新工科背景下高等教育計算機課程教學體系改革

趙永華　李志慧　賈洪飛

摘要：隨著產業的巨大轉型、升級和各專業的深度融合與交叉，傳統的工科教育已不足以應對時代變革。計算機基礎課程為工科專業學生通識教育的一部分，是非計算機專業教學體系的重要組成部分。為此，本文對新工科背景下的高等教育計算機課程體系進行改革，以完善、提高大學生知識結構，滿足新工科的需求。

關鍵詞：高等教育；計算機課程；新工科；教學體系

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）27-0254-02

新工科自提出以來，便受到各高校、教育部、各產業的巨大關注和研討，但各專家學者的研討主要集中在“新工科”框架層面，鮮有高等教育計算機課程體系的設置、學生應具有的基本知識結構等具體操作層面，而具體操作層面的研究對促進“新工科”建設尤為重要。

智能化和信息化作為“新工科”的重要特征之一，計算機通識課程體系是培養工科專業學生的信息化與智能化的重要手段和渠道。但是，目前許多高校的計算機課程體系在總體上仍然沿用舊的計算機課程知識層次結構，并且在課程設置和教學安排上沒有進行深入的探討，常常是把全日制教育的課程安排進行簡化、壓縮，甚至直接套用，出現教學與實際應用脫離的現象。顯然，現有計算機課程的教學目的、要求等難于滿足新工科對計算機技術的要求，尤其是“大數據”、“物聯網”、“人工智能”、“交通智能控制”等知識需求。

綜上所見，為促進“新工科”建設，迫切需要研究“新工科”背景下高等教育計算機題體系構建問題。

一、課程體系改革思想

本文緊緊圍繞“新工科”的“新理念、新結構、新模式、新質量、新體系”科學內涵，以新工科需求為導向，結合工科各專業需求案例與工科相關企業、行業調查走訪和問卷調查，獲取新工科對計算機專業知識需求，建立工科專業學生計算機課程體系，合理調整計算機課程的知識結構，引導計算機選修與必修課程的合理結合，工科專業需求案例與計算機知識應用的有機融合，開放創新實驗與基礎實驗的有效搭配，網絡MOOC與課堂講授的優化分配，以達到大學生擁有智能化、信息化、知識綜合化的能力培養目標，以滿足新工科建設的需求。

計算機科學作為新工科的重要技術支撐，原有的課程教學體系已難以較好地滿足新工科的專業需求，為滿足新工科的新需求，必須建立有效的新工科課程教學體系以及教學模式，設計計算機教學平臺。

二、課程體系改革內容

為滿足新工科的新需求，本文擬建立有效的新工科課程教學體系以及教學模式，設計計算機教學平臺，對新工科背景下的工科專業學生的計算機課程體系進行改革與實踐，具體內容如下。

1.建立新工科背景下的工科專業學生的計算機課程體系。在新工科背景下的計算機課程體系下，除了一些計算機知識的必修課外，學生還可以根據專業需求和自身實際情況來選擇相關的選修課程學習，開闊自己的知識范疇和視野，能夠繼續深入學習計算機理論的最新知識、能夠跟蹤計算機相關理論的科學前沿。為中國在智能制造、智能控制、大數據等領域培養高技術、高能力人才。為滿足新工科的新需求，本文建立的計算機課程體系結構具體如下圖1。

2.構建有效的新工科課程教學模式。采用題啟發式和基于現實案例主導的教學思路，利用網絡信息化，在課程理論知識方面采用以課堂授課為主，網絡資源—在線MOOC為輔，在課程實驗環節以實際案例為主導，引導學生在一定的實驗平臺下根據不同專業，選取各自專業相關的軟件編程、硬件開發、智能控制等一系列可操作性實例，通過實例讓學生了計算機基礎課程在智能控制、智能制造等工程實踐中的應用，發現目前工程實踐中存在的問題，培養學生解決問題的能力，適應新工科需求。（1）啟發式教學理念。運用啟發式教學方法的核心在于啟發式問題的設計，通過問題驅動來啟發學生思考，使其對問題感興趣，能夠在尋求答案的過程中掌握理論知識的核心內容、體會理論知識的重要性及其與工程實踐之間的聯系。這樣的啟發式問題可能來自現實需求，也可能來自理論需要。因此，有必要根據每一知識點的特點設計合適的啟發式問題來引入這一知識點。（2）利用實驗平臺設計應用性課程案例。計算機課程是實踐性很強的課程。在這些課程教學過程中，案例教學方法具有重要作用。鑒于課堂教學的時限性，利用學校提供的先進實驗平臺、實驗設備進行科學、合理地設計教學案例。①虛擬案例：在計算機課程中，有一些課程中的實驗部分要使用計算機軟件設計問題進行編制虛擬案例，通過虛擬案例增強學生對理論模型和算法的理解與運用。②實際案例：介紹計算機軟件中已有案例或來自工程實踐的課程案例，通過這些實際案例讓學生了解基于計算機知識的問題及其實際來源，從實際問題中感受理論發展的需要和必要性以及計算機基礎課程理論對工程實踐或現實生活的指導作用和意義。然后利用實驗平臺設計解決現實問題的課程案例，今進驗證實驗平臺的性能，進一步完善和改進實驗平臺。

3.利用在線MOOC進行輔助教學。在網絡信息發達的時代，在線MOOC在學生自主學習過程中起到很大的作用。目前，本教研室已有多門課程進行了MOOC建設，像微機原理與接口技術、C語言程序設計教程、計算機網絡等都已建設完成并投入使用。在這個資源平臺下，學生可以自主地學習和課程相關的理論知識、完成一些老師布置的作業，可以和自己的任課教師進行互動，學生之間也可以相互討論等。

4.設計滿足新工科背景下的工科專業學生的計算機基礎教學平臺。基于對工科專業學生計算機教學目標與定位的認識，針對計算機科學新技術的發展的現狀，考慮到計算機科學技術在各應用領域的深入應用，結合計算機教學的特點，以及各專業對計算機應用水平的不同要求，本項目設計計算機課程教學平臺，該平臺的設計充分考慮了各專業的培養目標，力圖找出共同的、最基本的要求，同時可以滿足不同層次學生的需求。

我們面向全校工科專業學生提供4個課程教學平臺。計算機知識，主要涉及計算機硬件結構、計算機網絡、常用軟件使用等方面的基礎知識和應用技能。計算機程序設計，主要涉及程序設計基本方法、算法與數據結構等內容。

三、總結與今后工作

基于對工科專業學生計算機教學目標與定位的認識，針對計算機科學新技術的發展的現狀，考慮到計算機科學技術在各應用領域的深入應用，結合計算機教學的特點，以及各專業對計算機應用水平的不同要求，本文建立有效的新工科課程教學體系以及教學模式，設計計算機基礎教學平臺，對新工科需求導向的工科大學生計算機基礎課程體系進行改革與實踐。

為進一步完善計算機基礎課程的網絡資源，輔助計算機基礎課程的在線MOOC的混合式教學，今后的重要工作是基于MOOC環境下的計算機課程的實驗教學平臺的開發與研究。

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