程序设计类竞赛集训模式探讨及作用分析

2019-05-09杨丰玉段喜龙

计算机教育 2019年4期

陈英，郑巍，杨丰玉，段喜龙

（南昌航空大学软件学院，江西南昌 330063）

0 引言

随着科学技术的快速发展，各大公司相对以往更加关注毕业生的综合素质。在此要求下，各高校应适应这种变化，更有针对性地加强在校大学生综合素质的培养，以期提高大学生毕业找工作的竞争力[1]。而对计算机专业的相关学生而言，程序设计类竞赛能够有效提高学习的主动性、思考的创造性、团队的合作性[2]。

近年来，国内高校学生可以参加的程序设计类竞赛主要有以下几种[3-4]：①ACM国际程序设计竞赛，中国区域赛网络赛的时间为9-10月，现场赛的时间为10-12月；②“蓝桥杯”全国软件和信息技术专业人才大赛，初赛时间约为4月初，国赛时间为5月底；③团体程序设计天梯赛，比赛时间为3月底4月初；④中国大学生程序设计大赛（CCPC），网络赛时间为9月，现场赛的时间为10-12月。从以上几种比赛的时间看，基本跨越了全年。如何保证学生以好的状态把握上述比赛的机会，是各个高校教练要面对的事情。分析各个取得好成绩的高校实践结果表明，组织集训队是一个不错的措施。

1 集训模式

1.1 严格选拔优秀学生

学生是比赛的主体，选拔优秀的学生是形成集训队的先决条件。然而对一般高校而言，绝大多数学生都是零基础的，即高中阶段没有接受过系统程序设计竞赛的训练，这是一个短时间内无法改变的事实。针对这种情况，学院主要采用三步走的学生选拔策略：①广撒网：在PAT平台上布置200道基本题目（以C语言和简单的数据结构为主），为每一个刚入学的大一新生分配一个账号，通过入学宣讲说明参加程序设计竞赛的重要性，并告知他们两个月后根据做题数量的多少进行淘汰；②重点捕鱼：根据做题数量以及完成的质量，淘汰大多数新生，只留下积极性比较高的学生；③多轮次考核淘汰：制定每两个月一次的淘汰机制，进行末位淘汰，淘汰后的学生将无法再次进入集训队。

1.2 认真梳理集训内容

程序设计类竞赛的知识点非常多，且难度非常大，对于学生而言，不可能期望知识点全覆盖。因此，按照从简到难对知识点梳理排序，同时结合学生的特点，选择其中的部分知识点进行专题讲解和训练，通过对部分例题的讲解，让学生掌握知识点的特点、解题的思路、多知识点的结合等。在此基础上，布置难度稍高的题目，让学生自行解答，做到对知识点的真正掌握。例如，对于动态规划（Dynamic Programming，DP）这个知识点，操作如下：①讲解该知识点的理论基础；②在杭电OJ（Online Judge）上布置2～3道针对DP的题目，要求学生在2个小时内完成；③对集训队员完成情况进行点评，并讲解题目；④在此基础上，布置10道DP题目，要求学生在5个小时内完成。

1.3 制订集训制度

针对参加集训的学生，制订详细的集训制度，主要包括：①出勤制度，规定签入、签出的时间，要求每位学生保证其出勤时间，不能迟到，有事请假，不能无故缺勤；②考核制度，要求学生做到出工出力，不能出现“身在曹营心在汉”的情况；③递补制度，任何学生违反了制度，都将被淘汰出集训队伍，转而由候补队员加入，给学生一定的威慑力。

1.4 合理安排集训计划

对普通院校而言，学生生源质量一般，基本都是零基础，学院采用循序渐进、分步走的策略，要求学生在掌握基本知识点的基础上，逐步提升难度，做到一步一个脚印，稳扎稳打。例如，按照如下的顺序制订计划：①在学生自学的基础上，强化计算机语言（C、C++等）的使用能力；②要求学生熟练掌握数据结构的基本操作；③要求学生熟练掌握基本算法的设计与实现；④要求学生掌握一定的数学知识（如数论、组合代数、计算几何等）；⑤要求学生掌握更高难度的算法。

1.5 强力保障执行计划

为了让学生有良好的集训环境，应给予硬件和软件的保证，在硬件方面，有独立的集训教室、人手一台高配置电脑，高速畅通的网络环境，高清的投影仪、空调等。在软件方面，配备了有经验的教师和高年级学生给学生辅导，也积极参加第三方的暑假多校赛，例如杭电的多校赛、牛客网的多校赛、亚洲训练联盟的多校赛等。

1.6 疏导学生心理问题

高强度的集训会让学生在身体上感觉累，“攻坚克难”也会使学生在心理上压力较大，而压力的持续性会使学生感觉“身心俱疲”。这种状态将降低学生学习的积极性，使其集训状态下降，而单个学生的消极状态将传染给其他人，让整个集训团队的效率降低。面对这种可能出现的状况，教师需要不定期地对学生进行心理辅导，从各方面教育他们正确面对集训过程中遇到的困难和问题，例如讲励志故事、玩真心话大冒险游戏等，更重要的是教师要成为学生的朋友，让学生愿意倾诉他们的心里话。

2 对学生的作用

为了对比分析，选用两组学生作为分析样本：其中一组学生为集训队队员，人数为56人，其中2015级13人、2016级18人、2017级25人；另一组学生为学院对应的同年级学生，人数为300人，其中2015、2016、2017级各100人。为了说明方便，本文称后一组学生为非集训队。同时，为了使对比结果更加科学，两组样本的对比数据为相对数。

2.1 培养学生编程兴趣

兴趣是最好的老师，学生从集训队的“传帮带”氛围中，体会到了相互帮助、共同提升的乐趣，也培养了编程的兴趣。“三人行必有我师焉”，在集训队的氛围中，每位队员都充分和教师、队员进行沟通交流，各种思想碰撞会产生思维的灵感，而这些灵感有助于解决编程过程中的困惑，让队员们充分感受编程带给他们的快乐；采用循序渐进、由浅入深的策略，集训队员每做出一道题都会有很大的成就感，久而久之队员对编程的热情就越来越浓。以“你对编程感兴趣吗”为题进行数据统计，统计的结果见图1。该结果表明，集训队成员的编程热情远远高于非集训队学生的编程热情，其中，集训队员对编程非常感兴趣的比例高达98%，而非集训队员只有50%；没有集训队员对编程不感兴趣，而对编程不感兴趣的非集训队员占比6%。

图1 学生编程热情对比

2.2 养成编程习惯

高效能的习惯意味着踏上了成功的快车，只有行动才能捕获命运。养成良好的编程习惯，就要每天保持一定的编程时间，并持之以恒。集训队的队员每天制定的小目标包括：①给自己规定学习算法知识点的数量；②明确查看并理解经典算法的数量；③明确做算法题的数量；④相互讲解题。每天结束时，队员们均会总结每天的得失，也相互监督这些目标是否完成。本文以“你每天有几个小时用于编程”为题进行数据统计，统计的结果见图2。该结果表明，集训队成员每天的编程时间远远大于非集训队学生。进一步分析可以发现：集训队的成员每天都会主动编程，每天超过2小时的比例超过了35%，每天超过3小时的比例达14.29%；而非集训队的学生每天超过2小时的比例不足15%，每天超过3小时的比例只有5.43%。

图2 编程时长对比

以“截止到5月1号，你在各个OJ上做题的数量为多少”为题进行数据统计，为了使统计结果更加集中，主要统计了杭州电子科技大学的OJ、计蒜客、牛客网以及PTA这几个OJ平台上的做题数量，并对其求均值，统计的结果见图3。该结果表明，集训队员均会主动在OJ上做题，并随着习惯的养成，做题的数量均稳步上升。进一步对比可以发现，集训队和非集训队在做题的数量上差距是非常大的，当然这也可能与非集训队的学生平时没有使用这几个OJ平台有关。

2.3 提高学生编程能力

图3 编程数量对比

“量变引起质变”，学生持续努力做题，结果就是学生的编程能力水涨船高。本文统计2015级学生的数据结构和算法设计分析A这两门课程的期末考试成绩分布区间，对比结果见图4和图5。从图4可以看出，集训队学生的数据结构这门课程分数分布在80～99这两个区间的占比超过90%，而非集训队只有38.04%；集训队没有学生成绩不及格，而非集训队有4.35%的学生不及格。

图4 数据结构分数分布区间对比

图5 算法设计与分析A分数分布区间对比

从图5可以看出，集训队学生的算法设计与分析A这门课程分数分布在80～99这个区间的占比为84.62%，而非集训队只有35.37%；集训队没有学生成绩不及格，而非集训队有6.10%的学生不及格。综合图4和图5可知，作为大学本科程序设计的两门主要课程，集训队学生的成绩远远高于非集训队学生的成绩，这说明集训起到了重要作用。

为了进一步说明问题，笔者以学院2018年3月份参加“程序设计天梯赛”的30位学生作为样本进行内部对比。这30位学生分别由2015、2016和2017级组成，人数分别为7人、9人和14人。按照不同的年级，对比数据分别为各年级学生比赛所得分数的平均分和标准方差，统计对比结果见图6。从该图中可以看出，就平均分而言，2015级最高，2016级居中，2017级最低，这符合高年级学生分数更高的基本规律。但是，进一步分析后可以发现，2017级相对2016级的平均分差为-18.26，而2016级相对2015的平均分差为-25.39，这种现象也更说明了集训的重要性。再分析标准方差可以看出，虽然这是2017级第二个学期取得成绩，但其成绩的分布最稳定。

图6 程序设计天梯赛的成绩对比分析

2.4 提高学生的团队协作能力

在软件企业中项目开发都是以团队为单位，没有团队协作能力将举步维艰，每个成员都应该具有与其他成员协作的能力。ACM-ICPC、CCPC、程序设计天梯赛都是以3人或者10人作为一个团队进行竞赛的，而学院平时的集训也要求学生以团队形式进行。针对每个学生不同的特点，进行分工合作，这样有效地提高了他们的沟通能力和团队协作能力，具体表现为：①每个小组成员能够包容其他成员的失误；②解题思路能够得到小组成员的支持；③获得的资源能够共享；④组员之间相互给予了最大程度的信任；⑤把自己当做集体的一员，评价和管理自己的行为，并承担自己的责任。

2.5 提高学生的自学能力

作为相对本科教学难度更大的程序设计类竞赛，其涉及的知识面广且深，这就要求学生具备自学能力。通过集训，学生的自学能力也得到很大的提升，具体表现为：①对程序设计有强烈的兴趣爱好，经常对某一类问题尝试采用不同的算法进行解决；②有强烈的求知欲，能够主动、自主进行学习；③能够对已掌握的算法进行组织和归类，举一反三，解决新出现的问题。