競賽驅動的信息技術專業(yè)實踐育人模式探索

李昊 周明

摘 要：在信息技術相關專業(yè)進行實踐教學的過程中，提出了以學科競賽為驅動，通過開展系統(tǒng)的學科競賽訓練與培育，實施多層次、多角度、可持續(xù)人才培養(yǎng)的創(chuàng)新教學模式，以達到培育高素質高能力專業(yè)人才的教學目的。分析大學生程序設計競賽對計算機實踐教學的重要作用，指出競賽驅動實踐模式能夠有效地進行創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

關鍵詞：大學生程序設計競賽；信息技術；實踐育人；競賽驅動

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1001-7836（2018）09-0051-03

引言

信息技術是管理和處理信息相關技術的總稱，信息技術相關專業(yè)主要包含計算機科學與技術、信息管理與信息系統(tǒng)、軟件工程、網絡工程、物聯(lián)網、電子商務等。這些專業(yè)的共同特征是以現(xiàn)代信息技術為主要學習和研究內容，具體包括計算機技術、微電子技術以及通信技術。這些技術對于專業(yè)學生來說，包括管理、開發(fā)以及應用幾個方面的知識、技能、操作的學習。

全球信息化的飛速發(fā)展，計算機、電子以及網絡技術的更新變革，對于信息技術也不斷提出更高的要求。大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網、云計算和移動互聯(lián)，成為信息技術的最新發(fā)展形態(tài)。隨之帶來了產業(yè)的升級轉型，“互聯(lián)網+”的新的生態(tài)形式的出現(xiàn)，推動著社會變革，成為新的生產力的重要代表。

信息技術的發(fā)展對于實踐的要求更高，計算機系統(tǒng)的操作、集成電路設計、軟件開發(fā)技術、嵌入式系統(tǒng)設計與開發(fā)、分布式與網絡技術應用等，都要求在人才培育過程中強化實踐育人的過程，夯實實踐技能，以適應信息技術行業(yè)對人才的需求。

信息技術學科的特點，要求與之適應的教育教學觀念，按照專業(yè)人才能力培育的要求，設置相應的培育方案和強化實踐教學的課程體系，同時，結合科研項目、科技競賽進一步提高學生的實踐與創(chuàng)新能力[1—5]。

本文以與信息技術緊密相關的大學生程序設計競賽為實踐育人的驅動力和切入點，將這項重要的學科競賽作為信息技術學科教學改革、實踐育人、提升學生專業(yè)素質的重要內容，對于這種競賽驅動的教育模式進行分析，并結合具體實例，進行深入探索。

一、大學生程序設計競賽簡介

中國大學生程序設計競賽（China Collegiate Programming Contest，簡稱CCPC）由中國大學生程序設計競賽協(xié)會主辦，是一項向世界大學生開放的展示大學生程序設計能力、創(chuàng)新能力以及團隊合作精神的國際性年度賽事。該比賽是目前國內參與學校最多，競賽水平最高，獲獎含金量最高的比賽，該項賽事已經被很多學校列為國家級A類競賽。

2016年中國大學生程序設計競賽按照區(qū)域進行了4場比賽，分別在吉林大學、中國科技大學、杭州電子科技大學和浙江大學寧波理工學院舉辦。中國大學生程序設計競賽比賽形式與ACM/ICPC類似，由在校大學生參賽，在規(guī)定時間內根據(jù)解題數(shù)量和解題時間進行排名，比賽結果由機器評測系統(tǒng)自動進行評判，保證比賽的公正性。

中國大學生程序設計競賽與ACM/ICPC在組織結構和賽區(qū)分配上有所不同。ACM國際大學生程序設計競賽（International Collegiate Programming Contest， 簡稱ICPC）是由美國計算機協(xié)會（Association for Computing Machinery， 簡稱ACM）主辦的面向大學生程序設計能力的比賽，于1996年由上海大學引入中國大陸。該競賽由各大洲區(qū)域賽（Regional Contests）和全球總決賽（World Finals）兩個階段組成[6—7]。

大學生程序設計競賽在各個省以及地區(qū)還有相應的區(qū)域賽，例如吉林省大學生程序設計競賽，由吉林省教育廳主辦；東北地區(qū)大學生程序設計競賽，由東北三省和內蒙古自治區(qū)計算機學會主辦。

大學生程序設計競賽從比賽的組織、形式和內容來看，都代表了對信息技術實踐最集中的考核。從比賽組織來看，是信息技術專業(yè)參與人數(shù)最廣，參與水平最高的比賽；從比賽形式來看，比賽考查了具體的程序設計能力、英語閱讀分析能力和團隊配合能力；從比賽內容來看，借助計算機程序設計語言，涉及到信息技術相關的多項課程，例如數(shù)據(jù)結構、算法分析與設計、離散數(shù)學、組合數(shù)學、計算幾何、可計算性與計算復雜性、人工智能、數(shù)論、圖論、概率與數(shù)理統(tǒng)計等。

二、實踐教學模式構建

（一）學科競賽機制建設與完善

學科競賽實踐教學有別于傳統(tǒng)實踐教學，要做到“三個結合”：課內學習與課外練習相結合，被動聽課與主動學習相結合，常規(guī)考核與比賽競爭相結合。通過構建特有的實踐教學模式，培養(yǎng)有主動學習能力、創(chuàng)新思維的高素質專業(yè)人才。

1競賽團隊建設與選拔

大學生程序設計競賽有別于以個人形式參與的其他競賽形式，強調團隊配合，在參與競賽的三人小團隊建設的同時，需要構建一個多人參與，既相互競爭又互相促進的競賽團隊。

團隊的建設首先要打破年級、班級和專業(yè)的限制，信息技術相關專業(yè)的同學形成一個綜合性多方向的集體，并包含不同年級同學。這種模式，使得多種實踐模式綜合在一起，極大地促進了團隊中隊員的各項素質的綜合發(fā)展。比如軟件工程專業(yè)的學生，具有較強的程序設計語言的實踐技能，在解決優(yōu)化問題的過程中，信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)同學可以以經濟管理與運籌學的思維模式，輔助其對問題的剖析和深入考查來解決工程問題，又可以借助物聯(lián)網工程、網絡工程專業(yè)的理論技能的幫助。對于不同年級的學生，高年級可以對低年級同學在實踐過程中遇到的問題，通過自身經驗，快速發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，并協(xié)同解決獨立思維難以突破的引申問題。

競賽團隊在選拔過程中，在充分了解學生個體特長與弱勢的基礎上，對其進行各項素質的綜合考量，通過科學的模型進行個人的評估分級，真正做到挖掘每個學生的全部潛力，為接下來的實踐育人打下良好的基礎。

具體的選拔包括相關學科的學習績點、程序設計訓練的時間與效率、定期的程序訓練比賽成績以及個人綜合素質的考量。每學年年初進行人員初選，接下來每個月進行人員的增刪調整，期末進行人員篩淘。通過團隊有效的競爭機制，真正激發(fā)學生的“攀比”意識，極大地提高了學生的主觀能動性，增強了學習的興趣。

2規(guī)范科學的競賽輔導

在實踐育人過程中，基礎理論的學習尤其重要，以競賽為驅動，必須建立相應規(guī)范科學的輔導機制。

對于大學生程序設計競賽，首先要掌握的技能是程序設計技能，對于計算機科學與技術、軟件工程等專業(yè)來說，C語言程序設計是學科基礎課，對于其他與信息技術不相關的專業(yè)來說，程序設計語言也作為大學生計算機基礎公共課在低年級開設。但是與課程內容不同的是，競賽對于實踐的要求更高，要求完整的解決問題的方案與快速實現(xiàn)，并要求程序設計的效率與結果的準確性，充分考慮解決問題的時間復雜度與空間復雜度。這要求在實踐過程中，進行有針對性的輔導。這些針對競賽的輔導，對于學生參加以后的程序開發(fā)工作大有裨益，是傳統(tǒng)教學的重要補充和知識體系的重要完善。

各個相關的理論課，從奠定良好的理論基礎，到知識的融合升華，通常進行專項的內容輔導、練習和深化。比如解決最短路徑問題，從數(shù)據(jù)結構課程的理論出發(fā)，到圖論、動態(tài)規(guī)劃的學習，進一步結合物聯(lián)網、網絡工程等實踐問題，這要求有一個全局視角下的問題分析與指導，科學地定位問題，合理地問題分類，最終應用于實踐，才真正達到育人的目的。

3可持續(xù)發(fā)展的育人機制

以競賽驅動實踐育人，并不是將競賽作為實踐環(huán)節(jié)的終點，而恰恰利用其掌握的多項技能，為接下來的課程實踐奠定基礎。大學生程序設計競賽，要求團隊在5個小時內，解決盡量多的問題，每個問題從考查基本算法出發(fā)，解決一個問題平均在1個小時左右，所以問題的難度和規(guī)模有所控制。而學生在競賽技能的基礎上，可以繼續(xù)發(fā)揮團隊配合的優(yōu)勢，在更長的時間和更廣的問題空間中，解決更為復雜的技術或工程問題，一方面為將來相關應用類課程的學習進行足夠的知識儲備，另一方面也為隨之而來的基于項目開發(fā)的競賽積蓄力量。

通過競賽團隊的梯隊建設，使得育人環(huán)節(jié)由學校與教師為發(fā)起者，向著能力強的高年級同學為發(fā)起者轉變，實踐的主體由課堂中的學生變成團隊中的成員，這種全方位的“傳幫帶”，使得育人過程變成自組織的演變過程，保證了育人的可持續(xù)發(fā)展。

此外，請獲獎學生擔任程序設計課程的“實驗員”，指導低年級同學的程序設計實踐，是以競賽為中心，輻射到對專業(yè)基礎課的學習，從而帶動學生整體水平的提高。

（二）競賽模式下的傳統(tǒng)教學改革

1人才培育方案的改革

競賽驅動下，對于人才培育尤其強調因材施教，在培育方案改革的過程中，采用分級教學模式。培養(yǎng)方案中，在大學低年級兩個學年的下半學期，開設多專業(yè)互選的競賽實踐類課程，平行開設一般實踐類課程。對于不同實踐能力和發(fā)展方向的學生，進行分流培養(yǎng)。這樣，既保證了能力強的學生，在相關實踐環(huán)節(jié)得到進一步的鍛煉，也保證了其他同學繼續(xù)鞏固基礎知識，提高自身水平。這種分級教學，使得專業(yè)學生整體的實踐能力均得到了提升。

2關聯(lián)性教學及人才培養(yǎng)

大學生程序設計競賽對于信息技術專業(yè)的專業(yè)課程都有相關的要求，一些缺乏實踐環(huán)節(jié)的學科基礎課，也在競賽驅動下增加了實踐環(huán)節(jié)。比如高等數(shù)學、概率論、運籌學等數(shù)理分析課程，可以通過增加相應的程序設計解決問題的環(huán)節(jié)，作為理論的有效補充。這種與競賽內容相關的關聯(lián)性教學模式，能夠有效提升學生對理論的理解和掌握程度，并促進學生對所學問題的應用領域的理解。

傳統(tǒng)的計算機專業(yè)課程，例如數(shù)據(jù)庫、操作系統(tǒng)、計算機網絡等課程，同樣與競賽內容有著極強的關聯(lián)性。計算思維的培養(yǎng)，正是這些課程實踐的培育目標之一。

3實踐教學的階梯發(fā)展

競賽驅動的實踐教學，包含以下四個階段，對應信息技術相關專業(yè)的各個學期：1—2學期，重點進行程序設計語言的實踐和計算思維的鍛煉，結合學科基礎課程，重點考查學生的動手編程能力和問題分析解決能力；3—4學期，主要進行高級語言程序設計實踐，例如C++ 和Java等面向對象語言的練習，模塊化，模板化解決問題的能力，數(shù)據(jù)結構、算法優(yōu)化等技能的培養(yǎng)，同時對計算機相關理論進行深入學習，對社會工程問題的計算機應用有初步認識；5—6學期，競賽相關內容實踐，通過參加各種級別的大學生程序設計競賽，綜合考查知識掌握能力和實踐技能，這個階段的教學包含團隊培養(yǎng)、交流溝通能力、英語閱讀和問題分析能力、高效快速解決問題能力的培養(yǎng)；7—8學期，項目開發(fā)實踐能力培養(yǎng)，通過更大規(guī)模的團隊協(xié)作，針對生產生活實際問題，利用信息技術手段，進行完整的項目開發(fā)，這一階段的實踐環(huán)節(jié)主要將理論講授的課時轉移到專業(yè)實習、課程實踐、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐和畢業(yè)設計環(huán)節(jié)上，為最終的專業(yè)就業(yè)打下堅實的基礎。

4多樣化的考核機制

競賽驅動的實踐考核，不同于傳統(tǒng)實踐環(huán)節(jié)的考核，它具有更大強度、更短時間間隔的特征，考核手段更加多樣化。

考核時間從傳統(tǒng)的以學期為單位，縮短到以周、以天為單位，每天的做題量、每周的比賽成績，都是考核的重要指標。對于某類問題，采用集中考核結束，分段延期重復考核的方式，比如：在3天內完成對某知識點的應用，通過一次小型的比賽進行考核，一周后，重復進行同樣內容的測試，一個月后，增大問題難度繼續(xù)進行考查。

考核機制除了完成題目數(shù)量，還進行比賽個人排名機制、團隊排名機制，并引入“同比”“環(huán)比”等統(tǒng)計指標，并將問題難易程度引入權值，進行分類匯總和趨勢分析，對每一個學生進行綜合指標評測。這種多樣化的考核機制，在實際比賽隊伍分配中起到了決定作用，比賽結果進一步證明了考核的合理性和準確性。 根據(jù)考核結果，針對學生的情況進行動態(tài)調整，收到了良好的效果。

（三）程序設計競賽訓練平臺與實踐基地建設

1程序設計在線評測系統(tǒng)建設

程序設計競賽實踐，要求學生能夠在短時間內編寫解決問題的程序，并及時檢驗程序的正確性與效率，這些都需要一個能夠在線實時評測的系統(tǒng)平臺。而這個平臺，應該包含以下功能：提供不同難度、不同類別的題目；對提交的題目解答進行實時的判定，通過設定時間限制和內存限制，給出題目的最終狀態(tài)；查看提交代碼，對代碼進行查重；對解決問題的學生進行排名統(tǒng)計；自行組織比賽；后臺管理員登陸等。

在線評測系統(tǒng)的建設，同時需要穩(wěn)定高效的應用服務器，提供7×24不間斷的校園網絡與校外公網的訪問，多線程在線提交與后臺判定的抗高壓能力。

程序設計在線評測系統(tǒng)的建設意義重大：對于教師管理員，可以通過系統(tǒng)實時了解學生的動態(tài)，實現(xiàn)每天考核，可以方便地組織比賽，促進學生競技技能的提高；對于學生，可以通過系統(tǒng)進行程序設計實踐，通過排名激發(fā)學生相互競爭的意愿，培育學生的興趣，提高實踐動手能力。

2實踐基地建設

競賽驅動的實踐環(huán)節(jié)中，實踐基地的建設也具有舉足輕重的作用。實踐基地可以有多種類型，完成信息技術相關的各種實踐環(huán)節(jié)。一個固定場所的程序設計機房，通過規(guī)范的管理，采用嚴格的考勤制度，由具有不同技能水平的學生組成層級管理與輔導機制，多個相關學科的學生通過小組討論、知識講解、互相出題考核等靈活的操作方式，能夠最大限度地提升學生的相關技能，收到良好的效果。

三、創(chuàng)新型人才培育結果

（一）參賽人數(shù)多，獲獎水平逐年提高

通過競賽驅動的實踐育人的模式，每年可以保證足夠多的學生參與到各級大學生程序設計競賽中，所獲獎項也不斷提高，標志著學生信息技術專業(yè)實踐技能的提高。以筆者所在計算機學院為例，近三年累計五十余人參加了各種類型的大學生程序設計競賽，獲得省級獎項16項，東北地區(qū)獎項1項，全國比賽獎項1項，成績逐年提高。

（二）就業(yè)形勢好，帶動高層次就業(yè)

大學生程序設計競賽，是考查學生對基本技能的掌握程度的競賽，深受行業(yè)領先的公司的關注，被看作計算機界的奧林匹克競賽。從IBM、Microsoft到Google都積極贊助相關賽事，國內的阿里巴巴、百度等公司也優(yōu)先招聘在大學生程序設計競賽中獲得優(yōu)異成績的學生。而通過參與競賽得到綜合素質提升的大學生，能夠勝任各項信息技術領域的相關工作，并且在就業(yè)之后，很快在領域中顯示出突出的能力優(yōu)勢，獲得更高的認可。

結束語

大學生程序設計競賽驅動的實踐育人，在信息技術相關專業(yè)，通過合理的運行模式，能夠有效提升學生的實踐能力，對于培育信息學科創(chuàng)新型人才能夠起到非常顯著的效果。通過階梯性可持續(xù)的培育模式，促進了計算機實踐教學的改革，也是實踐育人理念的一次革新。通過積極的平臺建設與應用實踐，為創(chuàng)新型人才培育提供了一條卓有成效的發(fā)展路徑。這種模式的應用實例與運行效果，也證明了其有效性和可行性。在后續(xù)的探索研究中，可以擴展到非信息技術相關的學科，將計算思維實踐深入到各個學科領域，推動實踐育人的全面發(fā)展。

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（責任編輯：侯秀梅）