陳振邦，徐建軍，陳立前，沈 立

（國防科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，湖南長沙 410073）

0 引言

計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)能力是計(jì)算機(jī)相關(guān)本科專業(yè)培養(yǎng)的專業(yè)核心能力之一，也是計(jì)算思維能力的核心體現(xiàn)，如何使學(xué)生具備良好的程序設(shè)計(jì)能力是計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)需要解決的核心問題之一。程序設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)需要在基礎(chǔ)理論知識(shí)學(xué)習(xí)的同時(shí)結(jié)合大量編程實(shí)踐，以不斷提升學(xué)生的軟件系統(tǒng)構(gòu)建能力。因此，很多高校在開設(shè)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等課程后會(huì)再安排一門程序設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課，通過工程量相對(duì)較大的項(xiàng)目訓(xùn)練綜合提升學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力［1-2］。

國防科技大學(xué)的程序設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課是計(jì)算機(jī)學(xué)院各專業(yè)的基礎(chǔ)課，是計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)類課程的后續(xù)課程。課程的主要目的是通過一個(gè)較為真實(shí)的復(fù)雜工程問題，使學(xué)生完成系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)和編程實(shí)現(xiàn)，全面梳理學(xué)生學(xué)習(xí)的程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法知識(shí)，鞏固和提高其程序設(shè)計(jì)和系統(tǒng)能力，鍛煉學(xué)生獨(dú)立編程、從零開始編程以及系統(tǒng)級(jí)編程的能力，同時(shí)鍛煉其自學(xué)能力。該課程支撐計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程等專業(yè)學(xué)生達(dá)成具備計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)能力和程序設(shè)計(jì)能力的畢業(yè)要求。

程序設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程的目標(biāo)定位、任務(wù)選擇、組織實(shí)施、考核等對(duì)于教學(xué)效果有重要影響。一方面，課程任務(wù)需要能夠綜合復(fù)盤學(xué)生在之前所學(xué)的知識(shí)；另一方面，根據(jù)不同學(xué)校的學(xué)科背景和培養(yǎng)定位，課程任務(wù)需要能對(duì)學(xué)生進(jìn)行針對(duì)性程序設(shè)計(jì)鍛煉。在教學(xué)過程中，針對(duì)以上方面開展了3 年的改革和探索。

1 課程改革需求

具有系統(tǒng)觀的計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)是當(dāng)前關(guān)注的焦點(diǎn)［3-5］。系統(tǒng)能力是指具備計(jì)算系統(tǒng)層面的認(rèn)知和設(shè)計(jì)能力，主要包括系統(tǒng)軟硬件合理劃分能力、不同系統(tǒng)層次的抽象和封裝能力、整體系統(tǒng)性能的分析和調(diào)優(yōu)能力、各個(gè)系統(tǒng)層面的錯(cuò)誤調(diào)試和修復(fù)能力、程序的性能評(píng)估和優(yōu)化能力、面向具體應(yīng)用需求的系統(tǒng)構(gòu)建能力等［3-5］。國防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)對(duì)具備系統(tǒng)能力人才的需求由來已久，特別是在大系統(tǒng)（例如巨型機(jī)、CPU、操作系統(tǒng)等）的研制過程中，具備較強(qiáng)系統(tǒng)能力的人才非常關(guān)鍵。

系統(tǒng)能力要求學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整機(jī)概念和層次結(jié)構(gòu)具有較為深刻的理解和認(rèn)識(shí)，對(duì)高級(jí)語言、指令集架構(gòu)、編譯器、鏈接器、操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序等之間的關(guān)系具有較為深入的掌握，并且能深刻理解和權(quán)衡時(shí)空開銷、抽象和建模、并發(fā)和并行等概念，掌握現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最核心的技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方法［3-5］。

國防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)在程序設(shè)計(jì)課程中講授的是C 和C++語言，程序設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程則安排在大三。雖然之前的課程內(nèi)容中安排了一定的程序設(shè)計(jì)時(shí)間，例如采用C/C++開發(fā)一個(gè)圖形界面程序、采用Java 或Python 開發(fā)一個(gè)安卓應(yīng)用或游戲等［6］，但這些都是在應(yīng)用層面的編程實(shí)踐。雖然這些編程實(shí)踐具備一定的工程量，可以鍛煉學(xué)生的編程能力，但在學(xué)生系統(tǒng)能力、獨(dú)立編程能力、自主探索能力的培養(yǎng)上仍然沒有針對(duì)性，主要問題體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①由于過度依賴于開發(fā)環(huán)境，學(xué)生對(duì)于程序編譯、鏈接、執(zhí)行等方面的理解不深，同時(shí)在程序架構(gòu)設(shè)計(jì)、優(yōu)化、調(diào)試等方面的能力仍然較弱，具有全棧開發(fā)和優(yōu)化能力的學(xué)生更是少見；②當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)和開源技術(shù)高速發(fā)展，代碼資源非常豐富，在提升開發(fā)效率和軟件設(shè)計(jì)能力的同時(shí)，一定程度上減弱了學(xué)生從零開始設(shè)計(jì)、開發(fā)程序的能力，導(dǎo)致部分學(xué)生只能修改程序但不能自主從零開發(fā)程序，降低了其自主創(chuàng)新能力；③學(xué)生在自主學(xué)習(xí)探索方面存在不足，之前課程的大部分作業(yè)或?qū)嶒?yàn)可以通過上網(wǎng)搜索找到標(biāo)準(zhǔn)答案，如何體現(xiàn)復(fù)雜工程問題無標(biāo)準(zhǔn)解的特點(diǎn)是一個(gè)問題，如何調(diào)動(dòng)學(xué)生的課程學(xué)習(xí)積極性、激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣也是一個(gè)問題；④學(xué)生的獨(dú)立編程能力存在不足，特別是在規(guī)模稍大的軟件開發(fā)實(shí)驗(yàn)上，通常是多人一組，存在“摸魚”現(xiàn)象；然而，一人一組的模式對(duì)課程的驗(yàn)收和過程控制也會(huì)帶來挑戰(zhàn)，如何較為公平和高效地對(duì)學(xué)生編寫的代碼作出評(píng)測(cè)是急需解決的問題。

2 課程設(shè)計(jì)

在上述教學(xué)需求的驅(qū)動(dòng)下，以提升系統(tǒng)能力為目標(biāo)，在程序設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程方面開展了一系列改革，設(shè)計(jì)了基于匯編程序解釋器的課程任務(wù)，以下分別從課程目標(biāo)，任務(wù)設(shè)置、組織與要求及其他教學(xué)措施等方面闡述該門課程的設(shè)計(jì)及相應(yīng)思考。

2.1 課程對(duì)象與目標(biāo)

程序設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生大三上學(xué)期的專業(yè)基礎(chǔ)課，參與課程學(xué)習(xí)的為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程、信息安全、物聯(lián)網(wǎng)等專業(yè)的學(xué)生，之前已經(jīng)學(xué)習(xí)了計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)（C 和C++）、離散數(shù)學(xué)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)原理等專業(yè)課。同時(shí)，所有學(xué)生會(huì)在同一個(gè)學(xué)期學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)，部分學(xué)生會(huì)學(xué)習(xí)編譯原理。該課程的主要目標(biāo)是通過一個(gè)復(fù)雜工程問題鍛煉并提升學(xué)生使用C/C++語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的能力，對(duì)一定規(guī)模軟件系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)、編程實(shí)現(xiàn)以及測(cè)試、調(diào)試的能力，系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與調(diào)試能力，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及算法設(shè)計(jì)能力，進(jìn)而整體提升學(xué)生的系統(tǒng)能力。

2.2 課程任務(wù)

課程的基本任務(wù)是使用C/C++語言設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單MIPS 指令集［7］匯編程序的解釋器。解釋器的輸入為一個(gè)簡(jiǎn)單MIPS 指令集匯編程序及初始的內(nèi)存文件（可選），輸出為包含程序中輸出指令與輸出內(nèi)容的文件。MIPS 指令集廣泛用于計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的教學(xué)中［7］，選擇該指令集也是考慮到學(xué)生在大二下學(xué)期剛學(xué)習(xí)完計(jì)算機(jī)原理課程，對(duì)指令集、匯編等相關(guān)概念比較熟悉。

課程使用的指令集為一個(gè)32 位的Load/Store 指令集，主要包括內(nèi)存操作指令、I 型指令、R 型指令以及J 型指令4種，其中I 型指令為立即數(shù)指令，R 型指令為寄存器操作指令，J 型指令為跳轉(zhuǎn)指令。指令集中有32 個(gè)32 位寄存器，其中第一個(gè)寄存器R0的值永遠(yuǎn)是0，并且禁止被修改。指令集中包含算術(shù)與位運(yùn)算指令、移位指令、測(cè)試指令以及跳轉(zhuǎn)指令。圖1 給出了課程中使用的指令集語言文法（起始非終結(jié)符為P）及一個(gè)示例程序，其中IMM 和LABEL 分別為一個(gè)整數(shù)和一個(gè)標(biāo)識(shí)符，為了簡(jiǎn)潔省略了其定義。

Fig.1 Syntax of a simple MIPS assembly language and an example program圖1 簡(jiǎn)單MIPS 指令匯編語言語法與示例程序

指令集語言是一個(gè)類匯編的語言，例如圖1 中的示例程序?yàn)橛?jì)算0～100的和并輸出。該課程對(duì)學(xué)生實(shí)現(xiàn)的解釋器程序的輸入與輸出均作出了要求，要求通過命令行的-i、-m 和-o 輸入?yún)?shù)分別指定輸入的匯編源程序文件、初始內(nèi)存狀態(tài)文件以及輸出文件，在提升學(xué)生對(duì)于程序命令行輸入?yún)?shù)理解的同時(shí)，也有利于課程開展自動(dòng)評(píng)測(cè)。因此，學(xué)生在熟悉指令語言的基礎(chǔ)上需要實(shí)現(xiàn)以下基本功能：①匯編源程序文件、初始內(nèi)存狀態(tài)文件的讀入和解析，同時(shí)還包括匯編指令及內(nèi)存在解釋器中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示；②指令的解釋執(zhí)行，包括寄存器模擬、指令模擬執(zhí)行以及信息文件輸出。

課程任務(wù)的基本要求是解釋器能夠正確支持語言中所有指令的解釋執(zhí)行。同時(shí)，為了體現(xiàn)差異并進(jìn)一步提升學(xué)生的算法設(shè)計(jì)及程序優(yōu)化能力，課程設(shè)置了兩個(gè)固定的高級(jí)優(yōu)化任務(wù)：一是基于數(shù)據(jù)流和控制流的指令切片；二是基于并行分析的指令并發(fā)解釋執(zhí)行。此外，學(xué)生也可自由選擇其他任務(wù)，例如浮點(diǎn)指令的支持、面向高級(jí)語言的MIPS 指令翻譯、執(zhí)行效率提升機(jī)制解釋等。

課程要求程序編譯和運(yùn)行的操作系統(tǒng)平臺(tái)為64 位的Ubuntu 14.04，編譯器為GCC 4.8，并使用GNU Make 作為編譯系統(tǒng)。要求學(xué)生自學(xué)Linux 平臺(tái)的基本命令行操作、GCC編譯器的基本使用以及GNU Make的使用方法，并親自編譯程序的Makefile 文件，以加深對(duì)程序編譯、鏈接過程的理解。表1 給出了課程任務(wù)內(nèi)容與系統(tǒng)能力要素培養(yǎng)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

Table 1 Correspondence between the main tasks specified by the course and the elements of system development ability表1 課程指定主要任務(wù)與系統(tǒng)能力培養(yǎng)要素之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系

2.3 課程組織與評(píng)分規(guī)則

課程總計(jì)40 學(xué)時(shí)，在第一次課上給出課程任務(wù)需求并介紹簡(jiǎn)單MIPS 指令集匯編語言，然后將課程分為3 個(gè)階段。表2 給出了每個(gè)階段的主要任務(wù)、目標(biāo)、時(shí)間安排和評(píng)分要求，同時(shí)要求每個(gè)學(xué)生獨(dú)立完成課程任務(wù)。

Table 2 Three course stages of the curriculum表2 課程的3 個(gè)階段

第一階段只需要完成文件的讀入及解析，因此該階段要求將解析后的指令程序及內(nèi)存信息按照固定格式輸出到結(jié)果文件（-o 參數(shù)指定的文件）中，然后根據(jù)文件內(nèi)容判斷測(cè)試用例是否通過。第一階段和第二階段會(huì)給學(xué)生一些測(cè)試用例用于本地測(cè)試，這些測(cè)試用例會(huì)涵蓋所有指令，同時(shí)在規(guī)模和程序功能上具有一定的差異性，但這些測(cè)試用例與每個(gè)階段用于評(píng)測(cè)的測(cè)試用例沒有交集。第三階段的最后3 個(gè)測(cè)試用例是專門針對(duì)指定高級(jí)優(yōu)化設(shè)計(jì)的，這些用例會(huì)保證如果沒有進(jìn)行指令切片或并行執(zhí)行的優(yōu)化，將不能在限定時(shí)間內(nèi)得到結(jié)果。

課程基礎(chǔ)成績?cè)u(píng)分規(guī)則為：完成第三階段的基本要求（通過第三階段的前7 個(gè)測(cè)試用例和第二階段的10 個(gè)測(cè)試用例）后的得分至少為65 分，否則視為課程掛科；然后對(duì)所有滿足基本要求的作業(yè)，在第三階段的10 個(gè)測(cè)試用例上根據(jù)性能（執(zhí)行時(shí)間）進(jìn)行排序，這個(gè)排序會(huì)保證最后3 個(gè)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)的測(cè)試用例權(quán)重較高，通過最后3 個(gè)任一測(cè)試用例的作業(yè)一定比3 個(gè)都沒通過的作業(yè)排名靠前，最后3個(gè)測(cè)試用例的權(quán)重一樣，前7 個(gè)測(cè)試用例的權(quán)重也一樣；最后，在對(duì)通過基本要求的作業(yè)進(jìn)行性能排名的基礎(chǔ)上給出基礎(chǔ)成績，在95 分（排名第1）到65 分（最后1 名）之間根據(jù)排名均勻分布。在基礎(chǔ)成績之上，結(jié)合前兩個(gè)階段的歷史扣分情況、作品創(chuàng)新性（如其他性能增強(qiáng)方法、浮點(diǎn)指令支持等）、分享活躍度、提交時(shí)間等方面綜合給出學(xué)生的最終成績。

2.4 其他教學(xué)措施

2.4.1 自動(dòng)評(píng)測(cè)平臺(tái)

根據(jù)課程的任務(wù)內(nèi)容和評(píng)分規(guī)則，學(xué)生需要及時(shí)獲取所開發(fā)的作品是否通過測(cè)試用例以及具體排名信息。為此，課程構(gòu)建了自動(dòng)化作品評(píng)測(cè)平臺(tái)，學(xué)生可以在每個(gè)階段于評(píng)測(cè)平臺(tái)上傳作品，該平臺(tái)會(huì)自動(dòng)編譯、測(cè)試作品，然后將測(cè)試結(jié)果（例如哪些測(cè)試用例通過、哪些沒有通過）反饋給學(xué)生，同時(shí)在第三階段還可以實(shí)時(shí)給出學(xué)生作品的排名。自動(dòng)化評(píng)測(cè)平臺(tái)可有效提高課程評(píng)測(cè)效率，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

2.4.2 指令模擬實(shí)現(xiàn)的缺陷定位輔助

解釋器程序的調(diào)試比較困難，主要體現(xiàn)為程序中的缺陷難以定位。同時(shí)，由于第二、三階段評(píng)測(cè)使用的測(cè)試用例與用于本地測(cè)試的測(cè)試用例不同，可能會(huì)存在本地測(cè)試用例通過但在評(píng)測(cè)平臺(tái)不通過的問題。為此，筆者為本地調(diào)試提供了參考實(shí)現(xiàn)的可執(zhí)行程序，用于指令模擬實(shí)現(xiàn)中的缺陷定位。缺陷定位的主要思路為通過差異測(cè)試定位可能導(dǎo)致的指令失效。參考實(shí)現(xiàn)可以將測(cè)試用例中指令程序每執(zhí)行一條指令后的寄存器狀態(tài)以及執(zhí)行的指令輸出，學(xué)生也可以在自己作品中實(shí)現(xiàn)相同格式的寄存器狀態(tài)和指令輸出，然后比較參考實(shí)現(xiàn)和自己作品的輸出差異，第一個(gè)不一樣的狀態(tài)及指令就可能是導(dǎo)致缺陷的原因。此外，自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)上也提供了相同的在線缺陷定位功能，為學(xué)生在無法獲得測(cè)試用例情況下的缺陷定位提供一定輔助。

2.4.3 作品查重

為了杜絕抄襲現(xiàn)象，在每個(gè)階段驗(yàn)收后會(huì)使用JPlag 工具［8］對(duì)所有作品進(jìn)行查重。JPlag 工具是Java 實(shí)現(xiàn)的代碼相似度評(píng)估工具，支持C、C++、Java 等語言程序的相似度分析。在前兩個(gè)階段，查重的規(guī)則是所有作品兩兩查重，然后每個(gè)作品的相似度是其與所有其他學(xué)生作品的相似度之和。查重結(jié)果會(huì)以相似度矩陣的形式公布給學(xué)生，老師通過作品相似度進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，在前面兩個(gè)階段被認(rèn)定為抄襲的學(xué)生直接掛科，課程任務(wù)提前終止。在第三階段，除了開展前面兩個(gè)階段的查重，還會(huì)與往年通過課程考核的所有作品進(jìn)行查重。查重功能也集成到了自動(dòng)評(píng)測(cè)平臺(tái)。

2.4.4 課程資源與經(jīng)驗(yàn)分享

課程先后使用確實(shí)（Trustie）平臺(tái)和頭歌（Educoder）平臺(tái)作為在線課程平臺(tái)，用于課程資源的發(fā)布和學(xué)科管理，包括發(fā)布課程任務(wù)的文檔、膠片，管理學(xué)生信息、學(xué)生最終提交的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)文檔等。此外，為了促進(jìn)學(xué)生之間的交流，激發(fā)其學(xué)習(xí)熱情，課程先后使用Trustie 平臺(tái)和知士薈（LearnerHub）平臺(tái)鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)貼交流程序開發(fā)過程中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，并且會(huì)在最終課程成績中綜合考慮發(fā)帖情況。

2.4.5 文檔與代碼提交

設(shè)計(jì)開發(fā)文檔的撰寫能力也是軟件開發(fā)能力的一部分。為了提升學(xué)生的文檔撰寫和文字表達(dá)能力，在第三階段結(jié)束后，要求每個(gè)學(xué)生提交一個(gè)課程任務(wù)總結(jié)報(bào)告，在報(bào)告中詳細(xì)描述課程任務(wù)開發(fā)過程中的架構(gòu)和算法設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)、關(guān)鍵代碼片段、課程收獲和感悟等，最終課程成績中會(huì)綜合考慮文檔質(zhì)量。在代碼方面，學(xué)生最終的代碼作品以第三階段在評(píng)測(cè)平臺(tái)上提交的代碼為準(zhǔn)。

3 實(shí)踐效果

從多個(gè)方面闡述課程3 年改革實(shí)踐的效果。第一年，考慮到是課程改革初期，同時(shí)評(píng)測(cè)平臺(tái)也是剛開始構(gòu)建，需要評(píng)測(cè)服務(wù)器的性能，課程采取2 人1 組，一共50 個(gè)組99名學(xué)生（有一組是1 個(gè)學(xué)生）；第二年，采取1 人1 組，一共110 名學(xué)生；第三年也是1 人1 組，一共80 名學(xué)生。

3.1 成績趨勢(shì)

圖2 給出了3 年課程改革的成績統(tǒng)計(jì)情況，平均成績分別為75.4、72.1 和75.9 分，課程通過率分別為98%（49/50）、79%（87/110）、97.5%（78/80）。分析其原因，第1 年是2人一組，存在“摸魚”現(xiàn)象（從學(xué)生后續(xù)的課程反饋中也印證了這一點(diǎn)）；第2 年1 人1 組后，通過率和平均分有所下降；第3 年在1 人1 組的情況下，通過率和平均成績回升到與第一年相當(dāng)?shù)乃健４送?，? 年有26 個(gè)組至少通過1個(gè)第三階段中3 個(gè)針對(duì)程序優(yōu)化的測(cè)試用例，有5 組3 個(gè)全部通過；第二年分別為22 和1；第三年分別為27 和7。這些統(tǒng)計(jì)結(jié)果證實(shí)了課程改革的成效。

3.2 代碼規(guī)模

圖3 給出了3 年來課程提交代碼規(guī)模的統(tǒng)計(jì)信息，每年的平均代碼規(guī)模均為750 左右。雖然平均代碼行數(shù)不多，但都是從零開始編寫，設(shè)計(jì)和調(diào)試的工作量比較大。通過平時(shí)學(xué)生反饋可知，大部分小組在完成課程任務(wù)的過程中都對(duì)代碼進(jìn)行了多次重構(gòu)。同時(shí)，可以觀察到第二年平均代碼量相比第一年有所下降，原因與之前課程平均成績下降的原因一致。第3 年的平均代碼量相比前2 年有所提升，同時(shí)大于1 000 行代碼作品的數(shù)量（19 個(gè)）和比例（23.7%）也最高，這些結(jié)果證實(shí)了課程改革的有效性。

Fig.2 Course grade statistics圖2 課程成績統(tǒng)計(jì)

Fig.3 Source code lines statistics圖3 作品代碼規(guī)模統(tǒng)計(jì)

3.3 提交次數(shù)

圖4 給出了作品提交次數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，橫軸為提交次數(shù)，縱軸為時(shí)間。第1 年和第2 年的平均提交次數(shù)接近，均為23 次左右，第3 年的平均提交次數(shù)為64 次。原因是第1年課程改革伊始，考慮到評(píng)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及服務(wù)器性能，作品評(píng)測(cè)設(shè)置的是每45min 一次，導(dǎo)致學(xué)生平均提交次數(shù)偏低。之后兩年學(xué)生在上傳作品后可以馬上進(jìn)行測(cè)試，但第二年由于是首次1 人1 組，課程要求對(duì)部分學(xué)生有一定難度，存在部分學(xué)生放棄的現(xiàn)象，提交小于5 次的有25組，因此整體拉低了平均提交次數(shù)，但有學(xué)生最高提交了303 次。提交次數(shù)整體趨勢(shì)基本與課程成績一致。

3.4 學(xué)生反饋

課程成績公布以后，要求學(xué)生在評(píng)測(cè)平臺(tái)上給出對(duì)課程的反饋與建議，部分學(xué)生沒有反饋。圖5 是根據(jù)學(xué)生的反饋信息人為分類后得到的結(jié)果，其中“無法判斷”是指學(xué)生在反饋與建議中沒有提及自身收獲方面的情況，因此無法判斷。3 年的課程改革過程中，學(xué)生明確表示有收獲的比例分別為80.3%（37/46）、70.3%（61/87）、57.3%（43/75）。從2 人1 組切換到1 人1 組后，學(xué)生反饋有收獲的比例降低，也符合預(yù)期。此外，3 年中每年都有1 組反饋沒有收獲，其中前2 年的原因是認(rèn)為課程任務(wù)難度和工作量大，希望后續(xù)老師能提供更多幫助，第3 年的1 組是覺得任務(wù)偏簡(jiǎn)單。

Fig.4 Statistics of the number of submissions圖4 作品提交次數(shù)統(tǒng)計(jì)

Fig.5 Student feedback statistics圖5 學(xué)生反饋統(tǒng)計(jì)

在課程改革過程中，根據(jù)學(xué)生的反饋、經(jīng)驗(yàn)分享以及平時(shí)的答疑情況，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)能力方面得到了較好鍛煉，具體包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與選擇、C/C++程序中的內(nèi)存操作、GCC 中編譯優(yōu)化的使用、文件讀寫與解析、優(yōu)化算法設(shè)計(jì)、代碼調(diào)試與優(yōu)化等多個(gè)方面，這些都與系統(tǒng)能力培養(yǎng)直接相關(guān)。此外，學(xué)生普遍反映自身自主探索、獨(dú)立編程能力得到了提升。在資源分享平臺(tái)，學(xué)生自發(fā)分享的設(shè)計(jì)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)帖子有70 個(gè)，內(nèi)容涉及到上述各個(gè)方面。這些經(jīng)驗(yàn)分享在幫助后續(xù)學(xué)生開發(fā)程序的同時(shí)，也為課程任務(wù)的更新提出了挑戰(zhàn)，一些面向高級(jí)功能需求的開發(fā)任務(wù)與編譯原理（解析、面向高級(jí)語言的代碼生成）、操作系統(tǒng)（基于多線程的并行執(zhí)行）課程也形成了聯(lián)動(dòng)。此外，課程評(píng)測(cè)平臺(tái)的功能和性能也在不斷迭代優(yōu)化，例如在第二年加入了自動(dòng)缺陷定位功能，同時(shí)開發(fā)了Java 版本的解釋器參考原型以及基于隨機(jī)測(cè)試的匯編程序隨機(jī)生成工具，用于輔助各個(gè)階段的測(cè)試用例設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語

針對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生系統(tǒng)能力培養(yǎng)的問題與挑戰(zhàn)，對(duì)程序設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程進(jìn)行了改革實(shí)踐，設(shè)計(jì)了基于簡(jiǎn)單MIPS 指令集匯編程序解釋器的課程任務(wù)以及基于3 個(gè)階段的課程組織形式；開發(fā)了支撐課程開展的自動(dòng)評(píng)測(cè)平臺(tái)，通過自動(dòng)評(píng)測(cè)、差異測(cè)試、自動(dòng)查重、自動(dòng)缺陷定位等手段，不斷提升課程質(zhì)量和實(shí)驗(yàn)效果，在學(xué)生系統(tǒng)能力培養(yǎng)方面取得了不錯(cuò)效果。

在后續(xù)深入推進(jìn)教學(xué)改革的過程中，將從以下幾個(gè)方面作出改進(jìn)：①課程任務(wù)的進(jìn)一步擴(kuò)展和優(yōu)化，包括引入其他經(jīng)典的復(fù)雜工程問題或具有特定時(shí)代背景的問題，例如SAT 求解器和無人系統(tǒng)開發(fā)，同時(shí)設(shè)計(jì)更多指定優(yōu)化任務(wù)；②進(jìn)一步完善自動(dòng)評(píng)測(cè)平臺(tái)的性能，為其他課程提供支撐；③針對(duì)后期有部分學(xué)生通過在作品中注入無效代碼以通過查重的現(xiàn)象，優(yōu)化查重功能，提升查重精度。