合地考核學(xué)生的水平，避免了因某次發(fā)揮失常而導(dǎo)致的成績異常，又避免了大學(xué)中經(jīng)常見到的平時不努力，考前突擊死記硬背的現(xiàn)象。

每次考核結(jié)合ACM競賽所采用的Online Judge系統(tǒng)，將所學(xué)知識點與實際應(yīng)用結(jié)合放到在線系統(tǒng)上，并由系統(tǒng)給出得分作為本次成績的一部分；另一部分成績由演講報告獲得：以小組為單位闡述解決問題思路、演示C++程序并運行結(jié)果。該部分成績由全班和教師共同評判、討論決定，以激發(fā)學(xué)生的表現(xiàn)力和創(chuàng)造力。由2部分成績組成的考核設(shè)計既兼顧了程序質(zhì)量的考核，又可以讓學(xué)生的創(chuàng)新能力和思路得以充分的展示。

3 與傳統(tǒng)教學(xué)模式的對比

基于ACM理念的教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式如表1所示，主要改進(jìn)如下：教學(xué)目標(biāo)從只關(guān)注編程能力擴(kuò)展到對編程能力、分析問題能力、查找資料能和算法設(shè)計能力的培養(yǎng)；教學(xué)重點由側(cè)重對語法和規(guī)則的掌握轉(zhuǎn)移到側(cè)重對編程思路的掌握；改變以授課為主、實踐為輔的教學(xué)方式到以實踐為主、課堂實例講解為引導(dǎo)的方式；更新組織形式為協(xié)作學(xué)習(xí)、集體討論；根據(jù)新的教學(xué)模式的特點，以O(shè)nline Judge在線判題系統(tǒng)為輔助，多次考核、綜合評判成績。

4 結(jié)語

從我們對近兩屆學(xué)生的實施情況來看，多數(shù)同學(xué)學(xué)習(xí)模式從被動變?yōu)橹鲃?，以往生搬硬套例題程序、網(wǎng)上查找代碼的現(xiàn)象大大減少，取而代之的是主動查找資料、研究算法、互相討論并親自編程實現(xiàn)。實踐證明該教學(xué)模式是合理有效的，能夠更好地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更能滿足人才培養(yǎng)的要求。

今后我們將進(jìn)一步緊密結(jié)合ACM競賽的理念，在日常教學(xué)中不斷創(chuàng)新改革，以期達(dá)到更好的教學(xué)效果。

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（見習(xí)編輯：劉麗麗）