淺談程序設計競賽與通識教育的結合模式

楊鵬　吳磊　汪小平

[摘 要]針對目前國內對新工科領域創新人才的需求與通識教育不足之間的矛盾，以及當前科技型人才培養過程中存在的問題，文章結合新工科改革背景下通識教育改革新理念，研究將通識教育“新四會”的人才培養理念，與算法程序設計競賽相結合的精英人才培養新模式，并對新模式的內涵、實現途徑、人才梯隊建設、考核方式和方法等進行了深入探討，最后結合競賽成績和產出，說明該模式的運行效果。

[關鍵詞]通識教育;程序設計;新工科;人才培養

[中圖分類號] G640 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2022）05-0123-04

2017年教育部高等教育司提出工程教育應在以往的基礎上進行改革強化，促使創新驅動更深入的發展，并從工程教育新理念、學科專業新結構、人才培養新模式、教育教學新質量和分類發展新體系等幾個方面提出如何圍繞工程教育改革進行新工科的研究和實踐等問題[1]。

新一輪工業革命不僅突出科技創新和產業變革，而且對人們的社會生產生活方式以及高等教育都會產生深刻影響[2]。新工程教育在融合基礎學科、工程學科、人文學科的基礎上，將更加注重工程實踐能力、跨學科與復合創新型人才的培養。高校應著重打造通識教育與核心競爭力培養體系，構建由核心通識課程體系與專業課程體系相輔相成的通識教育新模式[3]。

同時，新工科教育模式改革主要是對傳統的工科專業過窄過細的弊端進行研究，探索跨學科專業之間的交叉融合，并針對目前在工程實踐方面、創新思維方面的人才需求，培養能力突出的高素質、復合型新工科人才[4]。

而新工科建設的主要目標就是對各學科的專業課程體系進行重新打造。新工科專業的整個課程體系可以由通識教育和專業教育兩部分組成。其中通識基礎課程群主要為新工科專業學生提供適應面廣的人文社會科學、數學和計算機基礎等課程。通識課程群注重培養學生的人文素養、團隊合作精神、創新創業意識以及計算思維等[5]。在新工科的建設過程中，各類學科的發展對計算機基礎課程的學習效果提出了較高的要求，尤其是在重要的交叉學科的人才培養上，具有計算思維已成為較為關鍵的一點。程序設計課程不僅僅被視為一門工具課程，更是新生入學后的計算思維啟蒙課程，如果把程序設計競賽的培養理念滲透其中，強化工科學生的思維能力和實踐能力，將對各類學科的人才培養起到積極的推進作用。

一、程序設計競賽在創新人才培養中的作用

針對當前互聯網科技領域對創新型人才的需求與高等教育創新型人才培養不足之間的矛盾，在工業化革命飛速變革的今天，亟須通過變革來提升傳統教育的教學效果，同時國內對新工科訴求下的高水平人才有著較大的需求，這是新時代高等教育面臨的難題。根據清華大學多年來在全國信息學奧林匹克競賽的技術組織與培訓方面所總結的經驗，高校應鼓勵學生在掌握傳統專業課程教學內容并學有余力的同時，積極參與各類學科競賽。通過參加學科競賽，豐富學生的閱歷，開闊學生的視野，促進學生思維轉換和能力特長的個性發展，培養學生的團隊合作意識，從而達到培養符合時代需求的創新型人才的目的。各類學科競賽所涉及的知識范疇往往高度融合了多個學科知識，相比日常課程，學科競賽對知識點的運用將更靈活、更具難度和挑戰性，需要在現有知識體系的基礎上進一步發展思維和創新能力，這是對學生綜合素質能力的深入培養[6]。

通過競賽課程培育人才，還可創新各種學習方式和培養途徑。要培養學生的計算思維和創新意識，讓學生學習始終處于對未知問題孜孜不倦地探索中，以及刻意求新的精神狀態之下。競賽活動以其問題的刁鉆，激發學生的興趣，通過任務驅動的方式，讓學生在解決問題的過程中完成思維的跳躍和實踐能力的提升。競賽中的問題由于涉及較多學科領域的理論和方法，有些問題的求解是沒有固定套路和做法的，這對學生在有限的時間內綜合運用所學知識對問題進行提煉、分析和歸納，以及通過建模、編程等方式完成問題的解答等方面的能力提出了較高的要求。不同學科競賽所需的學科知識種類有所不同，但是殊途同歸，都將培養創新能力與知識運用的綜合性、靈活性及探索性相結合[7]。

二、程序設計競賽與通識教育的結合

中國的高等教育經過改革開放后一系列的專業調整，辦學的基本形式已經轉變成行業化辦學和高度專業化的人才培養。但是這種高度專業化的培養模式過于強調專業性的發展而限制了學生的全面發展，這與科技時代對新工科人才的定義是不完全匹配的。應當認識到，在傳統的專業教育之外的通識教育是一種強調跨學科知識融合和強調聽說讀寫的非專業、非功利性的能力、態度、價值的教育。通識教育的目的是培養人格健全和具有社會責任感的社會公民，通識教育的實質是培養全面、和諧發展的人。

通識教育在國外高校已經得到普遍推廣，國外高校在通識教育方面積累了大量的人才培養理念和經驗，尤其是人才培養體系制度非常值得我們借鑒。在一些國外知名高校的本科教育體制中，通識教育核心課程往往會占據全部課程的三分之一左右，就算是以理工科為主的高校也會向學生開設大范圍的、科學的專業綜合訓練，并強調跨學科學習和多元化思維，同時在學生的成長過程中灌輸未來的終身學習和高目標的職業成長。

目前，國內高校所倡導的自然科學通識課程主要是具有一定專業性的數學、物理、化學等課程。在轉變新工科人才培養理念的過程中，我們需要改變對程序設計通識教育的誤解和偏見，突出計算思維在新工科人才培養中的作用和影響。高校在思考如何才能深入推動程序設計通識教育的普及性上，應該優先強調如何灌輸通識觀念。良好的程序設計通識教育應該是教師和學生對程序設計課程的教學和學習有更加正確、合理的認識。

高校強調的通識教育應該側重考慮如何給予學生全面的教育，從而促進學生在能力素質方面全面、和諧發展。針對如何整體規劃人才培養體系，目前的做法是通過調整課程體系結構、完善通識課程體系建設、優化學生知識體系結構，加強跨學科、跨領域培養，使學生具備理科的邏輯思維、工科的技術方法和文科的想象創意等素養，培養學生的健全人格與綜合素質。

電子科技大學將通識教育視為一種教育理念，重在開闊學生視野，明確強調本科階段的學生應當在聽、說、讀、寫四個方面具備基本的能力素養，并將其稱之為“新四會”。學校明確能力培養理念和方向，即培養學生的思維辨析能力、語言表達能力，在通識教育的學習中強調創新精神，在工科的學習氛圍中突出強調學生人文與科學素養，達到“學以成人”。隨著學校繼續深入推進通識教育，在原有課程體系的基礎上不斷完善通識課程體系建設，提出以學科競賽帶動通識教育，將不同學科競賽的人才培養理念和思辨方式與專業教育相融合，進一步提升學生的綜合素養，培養學生的廣泛志趣，讓人才培養朝著精英化的目標不斷推進。

為此，電子科技大學自2016年以來就將ACM算法與程序設計課程納入學校的核心通識課程體系，包括理、工、管、文在內的各個專業的學生在大一時就可自主選修。來自不用學科領域的學生可交叉組隊或分組，這已經成為算法與程序設計教學和比賽的常態。學生通過ACM算法與程序設計通識課程的學習，能力和素質得到了進一步的提升，畢業后的選擇更加多樣化，進入社會后也將會深受歡迎。

算法與程序設計在理論上具有一定的抽象性，方法和知識的運用也比較綜合。將ACM競賽課程開設成核心通識課程，就是讓算法與程序設計成為大學生必備的素質與能力，“學”程序設計的根本在于明白何處用算法、怎樣用好算法。希望更多的學生通過ACM算法與程序設計核心通識課程的學習能愛上算法、用好程序設計，為自己未來的事業插上程序設計的翅膀。

算法與程序設計的核心就是要通過數學方法以及算法思想分析問題，通過程序設計解決問題，這也是培養學生計算思維能力的必備過程，同時要求學生具備“新四會”能力，這也與通識教育的理念不謀而合。目前的教學方法與考核方式改革正是推動通識教育的“指揮棒”，具有重要的導向作用。

ACM算法與程序設計這門核心通識課程的教學目標是促使新工科學生牢牢掌握各類算法的基本概念以及程序設計實現和方法，并緊密結合自身專業的應用，培養學生利用所學算法知識發現專業中的實際問題和解決問題的能力，從而將工科中的學科基礎課程、程序設計通識課程和學科專業課程進行深度融合，使新工科下的各類專業學生都具備扎實的專業基礎和實踐能力，提升本科學生未來的科研和創新能力。

在將ACM算法與程序設計課程和通識教育體系融合的過程中，全校工科專業的學生主要面臨兩個問題。

一方面，如果完全按照現有計算機算法分析的理論進行講授，教學內容將以單純的理論推導和證明為主，教學模式枯燥乏味、知識抽象，非計算機專業的學生難以將算法理論知識與本專業應用問題相結合，造成所學知識與本專業體系相孤立，學生的綜合能力無法得到鍛煉。另一方面，非計算機專業的學生對算法與程序設計類課程普遍缺乏積極性，其教學效果不及其他實踐類課程。學生的學習主要以考試為目的，未能積極主動地將核心通識課程中所學的算法與程序設計知識延伸到后續專業課程的學習中，導致核心通識課程與本專業課程缺少銜接。

針對教學內容問題，課程組在ACM算法與程序設計核心通識課程的講授中沒有單純地介紹理論，而是除幫助學生牢牢掌握各類算法的基本概念以及程序設計的技巧方法外，開發了大量有趣的、貼近生活的程序設計題目，激發學生分析和解決這些問題的興趣，更強調學生能夠進一步將程序設計方法應用于本專業的實際工程問題。

針對教學方法問題，課程組將學科競賽問題趣味化和通俗化，以科普的方式調動不同專業學生的學習積極性，同時將多種教學形式融入課堂，積極探索將課程教學和考核融入課堂教學、組織小型競賽PK和課程綜合設計答辯三個環節，并結合工科學生本專業的實際應用問題，提高學生的實踐和創新能力。在課程綜合設計環節，要求學生不斷思考、綜合運用課程知識，對各類算法問題進行分析、優化，并以PPT答辯形式進行匯報，充分鍛煉學生的團隊合作能力和個人交流表達能力。程序設計并沒有標準答案可以參考，學生會因方法選擇不合理或者程序邏輯問題而返回修改程序。對程序的反復調試和修改會讓學生明白什么是現代社會所需要的精益求精的工匠精神。工科中的工程實踐問題設計過程就是反復修改的過程，解決這些問題需要有扎實的算法與程序設計基礎和高度的責任感，這樣才能高效、高質量地完成本職工作。

針對課程考核方式，課程組要求參與課程的學生在完成答辯匯報后，還要按照規范要求提交算法小論文，以鍛煉學生的寫作能力和口頭表達能力。如此，其作為一門核心通識課程已較為充分地體現出“新四會”精神。

三、成效分析

經過多年來對新通識教育人才培養模式的實踐，電子科技大學新工科專業學生的思維意識和實踐能力得到明顯提高。2018年舉辦全校程序設計競賽，由于之前通過核心通識課向新工科專業學生進行了該競賽的普及與推廣，報告參賽的學生幾乎覆蓋了所有新工科專業，人數超過900人（如表1所示），其中大一、大二比例較高，說明工科學生在低年級就打下了良好的程序設計基礎，具備一定的計算思維素養，這將會非常有利于學生完成高年級專業課程的學習。

在參加全國程序設計競賽方面，更突顯出了電子科技大學程序設計人才的數量優勢。2016年學校的參賽隊獲得首屆中國高校計算機大賽-團體程序設計天梯賽特等獎。而在2019年第四屆中國高校計算機大賽-團體程序設計天梯賽中，來自9個不同專業的10名參賽學生獲得最佳組合隊獎（如圖1所示）。

四、結束語

文章圍繞新工科的要求，對創新人才培養過程中涉及的素養教育、通識教育進行了分析，并強調了程序設計教育應作為通識教育的一部分，與傳統的通識教育理念相結合，推動、普及計算思維，以此構建具有發展前景的人才培養體系。近幾年電子科技大學的實踐成果表明，該體系已成為培養具有可持續發展潛力的新工科人才的關鍵。通過這樣的教學改革，可以有效地提高各類專業學生的思維意識和創新意識，提升各類專業學生的問題分析能力和實踐能力。

[ 參 考 文 獻 ]

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[責任編輯：李香蓮]