計算機工程“科—產—教”跨學科教學理論研究與應用

潘翔

【摘 要】本文研究計算機工程“科—產—教”跨學科教學理論其同源融生、多元互補、流動開放、合力增值的作用機理，從計算機工程跨學科移植教學、“科—產—教”整合與重構、生產式建構主義實踐教學等方面探索其應用，選擇并整合了“支持模式+合作模式”“科學模式+實踐模式”“解放模式”等三種教學理論的應用模式。

【關鍵詞】計算機工程 “科—產—教” 跨學科 教學理論

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2017）10C-0155-03

“科—產—教”融合跨學科教學是發(fā)揮高校教師科研能力強、理論知識水平高的作用，走出校園與企業(yè)深度合作開發(fā)科技產品，并以科研和產品生產過程、管理過程等多學科知識融合體系產生的實踐成果反哺教學，形成跨學科校企協(xié)同育人生態(tài)環(huán)境，推進學科專業(yè)、課程群體的教學緊貼科研技術進步和生產實際，有效開展實踐性教學，充實課堂教學。計算機工程是一個以計算機相關知識為核心的綜合性強、實踐性強的學科，其跨學科教學涵蓋網絡工程、軟件工程、電子技術、信息安全、通信工程、物聯(lián)網應用技術、自動化控制、項目管理、企業(yè)管理、人文地理等相關專業(yè)與課程，是培養(yǎng)新一代信息技術高水平跨專業(yè)、跨行業(yè)工程技術人才的有效手段，適應了企業(yè)產品融合科技、人文、管理等跨界思維結晶。在計算機學科的科研、生產、教學過程中，可以構建一個跨學科、課程群體集聚發(fā)展的知識網絡，建立“科—產—教”跨學科新型教學理論，通過科研與教學主線，將若干知識、技能聯(lián)結起來在企業(yè)生產中檢驗，推進新型教學體系發(fā)展。

一、單一學科教學存在的問題

傳統(tǒng)計算機工程單課程教學模式欠缺學科之間互動性和關聯(lián)性，難以支撐新一代信息技術發(fā)展對復合型工程技術人才的綜合素質培養(yǎng)需求。隨著大數(shù)據、云計算、物聯(lián)網等新興技術的發(fā)展，目前要解決一個實際問題所需的知識跨度越來越大，單一課程甚至是單一學科的課程體系往往只能解決問題的某一個方面，忽略了綜合素質的一體化發(fā)展，需要把關聯(lián)學科技術創(chuàng)新、課程教學與社會、企業(yè)一線生產需求結合起來。

計算機工程跨學科教學體系不健全，缺乏融合科技創(chuàng)新，無法應對教學和企業(yè)生產實踐過程中出現(xiàn)的社會化多元格局需求。跨學科不是片面的知識交叉，還包含了各學科所具有的特點交叉和融合，應找出結合點，尤其強調跨學科融合科技創(chuàng)新解決企業(yè)生產環(huán)節(jié)實際問題的能力。計算機工程跨學科教學還停留在跨課程教學的初級階段，較少與企業(yè)生產結合，缺乏跨學科科技融合創(chuàng)新教學理論、管理體制和運行機制，教師也是摸著石頭過河，教學效果不明顯。

高校“科—產—教”融合育人機制不完善與企業(yè)主體作用缺失，無法發(fā)揮行業(yè)與企業(yè)對教育教學的社會化指導作用。行業(yè)與市場對教學的指導體現(xiàn)在對人才規(guī)格的需求上，發(fā)揮企業(yè)主體作用，建立支持“科—產—教”融合的頂層設計與運行機制，科技研究、學科教學與企業(yè)生產一線相結合，使緊缺人才培養(yǎng)與科技成果轉化落到實處，是高校亟須解決的重要問題。

計算機工程理論教學與實踐手段略顯滯后于迅猛發(fā)展的科技和社會多樣化需求，培養(yǎng)學生主體能動性和創(chuàng)新創(chuàng)造力落后社會一步。現(xiàn)有的教學手段與實踐方式沿用傳統(tǒng)模式居多，教學改革思路與科技進步時有脫節(jié)，學校不及時更新教學計劃與教學大綱，等到企業(yè)需求多方推動，才發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)的學生無法滿足社會發(fā)展的需要。

二、計算機工程“科—產—教”跨學科作用機理

計算機工程“科—產—教”融合跨學科教學的作用機理包括幾個主體要素：一是學科主體，以計算機工程為學科主體核心，橫跨多個其他學科；二是教學實施主體，包括高校、企業(yè)、科研院所等多方主體；三是人員主體，包括教師、學生、企業(yè)技術人員、企業(yè)或科研院所的科研人員。整個作用機理可以概括為同源融生、多元互補、流動開放、合力增值，如圖1所示。

同源融生：通過尋找學科間共同或相似的深層根源促進學科融合，如計算機工程劃分為軟件體系和硬件體系，軟件體系從應用的角度又與軟件工程、電子商務、信息安全等學科相關，再進一步追溯，可以發(fā)現(xiàn)電子商務跟項目管理、工商管理、物流管理和國際貿易等管理類的學科相關；硬件體系與網絡工程、電子技術、通信工程、物聯(lián)網工程和自動化控制等學科相關，學科之間通過有機整合而達到協(xié)調共融的機能。

多元互補：多元學科之間有同源交叉之處，更多的是不同，在融合過程中發(fā)現(xiàn)彼此之間可以借鑒之處，形成互補之勢，互相疊加形成優(yōu)化。如計算機工程中的軟件體系更側重于軟件開發(fā)，而目前應用最大的領域是電子商務，如何開發(fā)出電子商務網站或平臺，是二者的切入點，而如何提煉出具體的業(yè)務流、管理流，進而實現(xiàn)電子商務的盈利，則是工商管理、物流管理的強項。可見必須打破學科壁壘，才能統(tǒng)籌完成實際項目的需求。

流動與開放：跨學科之間多個要素的相互流動，更重要的是需要跟學科外部進行開放式的交流，即不能只局限于學校內的跨學科，還要與社會接軌，詳細了解企業(yè)的需求，將實際需求轉化為教學目標，并分析出跨了幾個學科，進而設計教學思路和內容，才能有效開展教學。

合力與增值：多元學科經過同源融生、互補、流動開放后將會形成合力，不僅能夠使計算機工程這一學科自身增值，還能夠為行業(yè)、企業(yè)、社會、地區(qū)經濟等提供更契合的服務，實現(xiàn)對外的增值，進而提升整體的學科建設水平。

三、計算機工程“科—產—教”跨學科教學理論應用

計算機工程跨學科教學是一個集融合、創(chuàng)新、實踐、迭代的多步驟復雜和“校企協(xié)同創(chuàng)新”過程，不僅要提煉教學特色，還要結合科技研究，把教學內容進行整合重構，更重要的是創(chuàng)新教學手段和實踐手段，以跨學科優(yōu)勢結合點，體現(xiàn)“生產的需求、科研的力量、教學的互動”，在這個過程中促進新型計算機工程跨學科教學理論。

（一）計算機工程跨學科移植教學。在計算機工程跨學科教學中導入創(chuàng)造學移植法的思維系統(tǒng)，跨學科移植是將某個學科領域中的原理、技術、方法等，應用或滲透到其他學科領域中，為解決某一問題提供啟迪和幫助的創(chuàng)新思維方法。在“科—產—教”融合的背景下，計算機工程跨學科移植可以分為三個階段：第一階段是同一學科元素之間的內部移植；第二階段是不同學科之間的縱向移植；第三階段是不同學科之間的橫向移植。三個階段的移植剖析如表1、表2、表3所示。endprint

（二）“科—產—教”整合與重構。“科—產—教”整合與重構是要將這三個元素融入教學的每個資源與每個環(huán)節(jié)，形成科研與生產、科研與教學、生產與教學相互銜接的理論特色。這一過程包含四個方面改革：一是教學內容重構；二是教學特色提煉；三是教學資源整合；四是教學手段創(chuàng)新。教學內容重構涉及教材的編撰，由跨學科教師、企業(yè)技術人員、科研人員共同制定教學內容與重點難點，從案例的引入到知識點的學習，再到創(chuàng)新性研究，注入生產一線和科研一線的經驗和方法，形成計算機工程跨學科特色教材。教學特色提煉是在教學過程中逐漸完成的，需要經過多個教師的長期教學實踐，形成一門課程的內容特色、教學手段特色、教學成效特色，并以此總結出特色教學理論。教學資源整合側重于硬件資源和軟件資源整合，突出體現(xiàn)于實驗室和實訓基地的建設，以及人力資源整合等方面。此處的整合不是簡單的設備匯聚或人才集聚，而是通過特定的體制和機制，使資源得到有序集聚、科學管理和高效利用，最終實現(xiàn)各方資源的共建共享。教學手段創(chuàng)新是教學理論實施過程的必經環(huán)節(jié)，計算機工程屬于工科范疇，在實踐教學的手段創(chuàng)新尤為重要。

（三）生產式建構主義實踐教學。建構主義是一種傳統(tǒng)的教育理論，主要觀點在于知識的獲得是學習者主動建構而成的，而非外部強制灌輸。這是強調學習者主觀能動性的一種教育理論，在計算機工程跨學科教學過程中，形成了一種生產式建構主義實踐教學模式，課程實驗或實訓不再是教師安排的內容，更不是課本安排的內容，而是在企業(yè)生產過程中所遇到的技術問題。這些問題或者已經得到解決，或者尚未解決，在實踐教學中拋出來，由學生針對問題自行構建實踐方案，并進一步尋找解決方案。在這一過程中，當學生無法解決問題時，由教師或企業(yè)技術人員介入指導；如果某一問題確實難以解決，則可以上升為科研的角度，由教師參與進行技術攻關。以表3的跨學科移植案例“物聯(lián)網終端設計”為例，在實踐教學活動中，可以將一個大的目標分解為若干小目標：主板設計、通信模塊設計、嵌入式軟件開發(fā)，等等。在主板設計的項目驅動下，學生構建出需要涉及的學科知識，如計算機硬件知識、電路知識、數(shù)電與模電知識等，并從中抽取出有用的知識點，進行綜合應用。整個過程能夠使學生自己打破學科界限，靈活應用跨學科知識。如果企業(yè)對這一終端的設計要求需要有所創(chuàng)新，則更能激發(fā)學生的思維，突破傳統(tǒng)的實踐教學僅僅是模仿完成的舊模式。

四、教學理論應用模式選擇

計算機工程“科—產—教”跨學科教學理論是一個全新的理論體系，不能直接套用傳統(tǒng)的教學理論應用模式，需要根據具體的教學環(huán)境、教師經驗水平、特定的時空情況等來進行選擇。根據應用型高校人才培養(yǎng)的目標及方式，選擇“支持模式+合作模式”“科學模式+實踐模式”“解放模式”相交叉的教學理論應用模式，指導教師的整個教學過程。

“支持模式+合作模式”是從宏觀的角度體現(xiàn)教學理論的應用，首先需要獲得外部各類資源的支持，包括人力資源（不同學科的教師、企業(yè)技術人員、科研人員）、理論資源（教學理論、教學經驗）、硬件資源（實驗實訓室、設施設備）等，教師以這些資源為依托，與教學理論研究者開展合作。通過實際的教學過程，驗證教學理論的正確性和可行性，跟蹤教學效果并做出評價。

“科學模式+實踐模式”是從具體的角度體現(xiàn)教學理論的應用，注重過程的控制，即程序和步驟。計算機工程教學方案的設計、教學活動的開展、經驗總結、教學成果推廣等活動構成了教學理論應用過程鏈，科學模式必須給出整個鏈條的應用說明書，包括每個環(huán)節(jié)的前期條件、實施步驟等。教師參照說明書能夠很好地開展教學實踐，通過實踐模式來檢驗科學模式，并使教學理論不斷得到改進。

“解放模式”是在上述前兩種模式的基礎上，進一步解放教師的價值和興趣，使教師成為教學理論的建構者，其核心在于合理的批判，不盲目跟從教學理論的指導，而是帶著審視的態(tài)度開展教學。由于計算機工程“科—產—教”跨學科教學理論涉及的方方面面很多，各種元素和資源交織存在和作用，使教學過程存在很多不確定性和隨意性，需要教師具備較強的掌控能力和應變能力，并能夠在多變的教學狀態(tài)下發(fā)現(xiàn)教學理論存在的問題，對其進行優(yōu)化，使其得到升級。

綜上，在“互聯(lián)網+”與信息化、智能化快速發(fā)展的時代，傳統(tǒng)單一計算機學科的教學理論與教學模式已不能滿足復合型人才培養(yǎng)的需求，急需建立計算機工程“科—產—教”融合的跨學科教學理論。其作用機理體現(xiàn)在以學科主體、教學實施主體、人員主體為基礎的同源融生、多元互補、流動開放、合力增值等作用。通過同一學科元素之間的內部移植、不同學科之間的縱向移植和不同學科之間的橫向移植實現(xiàn)計算機工程跨學科移植教學。本文從“科—產—教”整合與重構、生產式建構主義實踐教學等方面展開相關理論應用研究，最后提出教學理論應用模式的選擇，為開展計算機工程跨學科教學提供了理論基礎和實踐方向。

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【作者簡介】潘 翔（1981— ），廣西南寧人，廣西經濟管理干部學院高級工程師。

（責編 盧 雯）endprint