依托学科竞赛的计算机专业学生能力培养研究

叶 枫，吴胜艳，张雪洁，李 凌

（河海大学 计算机与信息学院，江苏 南京 211100）

依托学科竞赛的计算机专业学生能力培养研究

叶 枫，吴胜艳，张雪洁，李 凌

（河海大学 计算机与信息学院，江苏 南京 211100）

在总结国内外知名大学生程序设计竞赛特点的基础上，提出依托学科竞赛的计算机专业学生能力培养模式：结合不同竞赛的特点，完善计算机专业课程讲授体系；构建师生协作和教学过程的质量保障体系。通过对近3年应届毕业生的就业状况和竞赛成绩进行统计和聚类分析，说明依托学科竞赛的学生能力培养模式是可行的。

竞赛；能力培养； R；K-Mean算法

1 问题与研究现状分析

计算机科学与技术的发展日新月异，热点不断。以物联网、大数据为代表的新理念、新技术层出不穷，极大地改变了人们生活和工作的方式。为适应快速发展的需求，软件企业、科研机构等对计算机软件人才的综合素质和创新应用能力提出更高的要求。张尧学院士明确指出 “人才培养的目标和定位不准确，与产业实际需求差距越来越大的矛盾日益突出”“在做事方面，我们的学生在实践能力和创新能力方面，存在着明显的不足”[1]。

具体问题包括以下几方面：①受限于学时，专业课的课堂教学偏重讲解基础概念，内容范围窄，难以系统地跟踪新的理念、技术的发展和行业的需求，影响对学生创新思维的启发和创新能力的培养；②考核机制偏重于卷面笔试，降低对动手能力的要求，不利于对学生实践能力的培养；③软件系统的研发过程需要工程化方法来指导，主动学习和团队化合作非常必要，但日常教学中主要采用1对N的教授方式，难以培养学生的团队合作和主动学习能力；④缺少授课质量保障机制：学生考试结束后，所学专业知识就难以再巩固和应用，难以建立夯实能力的质保链，形不成“学习—实践—应用—再学习”的良性循环；⑤其他能力的培养：师资力量有限，导致难以因材施教，诸如学生的写作、表达能力等就无暇顾及。

已有的研究工作[212]表明，依托计算机竞赛建立学生的能力培养机制以及新型的计算机教学模式是可行的，学生专业能力、团队合作能力、写作能力等方面均有所提高，取得了较为有效的教学和人才培养成果。然而，上述研究工作依然存在不足，如专业竞赛的种类非常多，定位和侧重点也大不相同，缺少考虑不同竞赛间存在定位差异和承接关系；在讨论将竞赛跟正常教学体系相互融合的方式方法时，还不够细致具体；对学生培养的成果缺乏量化分析等。因此，笔者在总结国内外知名大学生程序设计竞赛特点的基础上，提出依托学科竞赛的计算机专业学生能力培养模式。

2 构建依托竞赛的课程培养体系

2.1 计算机专业竞赛的特点

ACM国际大学生程序设计竞赛、“中国软件杯”大学生程序设计大赛以及中国大学生服务外包创新创业大赛是最具有影响力、最受高校重视和师生关注的计算机专业竞赛。除了规模大、关注度高外，竞赛在专业方面还体现如下特点。

（1）展现计算机科学技术发展的新动向和应用的新投向，具有引导性、前瞻性和创新性。这些知名的计算机专业竞赛，往往由领域专家或者业界知名IT公司的工程师出题，命题内容通常会结合研究或应用的热点问题或算法。

（2）具有基础性和综合性。竞赛的内容与课堂教学内容并不脱节，题目往往利用正常教学中所需的知识基础，是对学生掌握专业内容的综合和技能的提升。例如，ACM国际大学生程序设计竞赛能锻炼学生在5个小时内使用C、C++或Java中的一种编写程序解决7～11个问题，重点考查学生的算法和程序设计能力，而使用上述语言进行编程是本科专业学生必须掌握的基础。

（3）不同的竞赛之间存在承接性和系统性。不同的竞赛有不同的定位和侧重点，针对的学生群体和年级层次也不完全一致，往往存在一定的承接性和系统性。ACM国际大学生程序设计竞赛重在锻炼学生的算法和逻辑能力；“中国软件杯”大学生程序设计大赛能锻炼学生综合应用开发组织的能力；中国大学生服务外包创新创业大赛有利于提高学生的编程能力、表达能力等。竞赛之间的承接性和系统性往往为师生所忽视。

（4）命题的开放性。计算机专业竞赛的方法、解决过程及选用的工具都是开放的，突破了以教室、教师、教材为中心的圈子。要想完成竞赛内容，需要参与的学生主动找资料和积极协作来设计方案，严谨认真地部署软硬件环境并编程解决问题，甚至准备文字和表达内容。这样的过程需要学生反复实践，也要求教师从多角度启发指导学生，帮助其从不断的实验甚至是失败中总结经验。一旦成功实施，将显著地提高学生的实践能力和独立解决问题的能力。

2.2 完善课程培养体系

研究竞赛的出题思路、特点等，可以快速地将视野从课本内的基础层面引入更广阔的空间，能让师生以最直接的方式把握计算机学科的最新动态和企事业单位的关注点，有利于激发学生的兴趣和求知欲，也能帮助教师在教学过程中有意识地将基本概念与先进思路和技术关联起来，从而最终有益于师生创新能力的培养。在讲授编程语言、程序设计方法、算法数据结构等基础课程时，任课教师可以引导学生结合ACM国际大学生程序设计竞赛的题目开展学习；在讲授软件工程、体系结构、数据库及相关专业课程时，可结合“中国软件杯”大学生程序设计大赛及中国大学生服务外包创新创业大赛的题目和案例进行讲解。结合竞赛特点完善的教学体系如图1所示。学生带着该主线思路学习课堂内容，有效结合好不同竞赛之间的承接性和系统性，将对锻炼综合能力起到事半功倍的效果。

图1 结合竞赛特点完善的教学体系

3 能力培养的新模式

3.1 建立主动学习和团队合作机制

一个软件项目从设计、开发到运行的整个生命周期中，往往需要多人协作学习和配合。学校传统的教学模式是1对N的教学模式，难以组织多人协作的团队。依托竞赛，将有共同兴趣和余力的师生组织起来，利于构建主动学习和合作的团队。

以近年来我们依托竞赛的教学实践作说明：首先，根据学生的兴趣和能力进行选题组合，根据教师的兴趣或专业特长将其分配到相应的竞赛队中；其次，师生针对题目制订时间进度表、人员安排表等内容，检索查找相应的资料等；最后，备赛过程遇到问题由师生共同学习、讨论并解决，整个团队的架构模式趋向扁平化。在这样的关系下，每个成员都要主动学习并积极与其他成员开展交流合作，相互促进提高，才能顺利开展竞赛。

3.2 建立教学质量保障机制

传统模式缺少教学过程中的质量保障机制。对于很多学生而言，考试一结束，对课程内容的实践、应用等后续环节就缺失了，难以形成“学习—实践—应用—再学习”的良性循环，导致学生缺乏独立解决实际问题的素养。教师作为知识和学生之间的最直接媒介，也要面对计算机专业知识更新带来的挑战。如果计算机教师不能有效地补充前沿知识，不能适应理念的更新和技术的发展，将不可避免落伍。

利用竞赛体系，能进一步完善教与学的质量保障链。教师可借鉴软件工程的过程跟踪和监督体系[13]，采用如下方法：结合竞赛的时间安排，详细地规划竞赛内容的开展，积极与软件工程的过程跟踪和监督体系相对应，包括对每个团队成员学习和实践内容的安排、关键的考核节点、预期目标等。这样，每个环节都会要求参与的学生以较高的质量完成相应的内容和文档，教师可按计划进行监督和指导，任何一步马虎和不合格的工作都将在环节中体现出来。细化的流程跟踪和质量保障方式，可以有效地保障学生的学习质量。

4 实施效果与分析

4.1 供分析的数据和试验环境

为了验证该模式的有效性，我们对采用上述方法实施培养的近3届学生就业状况和获奖状况进行分析。所选用的数据是近3年毕业的350名计算机专业本科学生的成绩、就业和竞赛成绩数据，数据结构组织见表1，包括编号、性别、成绩绩点、毕业去向、接收单位权值和竞赛权值，其中，毕业去向是个数组[保研，考研，国外深造，工作，自主创业和其他]；接收单位权值定义为数组，若保研、考研和国外深造是名校、985高校，权值定为20；若是保研本校或其他211高校，权值定为15；若是去了知名的企业、大型国企或事业单位，权值定为15；若是一般规模的公司，定义为10；其他的则定义为0。竞赛权值是参加一次比赛，赋值为1；若是获得省级奖项按一等至三等分别给予3分到1分；若获得国家级奖项按一等至三等分别给予6分到4分，某位学生的竞赛权值按比赛成绩相加。该数据集有350条，获奖总人数为45人，其中女生84人，获奖10人。表1是两条例示数据的具体形式。

表1 2008—2010级应届毕业生成绩、就业去向和竞赛成绩例示表

所选用的统计分析工具R[1415]是当前发展最为迅速的一种开源免费的统计软件，提供丰富的数据统计、计算和展现功能。

4.2 试验结果及讨论

（1）通过统计，我们发现学生获奖比例为12.9%，女生占学生总人数的24%，获奖女学生比例占获奖人数的22.2%。显而易见，能获得竞赛成绩非常不容易，男女生参与竞赛的能力也没有显著的区分，因此在依托竞赛的教学安排和团队组织方面，并不需要针对性别作特别的考虑。

（2）有兴趣参加专业竞赛的人数第1年是29人，获奖7人；第2年是42人，获奖15人；第3年是57人，获奖23人。这说明越来越多的师生主动参与竞赛并获得竞赛奖励。参与的老师越多，越能将该模式应用到课堂中，吸引更多的学生加入竞赛，师生双方也能从中获得综合能力的提升。

（3）为研究获奖学生的就业倾向，我们对学生就业状况进行统计，如图2和图3所示，结果发现有224名学生选择直接参加工作，占比为64%；选择保研和考研的分别是65人和31人。只针对竞赛获奖学生进行分析，发现保研和考研是第一选择，直接选择工作的只有13人，占比28.9%，远小于64%的全体学生选择工作的比例。这说明获奖学生对于提升自己的专业能力有了更高的期待，对自己的综合素质有了更高的认可度。

图2 全体学生就业选择情况

图3 获奖学生的就业选择状况

（4）为研究参与竞赛的学生是否更容易获得较好的就业选择，我们采用K-means聚类算法[16]。经过多次比较实验后，确定在划分簇数k=3时展示的聚类效果最显著。图4展示学生课程学习成绩与就业去向单位权值的关系，主要划分出3类，即去向单位权值在5左右、在10左右和在15左右的3个就业群组，其中值得注意的是一部分学生的课程学习绩点低于4，但就业单位的权值反倒相对较高。为探究其原因，我们构建图5竞赛权值与去向单位的权值散点图，在该图中，可进一步发现其中聚类将部分的点归为一类，此类学生的去向单位明显受到竞赛成绩的影响，说明就业单位较为看重学生的专业能力和竞赛成绩。将图5中的散点拟合成一条曲线，如图6所示，可以看到，获得竞赛成绩的学生，去向单位的权值是偏高的并且曲线呈上升趋势，也就意味着竞赛获奖学生的就业能力能得到有效提升，具有明显更优的就业前景。

图4 绩点与去向单位权值聚类散点图

图5 竞赛权值与去向单位权值聚类散点图

图6 竞赛权值与去向单位权值拟合曲线

综上，我们可以得到如下结论：依托学科竞赛的学生能力培养模式是可行的，参赛学生逐年增多，竞赛获奖学生的综合能力能得到认可，具有明显更优的就业前景。

5 结 语

依托竞赛的教学模式，重点在于3方面：①能开阔视野，把握新的发展动向，结合竞赛的特点，利于进一步完善课程教学体系；②能建立主动学习和团队合作的机制；③教学过程中具有质量保障环节。实施该教学模式，可以在很大程度上弥补当前计算机教学中的不足，显著地提高师生两方面的综合素质，具有良好的教学质量提升效果。后面的研究将继续完善该教学模式，丰富并细化其内容，为教学研究提供新的可借鉴思路。

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（编辑：宋文婷）

1672-5913(2017)03-0043-05

G642

河海大学2014年小型教学研究项目（河海教务[2014]31号）。

叶枫，男，讲师，研究方向为云计算及数据挖掘，yefeng1022@hhu.edu.cn。