浅谈程序设计竞赛与通识教育的结合模式

2022-07-24杨鹏吴磊汪小平

大学教育 2022年5期

杨鹏　吴磊　汪小平

[摘要]针对目前国内对新工科领域创新人才的需求与通识教育不足之间的矛盾，以及当前科技型人才培养过程中存在的问题，文章结合新工科改革背景下通识教育改革新理念，研究将通识教育“新四会”的人才培养理念，与算法程序设计竞赛相结合的精英人才培养新模式，并对新模式的内涵、实现途径、人才梯队建设、考核方式和方法等进行了深入探讨，最后结合竞赛成绩和产出，说明该模式的运行效果。

[关键词]通识教育;程序设计;新工科;人才培养

[中图分类号] G640 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2022）05-0123-04

2017年教育部高等教育司提出工程教育应在以往的基础上进行改革强化，促使创新驱动更深入的发展，并从工程教育新理念、学科专业新结构、人才培养新模式、教育教学新质量和分类发展新体系等几个方面提出如何围绕工程教育改革进行新工科的研究和实践等问题[1]。

新一轮工业革命不仅突出科技创新和产业变革，而且对人们的社会生产生活方式以及高等教育都会产生深刻影响[2]。新工程教育在融合基础学科、工程学科、人文学科的基础上，将更加注重工程实践能力、跨学科与复合创新型人才的培养。高校应着重打造通识教育与核心竞争力培养体系，构建由核心通识课程体系与专业课程体系相辅相成的通识教育新模式[3]。

同时，新工科教育模式改革主要是对传统的工科专业过窄过细的弊端进行研究，探索跨学科专业之间的交叉融合，并针对目前在工程实践方面、创新思维方面的人才需求，培养能力突出的高素质、复合型新工科人才[4]。

而新工科建设的主要目标就是对各学科的专业课程体系进行重新打造。新工科专业的整个课程体系可以由通识教育和专业教育两部分组成。其中通识基础课程群主要为新工科专业学生提供适应面广的人文社会科学、数学和计算机基础等课程。通识课程群注重培养学生的人文素养、团队合作精神、创新创业意识以及计算思维等[5]。在新工科的建设过程中，各类学科的发展对计算机基础课程的学习效果提出了较高的要求，尤其是在重要的交叉学科的人才培养上，具有计算思维已成为较为关键的一点。程序设计课程不仅仅被视为一门工具课程，更是新生入学后的计算思维启蒙课程，如果把程序设计竞赛的培养理念渗透其中，强化工科学生的思维能力和实践能力，将对各类学科的人才培养起到积极的推进作用。

一、程序设计竞赛在创新人才培养中的作用

针对当前互联网科技领域对创新型人才的需求与高等教育创新型人才培养不足之间的矛盾，在工业化革命飞速变革的今天，亟须通过变革来提升传统教育的教学效果，同时国内对新工科诉求下的高水平人才有着较大的需求，这是新时代高等教育面临的难题。根据清华大学多年来在全国信息学奥林匹克竞赛的技术组织与培训方面所总结的经验，高校应鼓励学生在掌握传统专业课程教学内容并学有余力的同时，积极参与各类学科竞赛。通过参加学科竞赛，丰富学生的阅历，开阔学生的视野，促进学生思维转换和能力特长的个性发展，培养学生的团队合作意识，从而达到培养符合时代需求的创新型人才的目的。各類学科竞赛所涉及的知识范畴往往高度融合了多个学科知识，相比日常课程，学科竞赛对知识点的运用将更灵活、更具难度和挑战性，需要在现有知识体系的基础上进一步发展思维和创新能力，这是对学生综合素质能力的深入培养[6]。

通过竞赛课程培育人才，还可创新各种学习方式和培养途径。要培养学生的计算思维和创新意识，让学生学习始终处于对未知问题孜孜不倦地探索中，以及刻意求新的精神状态之下。竞赛活动以其问题的刁钻，激发学生的兴趣，通过任务驱动的方式，让学生在解决问题的过程中完成思维的跳跃和实践能力的提升。竞赛中的问题由于涉及较多学科领域的理论和方法，有些问题的求解是没有固定套路和做法的，这对学生在有限的时间内综合运用所学知识对问题进行提炼、分析和归纳，以及通过建模、编程等方式完成问题的解答等方面的能力提出了较高的要求。不同学科竞赛所需的学科知识种类有所不同，但是殊途同归，都将培养创新能力与知识运用的综合性、灵活性及探索性相结合[7]。

二、程序设计竞赛与通识教育的结合

中国的高等教育经过改革开放后一系列的专业调整，办学的基本形式已经转变成行业化办学和高度专业化的人才培养。但是这种高度专业化的培养模式过于强调专业性的发展而限制了学生的全面发展，这与科技时代对新工科人才的定义是不完全匹配的。应当认识到，在传统的专业教育之外的通识教育是一种强调跨学科知识融合和强调听说读写的非专业、非功利性的能力、态度、价值的教育。通识教育的目的是培养人格健全和具有社会责任感的社会公民，通识教育的实质是培养全面、和谐发展的人。

通识教育在国外高校已经得到普遍推广，国外高校在通识教育方面积累了大量的人才培养理念和经验，尤其是人才培养体系制度非常值得我们借鉴。在一些国外知名高校的本科教育体制中，通识教育核心课程往往会占据全部课程的三分之一左右，就算是以理工科为主的高校也会向学生开设大范围的、科学的专业综合训练，并强调跨学科学习和多元化思维，同时在学生的成长过程中灌输未来的终身学习和高目标的职业成长。

目前，国内高校所倡导的自然科学通识课程主要是具有一定专业性的数学、物理、化学等课程。在转变新工科人才培养理念的过程中，我们需要改变对程序设计通识教育的误解和偏见，突出计算思维在新工科人才培养中的作用和影响。高校在思考如何才能深入推动程序设计通识教育的普及性上，应该优先强调如何灌输通识观念。良好的程序设计通识教育应该是教师和学生对程序设计课程的教学和学习有更加正确、合理的认识。

高校强调的通识教育应该侧重考虑如何给予学生全面的教育，从而促进学生在能力素质方面全面、和谐发展。针对如何整体规划人才培养体系，目前的做法是通过调整课程体系结构、完善通识课程体系建设、优化学生知识体系结构，加强跨学科、跨领域培养，使学生具备理科的逻辑思维、工科的技术方法和文科的想象创意等素养，培养学生的健全人格与综合素质。

电子科技大学将通识教育视为一种教育理念，重在开阔学生视野，明确强调本科阶段的学生应当在听、说、读、写四个方面具备基本的能力素养，并将其称之为“新四会”。学校明确能力培养理念和方向，即培养学生的思维辨析能力、语言表达能力，在通识教育的学习中强调创新精神，在工科的学习氛围中突出强调学生人文与科学素养，达到“学以成人”。随着学校继续深入推进通识教育，在原有课程体系的基础上不断完善通识课程体系建设，提出以学科竞赛带动通识教育，将不同学科竞赛的人才培养理念和思辨方式与专业教育相融合，进一步提升学生的综合素养，培养学生的广泛志趣，让人才培养朝着精英化的目标不断推进。

为此，电子科技大学自2016年以来就将ACM算法与程序设计课程纳入学校的核心通识课程体系，包括理、工、管、文在内的各个专业的学生在大一时就可自主选修。来自不用学科领域的学生可交叉组队或分组，这已经成为算法与程序设计教学和比赛的常态。学生通过ACM算法与程序设计通识课程的学习，能力和素质得到了进一步的提升，毕业后的选择更加多样化，进入社会后也将会深受欢迎。

算法与程序设计在理论上具有一定的抽象性，方法和知识的运用也比较综合。将ACM竞赛课程开设成核心通识课程，就是让算法与程序设计成为大学生必备的素质与能力，“学”程序设计的根本在于明白何处用算法、怎样用好算法。希望更多的学生通过ACM算法与程序设计核心通识课程的学习能爱上算法、用好程序设计，为自己未来的事业插上程序设计的翅膀。

算法与程序设计的核心就是要通过数学方法以及算法思想分析问题，通过程序设计解决问题，这也是培养学生计算思维能力的必备过程，同时要求学生具备“新四会”能力，这也与通识教育的理念不谋而合。目前的教学方法与考核方式改革正是推动通识教育的“指挥棒”，具有重要的导向作用。

ACM算法与程序设计这门核心通识课程的教学目标是促使新工科学生牢牢掌握各类算法的基本概念以及程序设计实现和方法，并紧密结合自身专业的应用，培养学生利用所学算法知识发现专业中的实际问题和解決问题的能力，从而将工科中的学科基础课程、程序设计通识课程和学科专业课程进行深度融合，使新工科下的各类专业学生都具备扎实的专业基础和实践能力，提升本科学生未来的科研和创新能力。

在将ACM算法与程序设计课程和通识教育体系融合的过程中，全校工科专业的学生主要面临两个问题。

一方面，如果完全按照现有计算机算法分析的理论进行讲授，教学内容将以单纯的理论推导和证明为主，教学模式枯燥乏味、知识抽象，非计算机专业的学生难以将算法理论知识与本专业应用问题相结合，造成所学知识与本专业体系相孤立，学生的综合能力无法得到锻炼。另一方面，非计算机专业的学生对算法与程序设计类课程普遍缺乏积极性，其教学效果不及其他实践类课程。学生的学习主要以考试为目的，未能积极主动地将核心通识课程中所学的算法与程序设计知识延伸到后续专业课程的学习中，导致核心通识课程与本专业课程缺少衔接。

针对教学内容问题，课程组在ACM算法与程序设计核心通识课程的讲授中没有单纯地介绍理论，而是除帮助学生牢牢掌握各类算法的基本概念以及程序设计的技巧方法外，开发了大量有趣的、贴近生活的程序设计题目，激发学生分析和解决这些问题的兴趣，更强调学生能够进一步将程序设计方法应用于本专业的实际工程问题。

针对教学方法问题，课程组将学科竞赛问题趣味化和通俗化，以科普的方式调动不同专业学生的学习积极性，同时将多种教学形式融入课堂，积极探索将课程教学和考核融入课堂教学、组织小型竞赛PK和课程综合设计答辩三个环节，并结合工科学生本专业的实际应用问题，提高学生的实践和创新能力。在课程综合设计环节，要求学生不断思考、综合运用课程知识，对各类算法问题进行分析、优化，并以PPT答辩形式进行汇报，充分锻炼学生的团队合作能力和个人交流表达能力。程序设计并没有标准答案可以参考，学生会因方法选择不合理或者程序逻辑问题而返回修改程序。对程序的反复调试和修改会让学生明白什么是现代社会所需要的精益求精的工匠精神。工科中的工程实践问题设计过程就是反复修改的过程，解决这些问题需要有扎实的算法与程序设计基础和高度的责任感，这样才能高效、高质量地完成本职工作。

针对课程考核方式，课程组要求参与课程的学生在完成答辩汇报后，还要按照规范要求提交算法小论文，以锻炼学生的写作能力和口头表达能力。如此，其作为一门核心通识课程已较为充分地体现出“新四会”精神。

三、成效分析

经过多年来对新通识教育人才培养模式的实践，电子科技大学新工科专业学生的思维意识和实践能力得到明显提高。2018年举办全校程序设计竞赛，由于之前通过核心通识课向新工科专业学生进行了该竞赛的普及与推广，报告参赛的学生几乎覆盖了所有新工科专业，人数超过900人（如表1所示），其中大一、大二比例较高，说明工科学生在低年级就打下了良好的程序设计基础，具备一定的计算思维素养，这将会非常有利于学生完成高年级专业课程的学习。

在参加全国程序设计竞赛方面，更突显出了电子科技大学程序设计人才的数量优势。2016年学校的参赛队获得首届中国高校计算机大赛-团体程序设计天梯赛特等奖。而在2019年第四届中国高校计算机大赛-团体程序设计天梯赛中，来自9个不同专业的10名参赛学生获得最佳组合队奖（如图1所示）。

四、结束语

文章围绕新工科的要求，对创新人才培养过程中涉及的素养教育、通识教育进行了分析，并强调了程序设计教育应作为通识教育的一部分，与传统的通识教育理念相结合，推动、普及计算思维，以此构建具有发展前景的人才培养体系。近几年电子科技大学的实践成果表明，该体系已成为培养具有可持续发展潜力的新工科人才的关键。通过这样的教学改革，可以有效地提高各类专业学生的思维意识和创新意识，提升各类专业学生的问题分析能力和实践能力。

[ 参考文献 ]

[1] 中华人民共和国教育部.教育部高教司关于开展新工科研究与实践的通知[EB/OL].（2017-02-20）[2020-10-10].http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/A08_gggs/A08_sjhj/201702/t20170223_297158.html.

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