依托程序設(shè)計競賽,提高計算機專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量

袁國武 趙 楊 趙征鵬 楊澤榆

摘要:程序設(shè)計能力是計算機專業(yè)學(xué)生最重要的能力之一。本文總結(jié)過去幾年組織學(xué)生開展程序設(shè)計競賽的經(jīng)驗,探索出一條運用程序設(shè)計競賽提高學(xué)生程序設(shè)計能力的新途徑,從而可為提高計算機專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量,進一步拓寬創(chuàng)新素質(zhì)教育提供參考。

關(guān)鍵詞:程序設(shè)計;競賽;教學(xué)改革;素質(zhì)教育

中圖分類號:G642 文獻標識碼:A

目前,各高等院校積極組織學(xué)生參加各種學(xué)科競賽,把各種學(xué)科競賽活動看作是提高學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量的重要措施和手段。其中,大學(xué)生程序設(shè)計競賽是目前在我國高校中影響范圍、參與程度和競賽水平等方面都處于前列的競賽項目之一。本文將探討怎樣依托于程序設(shè)計競賽,提高計算機專業(yè)學(xué)生程序設(shè)計的能力,從而提高計算機專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)的質(zhì)量。

1計算機專業(yè)學(xué)生程序設(shè)計能力的重要性

計算機專業(yè)作為實踐性很強的工科專業(yè),本科學(xué)生無論畢業(yè)后踏上工作崗位,還是繼續(xù)進行研究生的學(xué)習(xí),程序設(shè)計能力的高低始終是衡量一名計算機專業(yè)學(xué)生能力高低的最重要指標,是影響學(xué)生今后發(fā)展的一項重要的技能。

程序設(shè)計不僅需要掌握一定的基礎(chǔ)知識,同時還需要具備嚴謹?shù)倪壿嬎季S能力,對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性大有好處。程序設(shè)計需要程序設(shè)計語言基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法設(shè)計與分析等多門課程的支持,學(xué)習(xí)過程枯燥、難懂、持續(xù)時間長,特別在程序調(diào)試階段,大部分學(xué)生沒有興趣和耐心去查找錯誤。很多學(xué)生都反映程序設(shè)計語言難學(xué),程序更難編寫,這些學(xué)生往往拷貝他人源代碼應(yīng)付檢查,非常不利于教學(xué)質(zhì)量的提高。

但是,計算機學(xué)科是一門應(yīng)用學(xué)科,利用計算機解決現(xiàn)實存在問題的關(guān)鍵就在于是否能設(shè)計出相應(yīng)的軟件產(chǎn)品。據(jù)統(tǒng)計,我國擁有計算機本科專業(yè)的高等院校達到500余所,約占全國679所本科院校的75%,在校學(xué)生約27萬余人,約占理工科在校生總數(shù)的14.6%,計算機專業(yè)在單個專業(yè)的設(shè)點數(shù)和單個專業(yè)的在校生總?cè)藬?shù)方面都位居全國本科專業(yè)之首。但是,以此形成鮮明對比的是,我國軟件設(shè)計開發(fā)人員缺乏,特別是高級人才嚴重缺乏。背后的原因很多,但是,最重要的一點,就是我們的學(xué)生程序設(shè)計能力不高,本科學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量有問題。因此,提高學(xué)生的程序設(shè)計能力,是提高計算機專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵一步。

2鼓勵學(xué)生參加程序設(shè)計競賽,提升學(xué)生的程序設(shè)計能力

要提高學(xué)生程序設(shè)計的能力,除了學(xué)習(xí)相關(guān)理論課程外,花大量時間去練習(xí)是必不可少的。對于大多數(shù)學(xué)生來說,程序設(shè)計難度大,枯燥無味,對上機編程練習(xí)的興趣不高,寧愿把時間花在打游戲、上網(wǎng)等娛樂活動上,也不愿意上機練習(xí)編程。

程序設(shè)計競賽試題從現(xiàn)實生活中抽象出來,涉及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法設(shè)計與分析、組合數(shù)學(xué)、人工智能、計算幾何等多學(xué)科領(lǐng)域知識,有些問題沒有統(tǒng)一的最優(yōu)解法,要求參賽者在限定的時間內(nèi),綜合運用所學(xué)知識對問題進行認真分析、研究、歸納、整理,進行抽象化、模型化,并經(jīng)過編程調(diào)試、提交測試等嚴格步驟完成競賽,有相當(dāng)難度。程序設(shè)計競賽體現(xiàn)了對計算機專業(yè)學(xué)生的素質(zhì)教育,能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力,培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力,激勵學(xué)生的創(chuàng)新能力,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì),鍛煉學(xué)生的心理素質(zhì),提高學(xué)生的團隊素質(zhì)。因此,開展程序設(shè)計競賽,能提升學(xué)生的程序設(shè)計能力,也能提升學(xué)生運用各個方面知識解決問題的能力。

但是,要在程序設(shè)計競賽中取得好的成績,學(xué)生僅僅有興趣是遠遠不夠的,還必須經(jīng)過長時間的艱苦訓(xùn)練。要使學(xué)生做到這些,需要運用合理的激勵機制,對參賽學(xué)生進行正確的引導(dǎo)。管理學(xué)中的馬斯洛需求層次理論對參賽學(xué)生激勵機制的形成具有重要的指導(dǎo)意義。

馬斯洛需求層次理論認為,人的需求分為生理、安全、社交、尊重和自我實現(xiàn)五個層次;人的行為受到需求的影響和驅(qū)動,但是只有尚未滿足的需求才能影響人的行為;人的行為是由主導(dǎo)需求決定的,對人的行為方向起決定作用的就是這個人在這一時期的主導(dǎo)需求。大學(xué)生在父母和學(xué)校的支持下,生理、安全、社交和尊重這幾個層次的需求,在這一階段暫時得到基本滿足,他們的主導(dǎo)需求是畢業(yè)后早日自我實現(xiàn)。又因為想?yún)⒓痈傎惖膶W(xué)生往往是同齡人中的高素質(zhì)群體,自我實現(xiàn)的需求更為強烈。那么大學(xué)生通過何種方式來自我實現(xiàn)呢?主要有兩種途徑:畢業(yè)后從事自己理想的職業(yè),在工作中實現(xiàn)自我;畢業(yè)后攻讀研究生,在學(xué)習(xí)和科研中實現(xiàn)自我。學(xué)?？梢酝ㄟ^程序設(shè)計競賽來引導(dǎo)計算機專業(yè)學(xué)生實現(xiàn)自我,對參賽學(xué)生形成有效的激勵機制。

除了通常的物質(zhì)獎勵外,最重要的是體現(xiàn)在其畢業(yè)后的去向上。對于畢業(yè)后打算找工作的學(xué)生,可以通過學(xué)校、學(xué)院的推薦和引導(dǎo),使工作單位優(yōu)先錄用競賽中成績優(yōu)異的學(xué)生;對畢業(yè)后計劃攻讀研究生的學(xué)生,讓在競賽中獲得一定等級以上的學(xué)生獲得免試攻讀碩士研究生的資格。這種激勵機制可以使很多有專業(yè)特長的學(xué)生自發(fā)地、積極地參加競賽并努力爭取好的成績。

3程序設(shè)計競賽的組織與培訓(xùn)

要取得程序設(shè)計競賽的好成績,就要挑選挑選并組織一支高素質(zhì)的學(xué)生隊伍,并科學(xué)訓(xùn)練,不斷提高訓(xùn)練水平。

我們首先對學(xué)生進行宣講,介紹各種學(xué)科競賽,其中最重要的就是程序設(shè)計競賽和數(shù)學(xué)建模競賽,并播放往年到外地參賽的圖片,介紹參賽獲獎隊員被保送研究生和推薦到較好的工作單位的情況,并找一些具有代表性的賽題給學(xué)生進行初步的了解,提供競賽介紹、賽題下載的網(wǎng)址,給一周的時間讓學(xué)生進行報名。

我校的計算機專業(yè)已經(jīng)開設(shè)了“數(shù)學(xué)實驗”作為必修課,能讓學(xué)生學(xué)習(xí)到一些程序設(shè)計競賽和數(shù)學(xué)建模競賽中用到的一些相關(guān)知識。但是,課程時間有限,不能進行深入的指導(dǎo)?？紤]到參加程序設(shè)計競賽和數(shù)學(xué)建模競賽的學(xué)生中,很大部分有重疊,并且兩種競賽所用的知識也有很多部分是重疊的,所以,我們把兩種競賽的培訓(xùn)合到一起進行,安排在周六進行統(tǒng)一的培訓(xùn)輔導(dǎo)。

合理的培訓(xùn)計劃是保證程序設(shè)計競賽健康發(fā)展的關(guān)鍵。我們的整個培訓(xùn)過程劃分成兩個階段:

第一,理論基礎(chǔ)培訓(xùn)階段,根據(jù)競賽所涉及的知識,講解計算機、數(shù)學(xué)等相關(guān)的知識,拓寬參賽學(xué)生知識面,采用課堂輔導(dǎo)+自學(xué)方式進行。我們組織了7名非常有經(jīng)驗、認真負責(zé)的指導(dǎo)教師,對這兩種競賽所用到的知識進行了劃分,例如:大數(shù)問題、排序、數(shù)論、計算幾何、近似算法、組合數(shù)學(xué)、搜索技術(shù)、動態(tài)規(guī)劃、圖論等等。每位指導(dǎo)教師選擇1～2類進行認真準備,為學(xué)生進行講解。每周布置和講解相關(guān)的題目,要求學(xué)生進行訓(xùn)練。

第二,賽題實戰(zhàn)訓(xùn)練階段,按不同知識點對歷屆典型競賽題目進行分類,對特定學(xué)生進行特定類型題目的訓(xùn)練。在第一階段的練習(xí)過程中,尋找程序設(shè)計方面好的“苗子”,把這些優(yōu)秀學(xué)生分為3組,每位學(xué)生在學(xué)習(xí)所有知識的同時,特意專攻2～3類問題,每組學(xué)生專攻問題盡量不交叉。參賽時,把他們進行搭配,使得3人的參賽隊伍里面,每組各有1名學(xué)生,使得對于任意的一類問題,起碼有一位學(xué)生較為精通。

鼓勵學(xué)生報名注冊參加百度之星程序設(shè)計大賽、TopCoder大學(xué)生程序設(shè)計挑戰(zhàn)賽等競賽。在每次競賽結(jié)束后,針對這些競賽過程中出現(xiàn)的問題來進一步調(diào)整培訓(xùn)內(nèi)容。這種邊賽邊學(xué)習(xí)的教學(xué)模式能起到事半功倍的教學(xué)效果,也能使學(xué)生堅持完成整個培訓(xùn)計劃。

在培訓(xùn)過程中,要注意利用國內(nèi)很多高校提供的ACM競賽平臺,讓學(xué)生選擇一個平臺,在上面注冊自己的賬號,與各個高校的同行相互切磋,交流心得和體會,這會使學(xué)生感到自我實現(xiàn)的成就感。經(jīng)過培訓(xùn),做了一些上機練習(xí)題后,這些學(xué)生的程序設(shè)計能力會有質(zhì)的提高。

4在國內(nèi)可參加的程序設(shè)計競賽介紹

近年來,國內(nèi)舉行的程序設(shè)計相關(guān)競賽主要有以下幾種。

(1)ACM國際大學(xué)生程序設(shè)計競賽(ACM/ICPC):由ACM(Association for Computing Machinery,美國計算機學(xué)會)主辦,是世界上規(guī)模最大和水平最高的國際大學(xué)生程序設(shè)計競賽,其目的旨在使大學(xué)生運用計算機來充分展示自己分析問題和解決問題的能力。該項競賽從1970年舉辦至2008年已歷30余屆,近10年來該競賽由IBM贊助。ACM/ICPC競賽分區(qū)域預(yù)賽和國際決賽兩個階段,其中區(qū)域預(yù)賽規(guī)模大、范圍廣,2008年有來自83個國家(地區(qū)),1821所大學(xué)的6700大學(xué)生代表隊參加了各大洲的區(qū)域賽,以爭奪參加全球總決賽的100個名額。中國內(nèi)地共設(shè)置5個區(qū)域賽賽區(qū)。

(2) 百度之星程序設(shè)計大賽:由百度公司發(fā)起,創(chuàng)辦于2005年,旨在為廣大程序設(shè)計愛好者搭建一個比試身手、切磋交流的平臺。2009年百度之星程序設(shè)計大賽是連續(xù)舉辦的第五屆。大賽每年邀請喜歡發(fā)掘最佳算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),以解決各種挑戰(zhàn)性問題的程序員高手參與其中,業(yè)已成為中國互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模最大最具影響力的程序設(shè)計大賽。

(3)TopCoder大學(xué)生程序設(shè)計挑戰(zhàn)賽:TopCoder成立于2001年,每年TopCoder都會舉辦若干幾個編程競賽和錦標賽,并會不定時的在各個高校舉行巡回賽。比賽形式均為網(wǎng)上在線比賽。

(4)iGoogle中國大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計大賽:由Google舉辦,iGoogle 中國大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計大賽旨在通過富有創(chuàng)意的中國大學(xué)生的參與,依循iGoogle API標準,促進軟件應(yīng)用開發(fā),為用戶提供更加豐富的內(nèi)容和改進用戶體驗。

(5)Sun Java程序設(shè)計PK大賽:由希賽教育主辦,Sun中國培訓(xùn)部協(xié)辦,旨在為廣大Java程序愛好者搭建一個小試身手、切磋交流的平臺。本賽事分為兩組:初級Java比賽和高級Java比賽。

(6)NVIDIA(英偉達)CUDA校園程序設(shè)計大賽:由NVIDIA中國公司和CSDN主辦,CUDA(Compute Unified Device Architecture,統(tǒng)一計算架構(gòu))是建立在GPU基礎(chǔ)之上的通用計算開發(fā)平臺,它是一個全新的軟硬件架構(gòu),可以將GPU視為一個并行數(shù)據(jù)計算的設(shè)備,對所進行的計算進行分配和管理,計算難題。利用CUDA能夠充分的將GPU的高計算能力開發(fā)出來,并使得GPU的計算能力獲得更多的應(yīng)用。

(7)“英特爾杯”全國計算機多核程序大賽:由清華大學(xué)、863高性能計算機評測中心主辦,英特爾(中國)有限公司協(xié)辦。主要面向在校學(xué)生、軟件工程師、以及廣大的計算機愛好者。此次競賽的主要目的,是推動國內(nèi)的學(xué)生和軟件工程師使用英特爾公司最新的 Parallel Studio 軟件開發(fā)套件來簡化多線程編程,提升在多核平臺上并行程序設(shè)計與優(yōu)化的能力。

這些競賽中,以ACM國際大學(xué)生程序設(shè)計競賽級別最高,歷史最悠久,是最值得參加的競賽,是我們關(guān)注的重點。這種競賽的賽題風(fēng)格和方向都有所區(qū)別,可根據(jù)具體的情況選擇3～4種參加。

5結(jié)語

組織學(xué)生參加程序設(shè)計競賽,能為學(xué)校爭得一些榮譽,提高學(xué)校的知名度。但是,更為重要的是通過給學(xué)生搭建參賽的實踐平臺,培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計能力,使學(xué)生能更好地將理論與實踐緊密結(jié)合,動手能力、創(chuàng)造能力和協(xié)作能力得到提高。從而提高計算機專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。我們?nèi)匀恍枰獔猿植恍傅呐吞剿?才能進一步挖掘和開發(fā)程序設(shè)計競賽在計算機專業(yè)人才培養(yǎng)中的作用,使創(chuàng)新人才培養(yǎng)取得豐碩成果。

參考文獻:

[1] 朱蓉. 依托程序設(shè)計競賽,探索創(chuàng)新素質(zhì)教育新模式[J]. 嘉興學(xué)院學(xué)報,2007(5):117-119.

[2] 皮德常,吳慶憲. 國際大學(xué)生程序設(shè)計競賽與創(chuàng)新人才培養(yǎng)[J]. 電氣電子教學(xué)學(xué)報,2008(6):44-45.

[3] 丁激文,張朝輝. 激勵機制在高校學(xué)科競賽中的作用淺析[J]. 科技管理研究,2008(2):116-117.

[4] 張泳. 對大學(xué)生程序設(shè)計競賽管理和組織的實踐與思考[J]. 計算機教育,2007(10):47-48.

Depending on the Programming Competition and Improving the Quality of the

Students Majored Computer Science and Technology

YUAN Guo-wu1, ZHAO Yang2, ZHAO Zheng-peng1, YANG Ze-yu1

(1. School of Information Science and Technology, YunNan University, KunMing 650091, China; 2. School of Computer and Information Science and Technology, YunNan Normal University, KunMing 650092, China)

Abstract: Programming capability is one of the most important ability to the students majored in computer science and technology. The participation experiences over the past years programming contest are summed up in this paper, and a new way to enhance the students ability by participate a wide range of domestic and international programming contest is explored. It is very useful method for teachers to improve computer science students in the cultivation of quality and to broaden the innovation education for all-around development.

Key words: programming; competition; teaching reform; education for all-around development