学科竞赛引领下的程序设计基础课程教学改革与实践

吴志强

摘 要：新工科战略要求高校培养适应时代发展的高素质人才，学科竞赛紧密结合行业实践，正成为高校激发学生科学创新能力和技术能力的重要途径，也为高校课堂教学改革提供了清晰的方向。本研究结合河南警察学院网络安全系网络安全与执法专业学生参与学科竞赛情况，对程序设计基础课程教学内容、教学方法、考核评价体系等方面进行改革，构建学科竞赛引领下的程序设计基础课程实践训练组织体系，提升竞赛成绩的同时，有助于培养学生的综合素质和创新创业能力。

关键词：学科竞赛；程序设计；教学改革；实践教学

互联网作为人类社会主要的信息基础设施，蕴含着新的生产力和国防力，对经济社会发展和国家安全发展具有战略意义，网络空间已经成为继领土、领海和领空之外的“第四领土”。近年，随着互联网技术的迅猛发展，信息技术在当今社会中起着举足轻重的作用，传统的犯罪活动日益向互联网转移，新型网络犯罪不断出现，对社会的危害日益严重。公安院校作为培养公安队伍人才的主阵地和主渠道，针对网络安全领域开设了网络安全与执法专业，该专业以计算机科学与技术、信息与通信工程、信息安全为理论支撑，以软件开发技术、网络攻防技术、网络情报技术、计算机犯罪侦查取证技术和网络监察技术为技术支撑，为公安机关网络安全保卫部门培养“实战能力强、发展后劲足”的高级应用型专业人才。为适应新时代公安工作对高素质人才队伍建设的需求，各个公安院校都在积极开展不同形式的教学改革。学科竞赛作为面向大学生的科技活动之一，正成为高校激发学生科学创新能力和技术能力的重要途径，也为高校课程教学改革提供了清晰的方向。网络安全系围绕专业人才培养方案，在学科竞赛项目引领下，对程序设计基础课程教学内容、教学方法、实践活动开展、考核评价体系等方面进行改革与实践，以此提升教学团队的专业素质和业务能力，帮助学生更好地掌握相关知识和技能，培养学生独立思考和分析问题的能力。

一、现状分析

程序设计基础课程作为网络安全与执法专业的基础课程，是网络攻防技术、网络情报技术、计算机犯罪侦查取证技术和网络监察技术等课程的先导课程，涉及数据处理、文件操作、图形图像编程、数据库编程、网络编程、逆向工程与软件分析、科学计算可视化、密码学等内容。在以往的教学实践过程中，虽已强调以学生为中心，以培养学生的创造性思维和提升学生的实践能力为课程目标，但由于缺乏系统的课程实践训练组织体系，课堂教学仍存在着教学方法单一、教学内容和实训案例不能与时俱进、教学和行业实际应用脱节等问题，整体教学效果不理想。

二、教学改革目标与内容

学科竞赛紧密结合行业实践是整合课内外实践教学知识的重要环节，也是检验人才培养质量的重要标尺。以竞赛的方式将课堂教学内容和行业应用相结合，可以增强学生学习的自信心，培养学生解决实际问题的能力，这与程序设计基础课程的教学目标是一致的。针对目前实践教学过程中存在的问题，在学科竞赛引领下，以课堂教学为主阵地，以课外活动和社团实践活动为两翼，对课程教学内容、教学方法、学科竞赛活动开展、考核评价体系等方面进行改革，厘清学科竞赛和课程教学之间的关系，构建课堂教学和课外活动一体化育人体系，提高课程教学质量，提升课程团队成员的专业素质和业务能力。

（一）整合优化教学内容，强化理论基础

基于程序设计类学科竞赛需求，教学团队深入行业应用一线调研，在所使用教材的基础上，将课程内容和实验实训进行整合与优化，基于专业应用案例和学科竞赛题目构建项目化的教学单元，将理论知识与实践活动进行有机结合。教学内容突出程序设计的基本概念、思想与方法，以及所使用语言的特性及其核心思想，为学生营造一个良好的编程思维环境，使学生养成规范化编程的习惯，提高编程效率；科学设置实验课程内容，通过实验课程激发学生学习兴趣，为解决问题提供实战练习，提高学生编程实践能力；加强软件工程和计算机科学理论的学习，借助软件工程开发工具对程序设计进行抽象建模，提升学生的科学思维水平。

（二）革新教学方法，突出学生主体地位

基于学习產出的OBE（Outcome based education）教育理念，打破了传统的内容驱动模式，依据学生的专业培养方案和毕业需求，进行反向设计，以学生为中心，将理论知识与实践活动有机融合。将问题驱动教学法PBL（Problem-Based Learning）、团队合作学习法TBL（Team-Based Learning）、任务和项目驱动的教学法充分融进教学过程。以学科竞赛和创新创业大赛为驱动，以学生为主体，指导教师和学生对竞赛题目和项目共同进行研究、设计、实践，让学生在项目研究中深刻理解相关原理和掌握基础知识，使学生从原来的被动接受转变为主动参与，最大程度地发挥学生的主观能动性，锻炼和培养学生的动手实践能力和创新创业能力。充分利用多媒体、社交媒体和在线平台等新型教育手段，加强对学生学习过程的指导和监督。

（三）扩大学科竞赛活动覆盖面，增强学生自信心

ACM、蓝桥杯、天梯赛等在全国范围或国际范围开展的程序设计大赛，所需要的知识储备量比较大，对于刚入门程序设计的大多数学生来说，题目难度较大，部分学生会丧失参加竞赛的自信心，不利于学科竞赛在课程教学过程中的开展。为扩大学生参与学科竞赛的覆盖面，在校外程序设计大赛的基础上，设置不同层次的校内竞赛，教师通过深入开展行业及专业建设调研，了解行业和市场发展需求，联系行业专家设置难易度适宜的校内竞赛题目，构建校内竞赛平台，以循序渐进的方式培养学生参与学科竞赛的自信心。同时，依托学院网站和微信公众号平台开展学科竞赛宣传活动，让学生了解各类学科竞赛的信息和通知，对参赛获奖的学生及时进行表彰和报道，增强学生参与学科竞赛的获得感和自信心。

（四）改革教学评价方案，激发学生学习积极性

传统的程序设计基础课程教学考核方式一般采用平时成绩（30%）+期末成绩（70%）的方式。这种考核方式过于强调最终的期末成绩，对学习的过程性考核重视不够，考核内容也主要侧重于对知识的识记能力，容易给学生造成平时不用努力学习，考试前突击复习就能通过考试的错误引导，学生在学完一门课程之后，对所学知识的综合应用能力较差。在课程改革中，为引导学生形成良好的学习习惯，对考核形式进行改革，将平时成绩的比重提高到50%，利用学习通平台、educoder、LeetCode等在线学习平台完成平时作业、实验实训项目、学科竞赛训练活动的可视化过程性管理；期末测试不再采用传统的试卷模式，改为项目汇报的模式开展，通过学生对项目需求分析、系统体系结构设计、系统实现、系统测试等方面的过程性表现综合考核学生运用所学课程知识解决实际问题的能力。将教学中学生参与实践问题的解决，课后参与教师科研项目，参与不同层次的学科竞赛和创新创业大赛活动以及所获得成绩作为考核的一部分，给予适当的加分权重，使课程教学考核真正起到充当学生学习指挥棒的正向作用。

三、实施方案及成效

按照分阶段、循序渐进的教学改革思路，课题组从构建学科竞赛体系，优化课程教学设计，提升课程教师业务能力三个方面进行了教学改革与实践。

（一）构建学科竞赛体系

首先，根据程序设计类学科竞赛的特点和步骤，制定竞赛目标，以学生发展为核心，将竞赛目标纳入到课程教学内容中。其次，以竞赛为引领，重新构建课堂教学模式，引导学生准确把握竞赛规则，熟悉竞赛要求，提高学习能力。同时，灵活结合课堂实践活动，设计多样化的竞赛方案，鼓励学生自主发掘问题、分析问题、解决问题，通过竞赛活动提升学生参与竞赛的能力。此外，搭建校内竞赛系统，将学科竞赛引领下的教学改革与学校管理有机结合起来，营造学科竞赛引领下良好的课堂教学环境，建立适合学科竞赛的管理制度，更好地完善竞赛评估体系。最后，开发教学资源，建设学科竞赛知识库，及时调整教学内容，解决教学和行业应用脱节的问题，有针对性地完善竞赛测评项目，以达到贯彻学科竞赛理念、提升学生竞赛能力的目标。

（二）优化课程教学设计

将课程改为线上线下混合式教学模式，融合网络教学和传统教学模式两者的优势，教学设计分为课前、课中和课后三个部分。课前以线上学习为主，以了解知识为目的。在超星学习通、中国大学MOOC（慕课）、哔哩哔哩等平台选取与课程知识点相关的视频和学习资料发送给学生进行课前预习，如程序开发中常见的错误和解决方式、循环的几种使用方法的优缺点、Python读取文件的多种方法应用场景等，引导学生课前查阅相关资料和实验数据，主动发现问题，尝试解决问题，培养学生自主学习的能力，提升学生分析问题和解决问题的能力。

课中以线下课堂教学为主，以知识内化为目标，精讲精练，提升课堂教学效率。基于程序设计类学科竞赛的需求，在以往所使用的教材基础上，将学科竞赛知识点和课程教学内容进行整合与优化，构建项目化和模块化的教学单元，将理论与学科竞赛知识点进行一体化融合。在以往的教学反馈中，学生在学习一项程序设计方面的新技术时，经常会产生这项技术具体有什么用途以及在什么情况下使用的疑问。对于这一问题，课堂教学中灵活采用任务驱动、翻转课堂、分组讨论等教学方法，从程序设计项目的具体开发步骤入手，引导学生进行探究式和互动式学习，将知识点进行串联去解决实际应用的问题，锻炼学生分析、表达、讨论、总结问题的能力。

课后采用线上线下混合式教学模式，教师通过学习通、雨课堂、educoder、LeetCode平臺发布课后作业、实验/实践项目、科研课题。学生完成作业后上传到在线平台，教师在线进行批阅，如果学生学习中遇到困惑，可以通过微信、学习通与教师及时进行沟通。同时，引导学生关注学科前沿技术，查阅文献了解行业相关动态，让学生自主探索。此外，课后开展程序设计兴趣小组学习活动，加大开放实验室建设力度，为学生提供充足的实验实训场地保障，鼓励学生参加各种学科竞赛和指导教师的科研项目，培养学生的实践技能。

（三）提升课程教师业务能力

教师是课程建设的主体，只有掌握先进的教学理念和前沿的学科技术，才能保障教学改革工作的有效开展。为此，课题组制定了教学团队业务能力提升方案。课题组通过听评课、集中研讨和外出学习等方式，统一思想认识、统一课程标准，实现校外“同课高质”，校内“同课同质”；课题组教师参与学科竞赛的赛前辅导工作，钻研竞赛项目，组织教师多次深入公安一线实战单位和教学研究基地，了解网络安全与执法人才培养和行业需求，丰富教学项目库内容；课题组教师积极参加公开课和教学技能竞赛，通过不断磨课，提升教学技能。

近两年，通过学科竞赛驱动的课程教学改革，教学效果有了很大的提升。课题组所指导的程序设计兴趣小组连续多年在“蓝桥杯”全国软件和信息技术专业人才大赛中荣获佳绩，累计获得一等奖4次，二等奖7次，三等奖8次；在全国大数据技能竞赛方面，获得团体三等奖1次，优秀奖1次。竞赛成绩提升的同时，学生的综合素质和创新创业能力也得到提高，系部的学风得到了很大提升，实现了以赛促学的目的。在完成教学任务的同时，课题组完成省部级科研项目1项，在研省部级项目1项，其他校级项目多项，团队教师2022年获得省教育系统教学技能竞赛二等奖1项，2022年被学校评为重点培育教学团队，实现了以赛促研和以赛促教的目的。

网络空间已经成为继领土、领海和领空之外的“第四领土”，网络空间治理需要高素质的网络安全人才。为提升网络安全与执法专业人才培养质量，以学科竞赛为引领，构建程序设计基础课程教学体系，从教学内容、教学方法、实践活动开展、考核评价体系等方面进行改革与实践，解决教学和行业应用脱节的问题，使课程知识结构得到进一步优化，有助于培养学生的综合素质和创新创业能力，可对其他工科专业课程的教学改革实践起到一定的借鉴作用。

参考文献：

[1]王平辉，裴红斌，赵俊舟，等.网络社会现代治理的挑战与对策[J].中国科学院院刊，2022（12）.

[2]网络犯罪新趋势：犯罪产业链渐现[EB/OL].（2023-02-17）https：//www.spp.gov.cn/spp/llyj/202011/t20201103_483757.shtml.

[3]王威，张世星，张辉，等.学科竞赛引领下网络安全与执法专业教学改革与实践[J].教育理论与实践，2022（12）.

[4]郑杰，窦益华，万志国，等.基于学科竞赛引领创新型人才培养的研究与实践[J].轻工科技，2021（10）.

[5]刘有耀，蒋林，杜慧敏，等.工程应用型创新人才培养模式研究与实践[J].高等工程教育研究，2015（5）.

[6]于广，刘龙，鞠尔男，等.学科竞赛引领下的创新实践教学体系[J].实验室科学，2022（5）.

[7]苏靖，雍雅萍，高治国，等.以“新工科”建设为导向的“食品生物化学”课程PBL教学模式的探索[J].农产品加工，2022（2）.

[8]李瑞霞.学科竞赛引领下的“医学仪器设计原理”教学改革实践[J].科技与创新，2020（19）.

[9]吕国英，李茹.学科竞赛引领创新人才“三个三”教学改革模式探讨[J].软件导刊（教育技术），2016（11）.

责编：应 图