新工科視野下高校公共計算機課程教學改革探究

胡章榮

摘要：計算機課程教學改革一直致力于經濟發展的需要，力求為經濟發展提供動力。本文以高校計算機基礎課程改革為例，論述了高校工程教育類人才培養的緊迫性，及在新工科視野下如何構建高校計算機基礎課程，培養具有工程思維和實踐能力創新性人才。

關鍵詞：計算機基礎；課程改革；新工科

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）11-0126-02

隨著以新業態、新技術、新產業、新模式為主要特征的四新經濟迅猛發展，給傳統工科教育帶來了全新挑戰[1]。為主動應對新一輪科技革命與產業變革，支撐服務創新驅動發展、“中國制造 2025”等一系列國家戰略。2017年2月以來，教育部在復旦大學召開高等工程教育發展戰略研討會，并與參會的30所高校達成 “復旦共識”，之后，又下發了《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》《新工科研究與實踐項目指南》等通知，要求各高校加快推進新工科建設。

我國工程教育與新興產業和新經濟發展存在脫節的現狀[2]，特別是在大數據、云計算、物聯網、網絡空間安全、人工智能智慧城市、衛星網絡、工業互聯網、無人機產業、機器人產業、增強現實、混合現實、虛擬現實、邊緣計算、5G/6G智慧農業、智慧林業、智慧醫療、智能機械…等新型產業領域人才供給嚴重不足。這些新型領域都可以通過先進的計算機技術給予解決，大學計算機課程作為計算機教育的重要組成部分，不僅要培養學生的基本信息技術素養，而且還應培養學生應用信息技術對復雜工程問題進行預測、模擬和求解的能力。培養大批具有較強行業背景知識、工程實踐能力、勝任行業發展需求的應用型和技術技能型人才。因此，在新工科視野下，探索更科學的教學理論、教學模式、教學設計，以及科學的實施教學過程，成為現代大學計算機課程改革的重要任務[3]。

1 計算機課程改革的迫切性

計算機公共課是一門面向高校一年級學生開設的課程，主要培養學生對計算機的應用能力和實踐能力。目前針對理工科類學生開設的課程主要是《C語言程序設計》《VB程序設計》《VF程序設計》等，這些課程知識陳舊、內容較多、語法復雜、內容枯燥，教育教學理念陳舊，難以激發學生的學習興趣，與新產業和新經濟發展的需求嚴重脫節，計算機課程迫切需要改革。

1）信息化社會變革與產業升級的壓力

信息化的變革，特別是計算機科學的發展推動了工程科學的快速發展，促進了多學科間的融合，催生了以新技術、新業態、新產業、新模式為特點的新經濟，給經濟轉型升級帶來了新機遇。計算機科學不僅自身得到了快速發展，催生了大數據、云計算、人工智能等新學科，同時也融合到其他學科中，推動了其他學科取得了新的發展。但受到教育模式的限制，我國工程教育規模世界第一，但工程人才培養質量還處于世界末端，人才缺口嚴重，據報道，2020年，新一代信息技術產業、新材料、電力裝備、高檔數控機床和機器人技術相關專業將成為最大的人才缺口專業，特別是信息技術領域的才缺口有 750 萬人，2025 年會達到 950 萬人[4]，在國際競爭中處于劣勢地位。只有加強培養科學基礎厚、工程能力強、綜合素質高的人才，突破了核心關鍵技術，中國才能在未來全球創新生態系統，構筑先發優勢，占據戰略制高點[5]。

2）專業、校企、新舊內容的交叉融合

社會需要的是既具備專業理論知識，又具有實踐技能的一專多通型人才。只有改變傳統教學模式，根據社會發展的需求，深化產教融合、校企合作、協同育人，增強學生就業創業能力，加強前沿理論知識的學習，加強實踐能力培養才能促進新經濟，新產業的轉型升級。然而，當前我國教育缺乏標準，教育理念、教學模式依舊保守，工程教育理科化傾向嚴重，重理論輕實踐，重科研論文產出輕實踐技能培養，導致學生人文素養、心理素質、溝通能力、動手能力，自主學習能力、創新能力都較差，難于適應企業和社會的需要。

3）具有持續競爭力的人才培養目標

當今國與國之間的競爭是人才的競爭，歸根結底是教育的競爭，只有持續培養有新技術，具備創新能力的人，才能使自己處在國際競爭中的制高點。特別是在新技術不斷涌現、舊技術不斷被更替的信息技術領域，更需要培養大批自學能力強、適應能力和創新能力都較強的人才。計算機基礎是一門實踐性很強的課程，在教學過程中應該培注重培養學生的實踐能力和學習興趣，提高學生的自主學習能力。我國計算機課程改革從計算思維到新工科，教學形式從MOOC到翻裝課堂，再到數據精準驅動，其目的是培養具有創新思維的工程實踐性人才，但是由于起步晚，深受傳統教學理念的影響，效果不明顯。因此，在新工科背景下加強計算機課程教學改革，探索新工科人才培養方案，培養具有國際競爭力的人才十分迫切。

2 新工科背景下計算機課程改革方向

在新工科背景下培養滿足企業、社會需求，具有持續國際競爭力的計算機人才，需要找準定位，認清方向，從教學內容、教學側重點、教學方式三個方面對教學進行改革。

1）教學內容要改革

由于長久以來形成的慣性思維，計算機基礎教學部門往往一成不變地講授既定的課程內容，在各專業制定或調整專業人才培養方案時，較少從專業建設目標的角度設置課程內容，依舊重理論輕實踐。理論知識大都覆蓋計算機軟硬件系統、多媒體技術、數據庫技術、通信與網絡技術、算法與程序、信息安全等，授課內容基本上是相關領域的濃縮版，難以深入展開[6]。實踐部分則主要是OFFICE基本操作或簡單程序設計，難以培養學生的工程思維、系統思維和創新思維，難以激發學生后期的繼續學習的興趣，甚至使學生產生學而無用的想法。致力于新工科人才的培養，在計算機基礎課程中應該加大對新領域新技術的普及，讓學生認識到計算機技術應用之廣泛，技術之強大，并通過具體應用項目案例，培養學生的計算思維和工程實踐思維，激發學生的學習興趣。

2）教學模式要改

長期以來高校計算機課程形成了采用“計算機 + 投影儀”的方式形成以“學科理論知識教”為主，“日常辦公軟件”操作為輔的教學模式。課堂中以教師講解為主，學生不能根據教師的講解進行實施操作，缺乏參與性、積極性和互動性，導致學生對理論知識掌握不牢，實踐能力不強。圍繞解決問題、項目實施形成新的課程鏈，將傳統課程結構的公共基礎課、專業基礎課、專業課“階梯型”模式轉變為“情境化”的工程教育課程結構。課堂教學應改變教師講，學生聽的模式，轉變教育理念，充分發揮教師的引領作用，調動學生的積極性，以案例驅動的教學方式，讓學生積極參與到項目實施過程中。通過項目來鞏固理論知識，激發對新知識新技術的學習，課后還結合了課外科技活動、技能競賽和創新創業大賽等活動培養學生的實踐能力和工程思維能力。

3）教學評價方式要改革

教學考核是一個重要的環節，是檢驗教師教學能力和學生是否達到學習效果的重要手段，直接制約著教師教學計劃的制定。傳統的考核以學術論文、教學工作量為依據對教師考核，按照期末考試成績和平時作業完成情況對學生進行考核。考核方式單一、死板，不利于教學的實施，在對教學目標提出更高的條件下，教學方式也必須發生改變。在新工科背景下，應注重教師實踐能力的培養，引進教師要注重其學科背景交叉性、知識結構互補性、工作經歷多樣性、發展潛力可塑性等，缺乏實際生產經驗的教師不能堪當工程教育重任，建構工科教師到企業任職、聘請一線工程技術人員承擔教學任務等人事制度。對教師的應摒棄為論文是重，以完成任務的多少為指標的考核方式，根據不同學科特色制定不同的評價方案。對學生而言，應該加強對實踐能力的評價，細化實驗類型，將實驗分為驗證型實驗、仿真型實驗、綜合性實驗、創新型實驗等，對于結果的評價要從解題思路、實驗方法、創新思維、團隊協作等方面進行。

3 課程體系構建

在“新工科”的指導下，需要培養學生的計算思維和工程思維，當前開設的《C語言程序設計》、《VB程序設計》等課程偏向于語法基礎，不能很好與新型產業相結合，而Python作為一門高級語言，具有語法簡單、功能強大、開源免費等，被廣泛應用到數據分析、數據處理、數據挖掘、人工智能等領域，深受大眾的熱愛。近幾年Python在數據分析/大數據分析、人工智能基礎與應用、基本的綜合計算系統（Web/VR/嵌入式等）三個領域得到了快速發展和廣泛應用，而這些領域的研究始終都貫穿著數據分析的全過程，因此在計算機基礎課程建構中，Pytho大數據分析及應用課程首先應讓學生明白大數據與云計算、物聯網，人工智能等概念間的區別，并通過具體應用案例分析說明數據分析的基本流程和應用價值。其次對Python語法特點進行講解，簡要介紹Python 的基本語法和編程工具，如 Python 編程環境的搭建 、基本數據類型、表達式、運算符、程序調試等。然后重點分析python的復雜數據結構操作，如元祖、字典、列表、數組、異常處理、面向對象編程等。學完基本語法后，以數據挖掘的過程為軸，重點講授python數據獲取，數據格式轉換、數據清洗、數據存儲等方面的知識。最后，以綜合實踐應用能力培養為目標，重點培養學生的實踐能力和工程思維能力 ，因而課程主要以數據分析為例，對網絡爬蟲概念 、非結構化文本數據處理、語法解析、文本提取、數據清洗等進行介紹。雖然知識點較多，但是python語言簡單的語法和強大的開源庫可以減輕學習者的壓力，對激發學生的學習興趣，培養創新能力和工程實踐能力有較大的幫助。

4 總結

本文以新工科為背景，分析了新經濟發展下對新型工科人才培養的要求，結合我國在工程教育領域人才培養方面的問題和壓力，提出了新工科背景下課程改革的必要性。并以大學計算機基礎課程為例，分析了新工科理念下的人才培養模式與傳統人才培養模式存在較大的沖突，必須改變傳統的教學內容、教學模式和教育理念。以python 語言代替其他程序設計語言，構架新工科背景下的公共大學計算機課程。

參考文獻：

[1] 唐小勇，吳 帆.面向新工科的《Python 大數據分析及應用》課程知識體系淺析考索[J].探微，2018（40）.

[2] 崔慶玲，劉善球.中國新工科建設與發展研究綜述[J].世界教育信息，2018（4）.

[3] 李江華，趙金龍，崔玉文.新工科背景下工科高校大學計算機課程建設研究[J].教育現代化，2018（46）.

[4] 光明網.“新工科”新在哪兒[EB/OL]. http：//edu.cnr.cn/list/20170403/t20170403_523690794.shtml，2017-04-03.

[5] 胡波，馮輝，韓偉力，徐雷.加快新工科建設，推進工程教育改革創新[J].復旦教育論壇，2017（2）：20-27.

[6] 崔建峰，陳克忠，黃智云.新工科視角下地方高校計算機基礎課程改革[J].黑龍江教育 2019（3）.

【通聯編輯：張薇】