計算機(jī)編程課程實踐教學(xué)優(yōu)化

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摘要:目前，計算機(jī)編程類課程教學(xué)存在許多問題，比如程序實踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱、作業(yè)考察方式不合理、抄襲現(xiàn)象存在等。針對存在的問題，提出了基于在線On-lineJudge學(xué)習(xí)測評系統(tǒng)的計算機(jī)類編程課程教學(xué)實踐手段優(yōu)化改革思路，以滿足該類課程實踐性強(qiáng)的需要，以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力和使用計算機(jī)編程解決實際應(yīng)用問題的能力。該教學(xué)改革手段在最近幾屆學(xué)生上應(yīng)用實踐后取得了良好的教學(xué)效果，證明其能有效培養(yǎng)學(xué)生的程序?qū)嵺`應(yīng)用能力。該實踐手段既可以為程序設(shè)計類課程提供在線實驗平臺，還可以為藍(lán)橋杯、ACM程序設(shè)計競賽以及編程類科技競賽等大賽提高平臺服務(wù)。

關(guān)鍵詞:OnlineJudge;教學(xué)改革;計算機(jī)編程課程

一、引言

隨著計算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)在線教育與計算機(jī)輔助教學(xué)引發(fā)了一場深刻的教育模式和教育觀念的變革，一方面計算機(jī)技術(shù)減輕了教育者的工作量，提供了更豐富的教育表現(xiàn)形式，并可在教育資源和教育對象之間建立聯(lián)系;另一方面互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使得更為廣泛的群體可以遠(yuǎn)程接受到更高質(zhì)量的教育。另外，近期中國國務(wù)院印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，《規(guī)劃》中指出中國到2030年人工智能理論、技術(shù)與應(yīng)用總體達(dá)到世界領(lǐng)先水平。人工智能中最重要的部分就是程序設(shè)計。在高校計算機(jī)相關(guān)專業(yè)的教學(xué)活動中，編程課程有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和邏輯思維，增強(qiáng)學(xué)生的信息素養(yǎng)。目前，計算機(jī)及其相關(guān)專業(yè)需要學(xué)習(xí)幾門計算機(jī)語言專業(yè)基礎(chǔ)課程，比如C語言程序設(shè)計、C++程序設(shè)計、JAVA程序設(shè)計等，傳統(tǒng)教學(xué)方式為大量理論學(xué)時與少量實踐學(xué)時相結(jié)合，學(xué)生通過理論教學(xué)學(xué)習(xí)計算機(jī)語言相關(guān)的基礎(chǔ)知識，在實踐學(xué)時階段開展上機(jī)驗證與擴(kuò)展學(xué)習(xí)，具有較好的教學(xué)效果，但是也存在以下幾個問題。(1)課后作業(yè)一般為教材的習(xí)題，數(shù)量較少而且擴(kuò)展性不強(qiáng)，教師一般選取一部分代表性的習(xí)題作為課后作業(yè)，不能照顧到各個知識點。(2)學(xué)生所交作業(yè)一般為紙質(zhì)稿，教師審閱時工作量非常大。以一個小型工程為例，代碼可能為幾百甚至幾千行，而一個教學(xué)班人數(shù)少則幾十人，多則上百人。全部檢查學(xué)生上交的代碼，可操作性太差，因而，教師一般采用抽查其中部分關(guān)鍵代碼段，相應(yīng)地實際的檢查效果也大打折扣。(3)由于過程監(jiān)控力度不夠，抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重。(4)傳統(tǒng)的紙質(zhì)作業(yè)方式不能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，簡單的評分依據(jù)難以對學(xué)生學(xué)習(xí)情況作出客觀評價，相反，它在一定程度上還挫傷學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。針對上述問題，有人提出將目前軟件工程中的自動測試的方法引入到計算機(jī)語言課程教學(xué)中來，學(xué)生的課后作業(yè)不再采用傳統(tǒng)的紙質(zhì)方式，而是采用在網(wǎng)上系統(tǒng)來完成，讓系統(tǒng)對學(xué)生提交的代碼進(jìn)行自動評判，從而減輕任課教師的工作量，最大限度降低學(xué)生抄襲行為，同時提高教師對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的監(jiān)控力度，并使評分更為客觀，進(jìn)而提高整個理論與實踐教學(xué)的質(zhì)量。目前有很多比較流行的OnlineJudge(OJ)系統(tǒng)，比如北京大學(xué)的POJ在線程序測試系統(tǒng)，杭州電子科技大學(xué)的HDUOnlineJudgeSystem，還有些比較優(yōu)秀的開源OJ系統(tǒng)可以利用，從而實現(xiàn)對課程設(shè)計中的代碼進(jìn)行在線自動評判的方法。實踐表明，該方法實現(xiàn)較為簡單，且效果良好。

二、OnlineJudge簡介

ACM/ICPC國際大學(xué)生程序設(shè)計競賽是由ACM(AssociationforComputingMachiner-y，美國計算機(jī)協(xié)會)組織的年度性競賽，國內(nèi)高校從1996年開始參加ACM/ICPC亞洲預(yù)賽。為了利用計算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在線開展程序設(shè)計競賽，OnlineJudge系統(tǒng)(簡稱OJ)被研發(fā)出來，它是一個利用web技術(shù)開發(fā)的在線判題系統(tǒng)。注冊的用戶可以利用Web瀏覽器在線提交程序多種計算機(jī)語言的源程序(如C、Java、C++、Pascal等)，OJ系統(tǒng)自動對提交的源代碼進(jìn)行編譯和執(zhí)行，產(chǎn)生執(zhí)行文件，并利用預(yù)先設(shè)計的大量測試數(shù)據(jù)來檢驗程序所得到結(jié)果的正確性，最終判斷用戶提交源代碼的可用性。基于這樣的背景，很多大學(xué)開發(fā)了自己的OnlineJudge系統(tǒng)，任課教師可以在平臺后臺添加自定義的題目，進(jìn)行上機(jī)實踐考試，舉辦程序設(shè)計比賽，學(xué)生提交的程序可以實時得到評測，返回測評結(jié)果。利用該技術(shù)，既能鼓勵學(xué)生提高動手能力，又極大地方便了教師的教學(xué)工作。

三、實踐教學(xué)手段優(yōu)化

利用OnlineJudge開展計算機(jī)編程課程實踐教學(xué)手段優(yōu)化，采用了如下的步驟:(1)利用OnlineJudge程序測評平臺，任課教師先設(shè)置問題題庫，每道題都針對著編程應(yīng)用中的一個實際知識點。除此之外，還需結(jié)合西南科技大學(xué)國防學(xué)院信息對抗技術(shù)專業(yè)本科生的培養(yǎng)目標(biāo)，在設(shè)計問題時，可以圍繞國防軍工背景，這不僅可以增強(qiáng)問題的生動性，還能增強(qiáng)學(xué)生對該專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣。(2)任課教師從題庫中抽取部分題目作為作業(yè)、考試或者比賽實踐。比如在理論課教學(xué)結(jié)束后，任課教師告知學(xué)生需要在OJ中完成題目，并提醒學(xué)生注意截止提交時間，如圖1所示為某次比賽時的題目。(3)學(xué)生通過賬號登陸測評平臺查看問題集，針對問題，在PC機(jī)上進(jìn)行編程調(diào)試，調(diào)試通過的程序源代碼通過平臺提交到服務(wù)器進(jìn)行測評，如果代碼正確則返回Accept，錯誤則返回WrongAnswer，有語法錯誤則提示PresentationError，并同時返回學(xué)生提交源代碼編譯后程序使用的內(nèi)存、運(yùn)行時間等程序評價數(shù)據(jù)信息。如圖2所示為OJ實時返回的學(xué)生答題狀態(tài)信息。(4)教師登錄到平臺后臺可以導(dǎo)出學(xué)生完成情況的統(tǒng)計信息，包括完成率、正確率、重合率等信息。

四、效果驗證

從2014級開始，利用任教的《C語言程序設(shè)計》開展實驗工作，共兩個教學(xué)班(A班和B班)，A班和B班人數(shù)相差不大，對A班采取以O(shè)nlineJudge的計算機(jī)課程教學(xué)手段優(yōu)化，對B班則按照傳統(tǒng)的教學(xué)方法開展教學(xué)實踐。為了區(qū)分使用和未使用Online-Judge實踐教學(xué)效果，實驗將學(xué)生的成績分成五個等級，分別是＜60分、60－69分、70－79分、80－89分、90分及以上。實驗結(jié)果如下所示。針對2014級《C語言程序設(shè)計》教學(xué)班，使用OnlineJudge的效果如圖3所示，使用OJ的A班平均成績、及格率、優(yōu)良率都好于未使用OJ的B班。圖32014級學(xué)生C語言成績分布統(tǒng)計針對2015級《C語言程序設(shè)計》教學(xué)班，使用OnlineJudge的效果如圖4所示，使用OJ的A班平均成績、及格率、優(yōu)良率也均好于未使用OJ的B班。針對2016級《C語言程序設(shè)計》教學(xué)班，使用OnlineJudge的效果如圖5所示，兩個班級均適用使用OnlineJudge課程教學(xué)手段優(yōu)化，可以得到兩個班的成績分布曲線與趨勢大致相同。圖42015級學(xué)生C語言成績分布統(tǒng)計圖52016級學(xué)生C語言成績分布統(tǒng)計通過實驗表明，利用OnlineJudge的計算機(jī)課程教學(xué)手段優(yōu)化的教學(xué)班級各項指標(biāo)都優(yōu)于未使用的班級，充分證明了該系統(tǒng)對教學(xué)效果具有顯著提升作用。

五、計算機(jī)課程教學(xué)手段優(yōu)化總結(jié)

針對目前計算機(jī)課程教學(xué)實踐中存在的問題，基于OnlineJudge開展教學(xué)手段優(yōu)化，以高質(zhì)量、高成效完成計算機(jī)語言相關(guān)教學(xué)實踐。一方面極大地釋放了教師的作業(yè)批改與統(tǒng)計整理負(fù)擔(dān);另外一方面提升了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，對學(xué)生培養(yǎng)編程興趣、學(xué)習(xí)計算機(jī)語言、掌握編程實踐技能，具有重要的意義。實踐表明，在教學(xué)實踐中引入OnlineJudge優(yōu)化手段后，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性得到大幅提升，課程教學(xué)質(zhì)量也得到較大改善。

參考文獻(xiàn)

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作者:任珍文 楊超 印茂偉 吳明娜 劉洋 孫元 單位:西南科技大學(xué)國防科技學(xué)院