清華實踐教學(xué)“賽課結(jié)合”新思路

王　宏　吳文虎

在信息技術(shù)飛速發(fā)展的今天，如何改革傳統(tǒng)的教育教學(xué)理念與方法，將理論與實踐有機(jī)結(jié)合，有效推進(jìn)素質(zhì)教育和高水平人才培養(yǎng)，是新時期計算機(jī)教育面臨的新課題。本文根據(jù)作者多年來在信息學(xué)奧林匹克競賽以及相關(guān)競賽技術(shù)組織與培訓(xùn)方面的經(jīng)驗，結(jié)合在清華大學(xué)計算機(jī)系的實踐與嘗試，從一個側(cè)面總結(jié)摸索出一些初見成效的具體做法。其主要內(nèi)容是鼓勵學(xué)生在掌握課堂教學(xué)內(nèi)容的同時，積極參與各類重大賽事，并通過參賽，開拓學(xué)生的視野，因材施教，增強(qiáng)團(tuán)隊合作意識，促進(jìn)創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)。文中對這種賽課結(jié)合方式的核心內(nèi)容和鮮明特色作了初步的總結(jié)和歸納，并介紹了作者在探索過程中的部分思考和體會。

清華大學(xué)在人才培養(yǎng)方面，一貫倡導(dǎo)學(xué)生在掌握扎實的基礎(chǔ)理論的前提下，注重強(qiáng)調(diào)學(xué)生分析問題與解決問題的能力培養(yǎng)，實踐動手能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在學(xué)生課程負(fù)擔(dān)較重的情況下，如何進(jìn)行上述能力的培養(yǎng)，我們在引導(dǎo)學(xué)生將參加競賽與課堂學(xué)習(xí)相結(jié)合上進(jìn)行了初步的探索。清華大學(xué)始終鼓勵學(xué)生在完成課堂教學(xué)計劃的同時，積極參與諸如SRT（大學(xué)生研究訓(xùn)練計劃）和各類課外科技活動。我們結(jié)合多年來從事信息學(xué)奧林匹克競賽以及相關(guān)競賽技術(shù)組織與培訓(xùn)的便利條件，引導(dǎo)鼓勵學(xué)生積極參加各類重大賽事，其中包括參加競賽中的命題、技術(shù)組織與培訓(xùn)等活動，并通過參賽，開拓學(xué)生的視野，因材施教，促進(jìn)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。多年來的探索不但讓我們在指導(dǎo)或率隊參加的多項國際性大賽（如ACM國際大學(xué)生程序設(shè)計競賽、國際信息學(xué)奧林匹克競賽，兩岸清華計算機(jī)程序設(shè)計對抗賽）中取得了優(yōu)異成績，為祖國和學(xué)校贏得了榮譽，同時也為計算機(jī)拔尖人才的培養(yǎng)探索了新的途徑。

ACM/ICPC和IOI簡介

由美國計算機(jī)協(xié)會于1977年發(fā)起并組織的ACM國際大學(xué)生程序設(shè)計競賽（簡稱ACM/ICPC）是世界上歷史最悠久、規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的全球性程序設(shè)計競賽，其基本宗旨是為高校的大學(xué)生提供一個展示自己在計算機(jī)編程解題方面才能的機(jī)會，并為信息學(xué)科的發(fā)展不斷注入新的活力。這項每年一屆的賽事吸引了世界上幾乎所有知名的高等學(xué)府。2004年參賽隊伍多達(dá)3150支。ACM/ICPC的比賽方式有其獨到的特點，采取三人一組共用一臺計算機(jī)解若干道難題，因而選手之間必須默契配合，強(qiáng)調(diào)協(xié)作攻關(guān)。在以吳文虎教授為首的教練組的指導(dǎo)下，由我系學(xué)生組成的清華大學(xué)代表隊從1997年開始參賽，連續(xù)9年通過預(yù)賽獲得參加總決賽資格（大約60～70支隊伍），2000年在美國舉辦的第24屆大賽中獲總排名第四，亞洲第一。2002年第26屆競賽中又一次獲得總排名第四、亞洲第一的可喜成績，并且每一屆都取得令人矚目的成績。最近幾年，國內(nèi)上海交大、復(fù)旦、北大、中山大學(xué)等學(xué)校在這一賽事中都先后取得過優(yōu)異成績。

國際信息學(xué)奧林匹克競賽（International Olympiad in Informatics, 簡稱IOI）是與數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)和生物齊名的五大國際學(xué)科奧林匹克競賽之一。1987年，保加利亞的Sendov教授在聯(lián)合國教科文組織（UNESCO）第24屆全體會議上，倡議舉辦國際信息學(xué)奧林匹克競賽。首屆IOI競賽于1989年5月舉行。此后每年舉辦一屆，到2005年已連續(xù)舉辦了17屆。IOI2005有大約80個國家和地區(qū)參加，由于每個國家限派4名選手參加，所以參賽選手約300多人。

IOI和ACM/ICPC競賽同屬智力與應(yīng)用計算機(jī)解題能力的比賽。競賽試題是從現(xiàn)實生活中抽象出來的，往往包含對不同書本知識的高度綜合與凝練，有些題目并無固定的最優(yōu)解法，內(nèi)容涉及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、人工智能、組合數(shù)學(xué)、圖論與集合論、計算幾何、密碼學(xué)、算法復(fù)雜性等多學(xué)科領(lǐng)域。如IOI競賽要求選手在限定的時間內(nèi)（共兩試、每試5個小時）綜合運用所學(xué)知識對問題進(jìn)行抽象化、模型化，最后通過編程將問題求解。分?jǐn)?shù)的評定是采用苛刻的測試數(shù)據(jù)對程序進(jìn)行嚴(yán)格的測試。因而是對選手理解力、分析力、想象力、創(chuàng)造力等綜合能力的全面考核。

創(chuàng)新探索與具體嘗試

綜上介紹不難得出，要想在ACM或IOI競賽中取得優(yōu)異成績，必須經(jīng)過嚴(yán)格特殊的訓(xùn)練。經(jīng)過多年的探索和實踐，我們總結(jié)出一些行之有效的方法，并建立了一套多層選拔、綜合擇優(yōu)的遴選機(jī)制。

能夠進(jìn)入ACM/ICPC或IOI國際大賽中國代表隊集訓(xùn)的學(xué)生，全部是計算機(jī)算法與程序設(shè)計方面的佼佼者，通過集訓(xùn)和參賽前后的接觸，使得這些學(xué)生構(gòu)成了志趣一致的“智力群體”，通過指導(dǎo)他們在參賽和訓(xùn)練過程中彼此切磋、互相交流、取長補短，讓他們在一個更高的視野和氛圍中得到鍛煉和提高。這本身就是對拔尖學(xué)生的一種十分有效的因材施教。

由于信息學(xué)競賽可以在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下同步進(jìn)行，我們充分利用這一特點，引導(dǎo)學(xué)生廣泛參加通過網(wǎng)絡(luò)環(huán)境公開進(jìn)行的程序設(shè)計競賽，與國際上的優(yōu)秀選手在網(wǎng)絡(luò)上同場競技，展開激烈較量。通過參加這類競賽，使許多選手增強(qiáng)了信心，同時也看到了自己的差距。一些素不相識的競爭對手通過競賽彼此交流，共同提高。同時我們還引導(dǎo)學(xué)生有效利用網(wǎng)絡(luò)上提供的各種資源，如一些國際區(qū)域賽、多國對抗賽后公布的試題、模擬訓(xùn)練題等，促進(jìn)競賽水平不斷提高。

此外，我們還通過組織學(xué)生進(jìn)行一題多解、最優(yōu)算法討論、論文報告等多種方式調(diào)動選手探索式學(xué)習(xí)的鉆研熱情，激勵選手在綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力方面得到提高。同時，通過指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)競賽的命題和培訓(xùn)，讓學(xué)生多方面的能力都得到鍛煉。

由于ACM/ICPC比賽方式獨具的協(xié)作特點，通過訓(xùn)練和比賽，參賽選手集體協(xié)同的團(tuán)隊精神和協(xié)作攻關(guān)能力也得到很好的培養(yǎng)和鍛煉。

通過參與競賽小組的工作，許多同學(xué)從編程技巧到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以及算法設(shè)計與分析的水平與能力都有了明顯的提高。有的同學(xué)在多方面取得了獨具特色的創(chuàng)新進(jìn)展，這段研究經(jīng)歷也為他們后來的發(fā)展創(chuàng)造了條件。許多奧賽選手畢業(yè)后被國外著名大學(xué)計算機(jī)系錄取繼續(xù)攻讀博士學(xué)位。有的同學(xué)在清華大學(xué)計算機(jī)系碩士畢業(yè)后，進(jìn)入微軟研究院從事研究工作。

IOI從1989年至2005年共舉辦17屆國際大賽，中國代表隊共獲金牌38枚、銀牌17枚、銅牌13枚。吳文虎教授一直擔(dān)任中國代表隊總教練，王宏博士、北京航空航天大學(xué)的尹寶林教授、北京大學(xué)計算機(jī)系的李文新博士也連續(xù)多年擔(dān)任教練和技術(shù)培訓(xùn)工作。特別是在最近兩屆的IOI大賽（2004年和2005年）中，中國隊取得參賽四名選手全獲金牌，團(tuán)體總分第一的優(yōu)異成績。

全國信息學(xué)奧林匹克競賽（NOI）至今已舉行22屆。王宏博士作為中國計算機(jī)學(xué)會信息學(xué)奧林匹克競賽科學(xué)委員會的主要成員和技術(shù)負(fù)責(zé)，先后指導(dǎo)數(shù)十名學(xué)生為全國信息學(xué)奧林匹克競賽、IOI選拔賽的命題和培訓(xùn)做了大量的技術(shù)組織工作。

目前全國每年參加與NOI相關(guān)的比賽選手已達(dá)數(shù)萬人，直接參加NOI和IOI大賽而受到專門訓(xùn)練的選手累計也已有數(shù)千人。信息學(xué)競賽除了在計算機(jī)程序設(shè)計方面具有深遠(yuǎn)的意義，同時也是一個很好的教學(xué)平臺。通過它可以讓學(xué)生將理論與實踐緊密地結(jié)合起來，提高學(xué)生的動手能力、創(chuàng)造能力、協(xié)作能力和綜合能力。目前國家所提倡的素質(zhì)教育中，能力培養(yǎng)是核心。信息學(xué)競賽提供了一個對學(xué)生能力進(jìn)行培養(yǎng)的大舞臺。

基本理念與鮮明特色

通過參加各種國際大賽開拓學(xué)生視野，因材施教，促進(jìn)創(chuàng)新性人才培養(yǎng)，是賽課結(jié)合的核心內(nèi)容和鮮明特色。這種方式和做法與普通的課堂教學(xué)和實驗環(huán)節(jié)截然不同，其特色與創(chuàng)新之處主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1.因材施教的有效途徑

參加高水平競賽乃至國際大賽的學(xué)生大多是學(xué)有余力的佼佼者，通過參賽，使得這些拔尖學(xué)生構(gòu)成了志趣一致的“智力群體”，指導(dǎo)他們在參賽過程中彼此切磋、取長補短，為他們構(gòu)造或營建一個更高層次的探索空間和研究氛圍。這是對拔尖學(xué)生的一種十分有效的因材施教。

2.創(chuàng)新能力的激勵培養(yǎng)

競賽試題往往包含對不同書本知識的高度綜合與凝練，有些題目更是極富挑戰(zhàn)的世界難題，需要靈活運用多門學(xué)科知識，在已有工作基礎(chǔ)上發(fā)展創(chuàng)新，因而是對學(xué)生綜合素質(zhì)特別是創(chuàng)新能力的激勵培養(yǎng)。

3.學(xué)習(xí)理念與模式的改革嘗試

參加各類賽事本身就是一種研究性、探索性的學(xué)習(xí)過程，它充分調(diào)動了選手自主學(xué)習(xí)的鉆研熱情，使之主動探索發(fā)現(xiàn)并解決問題，因此它是對傳統(tǒng)學(xué)習(xí)理念與模式的改革嘗試。

4.爭創(chuàng)一流的陶冶訓(xùn)練

讓學(xué)生與國內(nèi)和國際上最優(yōu)秀的學(xué)者展開競爭，使他們始終處于勇攀高峰、追求卓越的狀態(tài)之下，這無疑是對爭創(chuàng)一流的特殊陶冶與訓(xùn)練。

5.團(tuán)隊精神的特殊鍛造

這里涉及的多數(shù)賽事需要多人組隊完成，強(qiáng)調(diào)組內(nèi)成員協(xié)同攻關(guān)、默契配合，因而是對集體協(xié)同的團(tuán)隊精神的特殊鍛造。

6.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的充分利用

由于一些計算機(jī)類的競賽可以在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行，通過參賽拓寬視野的另一個突出特點就在于充分利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，放眼世界去發(fā)現(xiàn)并參加一些在計算機(jī)領(lǐng)域里很有影響，而且不需要很大的投資，又使學(xué)生們有機(jī)會與國際高水平同行交流、或與同領(lǐng)域的佼佼者同步較量的競賽活動。

7.榜樣力量的輻射作用

參賽選手的優(yōu)異成績和拼搏精神還產(chǎn)生了很好的榜樣力量和輻射作用，帶動和促進(jìn)了周圍學(xué)生更加自覺地努力鉆研，在更大的范圍內(nèi)形成一種積極進(jìn)取、奮發(fā)向上的良好風(fēng)氣。

相關(guān)成果與應(yīng)用實例

1.精品課建設(shè)與學(xué)科發(fā)展

許多競賽一方面是很好的研究平臺，另一方面也對新的課程建設(shè)和學(xué)科發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用。

吳文虎教授在長期指導(dǎo)信息學(xué)奧賽和ACM大賽的基礎(chǔ)上，于2001年開始為本科生開設(shè)“程序設(shè)計基礎(chǔ)”課程，經(jīng)過短暫三年的建設(shè)已成為首批“國家精品課程”之一。

2.教材建設(shè)

在參加各項賽事之后，指導(dǎo)教師和同學(xué)還將競賽的算法進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)出版成書。以吳文虎教授主編的信息學(xué)奧賽與算法程序設(shè)計方面的教材已達(dá)十余本。劉汝佳、黃亮兩位奧賽選手于2004年結(jié)合自身體會，出版了《算法藝術(shù)與信息學(xué)競賽》的專門教材，深受讀者的歡迎和好評，出版后現(xiàn)已多次重印。

3.課題研究與論文成果

指導(dǎo)參賽同學(xué)將其中的算法和軟件設(shè)計方法總結(jié)撰寫成高水平的論文在期刊或國際會議上發(fā)表。有的同學(xué)在參賽基礎(chǔ)上進(jìn)行的課題研究已發(fā)表多篇國際會議論文。更多的同學(xué)通過參賽開始或深入進(jìn)行了相關(guān)的課題和學(xué)位論文研究。

4.引導(dǎo)學(xué)生積極參加競賽的技術(shù)組織工作

如命題、評測、輔導(dǎo)與培訓(xùn)等，王宏于2000年指導(dǎo)學(xué)生提交完成的3道試題經(jīng)過多輪篩選，在有多個國家提交的眾多候選題目中脫穎而出，全部被國際科學(xué)委員會采納，最終作為IOI2000的競賽試題，為第12屆國際信息學(xué)奧林匹克賽在北京的成功舉辦作出了貢獻(xiàn)。

總之，通過參加各種國際大賽，獲得的絕不僅僅是獎牌和獎杯，它在人才培養(yǎng)、教育創(chuàng)新等方面所進(jìn)行的有益探索和實踐，取得了比競賽成績更有價值的豐碩成果。參加大賽的選手絕大多數(shù)品學(xué)兼優(yōu)，繼續(xù)保持領(lǐng)先勢頭。許多金牌獲得者無論是做人還是做學(xué)問都堪稱一流。因此，可以毫不夸張地說，各類國際大賽的代表隊是信息學(xué)后備拔尖人才的搖籃。參加此類競賽是創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的有效途徑。

目前我們正在進(jìn)行參賽選手所學(xué)課程的改革嘗試，以便更好地發(fā)揮和調(diào)動這部分同學(xué)的積極性，解決賽課結(jié)合實施中的具體問題，將這種新的教學(xué)模式的改革不斷推向深入。