新工科背景下計算機課程的項目驅動式教學

蘇樹智 謝玉麒 蔣社想

（安徽理工大學計算機科學與工程學院 安徽·淮南 232001）

隨著計算機技術的飛速發展，以人工智能、云計算、信息技術、大數據技術為代表的現代計算機前沿技術正逐漸成為衡量一個國家跟上時代潮流與否的標準。目前，我國正處于產業結構的轉型期，為實現從“中國制造”到“中國創造”的轉變，在復雜多變的國際形勢中立足，近年來我國對于掌握計算機技術人才的需求逐漸擴大。高校作為培養人才的主要基地，擔當者為國家輸送新鮮科技人才血液的重要角色，因此，“新工科”背景下的計算機課程教學的優化改革將成為當代高校的工作重心之一。

1 新工科背景下工程教育環境

為了適應時代發展特點對高校工科教育的要求，培養滿足新時代要求的創新實踐人才，“新工科”思想應運而生。2017年2月18日，教育部在復旦大學召開“高等工程教育發展戰略研討會”，與會專家對新時期工程人才培養進行了深入探討，并最終達成了十點“新工科”建設意見共識，稱為“復旦共識”。從此，“新工科”建設活動全面開展，為工程教育改革創新提供一個全新視角和中國模式。新工科建設是我國工程教育改革的重大戰略，是今后我國工程教育發展的新思維新方式、新理念、新結構、新模式新質量新體系。

“新工科”背景下的課程改革要求學生全面發展，其中不僅包括理論知識的學習和基本動手能力，更是對學生獨立的分析和解決問題的能力做出了更高的要求。新工科的內涵是：以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承與創新、交叉與融合、協調與共享為主要途徑，培養未來多元化、創新型卓越工程人才。“工科”是本質，“新”是取向，要把握好這個“新”字，但又不能脫離“工科”

2 我國計算機課程教育現狀

我國是工程教育大國，作為以工程教育主體內容的計算機專業教育的需求日益增長，近年來，隨著高校的不斷擴招，對于高校學生的計算機相關綜合素質要求也相應提升，計算機教育受到了前所未有的挑戰。目前，絕大多數高校采取的依舊是傳統以課堂理論教學為主的人才培養的模式。但隨著知識的迭代，傳統的教學方法難以達到時代是需求。具體來說，對比新工科對高校教育提出的要求，目前計算機專業課程存在以下不足：

2.1 偏重理論，缺乏實踐教學

一般情況下，大多數高校采用以書本為主的“課程主線教學模式”，通過教師講授課本的知識，學生記住書本上的內容為教學的目標。這種教學方式的特點是偏重理論知識的記憶。新工科要求工科教育不局限于書本，要求在具體的實踐環境中培養學生的知識實際運用和分析解決問題等綜合能力，偏重理論而忽視實踐的教學思想無疑與新工科思想背道而馳。

2.2 課程內容陳舊，未體現多元化

當前高校對在校學生的能力要求僅限于掌握理論知識和一定程度的實際動手能力，因此學校開設的課程也以基礎知識和導論性質為主。在傳統計算機高校課程教學中，教學程序體系以數學類教材為先導知識和基礎內容，輔以計算機知識介紹，隨著年級的增加逐漸介紹各種編譯語言、計算機原理和編譯思想。這種知識教學體系直接導致了高校教材都會按照上述思路進行配置，因此不同學校的學生拿到的教材大同小異。

然而，隨著知識的迭代更新，這種老傳統教學法存在難以進行特色教學、實際應用效果差、學生積累經驗難等問題。“新工科”教學理論體系要求高校注重教育的創新，這里的創新不僅是培養學生的創新的能力，更在于學校教育體系自身的改革。同時，“新工科”要求培育多元性人才，要求學生既有明確的專業學習方向，又能靈活多變，適應環境的變化和知識技能的更新迭代。顯然，目前的傳統教育思想難以培養符合新工科要求的學生。

2.3 “政校企”功能定位不明確

目前，高校教學培育的主要環境依然是學校，然而學校難以像企業一樣提供實際項目供學生實際操作。部分學校雖和企業有一些合作，但企業大多沒有結合高校特色和高校實習生的具體情況，忽視了學生的具體實習需求，在這種情況下，學生無法將高校學習到的知識和企業的實際運用有機的結合。為解決這個問題，新工科提出高校學生實踐能力和培養需要政府職能的參與，由政府為學校和企業的合作牽線搭橋，增強校企之間的合作性。

為了順應新工科的大方向，培養理論扎實且具備實踐和創新能力人才，需要將實際的項目融合日常的教學過程中，形成以項目驅動的計算機課程教學體系。

3 項目驅動式的計算機課程教學

新工科建設要面向產業需求，落實到專業教學實踐中，提高人才培養供給側于需求側之間的契合度。基于CDIO（Con-ceive、Design、Implement、Operate，即構思、設計、實現、運行）理念的項目驅動式教學是近年來活躍在教育教學舞臺上的當代教學模式。項目驅動式教學以項目作為任務主體、實現項目要求為目標，實施以學生為主導的創新能力培養，讓學生在項目過程中對已經學到的知識進行查缺補漏，提高學生創新能力和實際解決問題的能力。在計算機課程中，項目驅動式教學主要步驟如下：

3.1 項目設計與成立階段

項目驅動式課程教學思想適用于實際應用型學科，教學的第一階段是設計項目。以編譯語言為例，項目一般的設計形式是應用該課程編譯語言設計一個擁有某個完整功能的程序。根據“新工科”對人才培訓的要求，項目的設計與指派應更加靈活，項目任務可以根據學生能力靈活指派。教師在教授課程的同時以小組的形式分派具體的項目驅動式教學目的在于培養學生自主完成項目全過程，因此也鼓勵學生自己設計項目，隨著能力的加強，項目的設計工作也由學生自主完成。

3.2 項目分析與求解階段

學生被分配到項目后，憑借已有知識和查閱相關資料對項目主題和要求進行理解和分析的階段稱為項目分析階段。該階段由學生獨立完成，在對項目的分析和理解的過程中，學生的思考能力得到了鍛煉，由于受限專業課知識的不足，學生通常會帶著自己項目中的問題和瓶頸來進行理論的學習，從而激發學生學習的主動性。在對項目有一個整體的分析后，項目驅動式教學要求學生以文檔的形式給出問題解決的具體方法和思路，通過文檔的寫作，學生的寫作能力也得到了鍛煉。

3.3 項目編程與測試階段

該階段是項目驅動式教學的核心階段，通過上一階段對項目的具體分析和給出的解決思路，學生按照項目要求使用課程要求語言進行編程。對于功能較為復雜的系統，可將其劃分為多個子級任務分派給同組的不同學生編碼，各自完成不同的功能，待功能完成后統一進行調試。編碼完成后即可進入測試階段，測試環節是軟件項目不可缺少的重要環節，測試結果直接決定了程序是否滿足項目的要求。由于各個任務之間存在連貫性，組內的各個成員不是獨立的個體，項目的順利完成需要成員之間的交流和合作，該環節鍛煉了學生的組織交流能力和團結合作能力。

3.4 項目創新拓展階段

為響應“新工科”對計算機課程的相關要求，高校在監督、輔導學生完成學習和項目的同時，有意識的引導學生對自己的項目進行創新拓展。學生可通過閱讀新的期刊和文獻，學習計算機領域的新知識和新思想，再嘗試使用學到的思想對自己的項目的進行優化和改進。“新工科”環境要求學生不再受到傳統編譯思想的束縛，不應停留在完成功能的階段，要以對自己項目的理解和運用新知識開拓創新。

3.5 總評階段

項目完成后，由教師對于項目進行考查。從總體上來說，考核的標準是學生小組所提交的程序是否基本完成了項目所需求的基本功能、是否能正常運行、文檔寫作是否合乎規范等。由于項目驅動的特點和計算機課程的特殊性，評價方式也不應是單一的理論考核和線性的功能演示，應該契合新工科背景的特點，進行多元的、靈活的、過程性的考核。通過將算法，程序設計，項目解決思想作為考核重點，強化程序設計中獨立性、實踐能力、創新能力等，引導學生如何高效進行程序設計。學習成績考核組成部分中，應重點評估學生日常學習中獲取新知識的檢索、整合、融會貫通能力，包括閱讀習慣、學習習慣、專注度（持續性）及學習成果等。綜合性質的評價體系可以更加客觀的體現出學生在項目中所學到的知識，讓學生對課程學習過程有一定的認知和總結，為接下來其他課程的學習打下基礎。

4 思考與總結

項目驅動式課程教育思想早在 2013年就已經被提出，CNKI數據顯示，過去近7年來關于項目驅動式的討論文獻期刊已超過5000篇，學術討論規模如此強大，但時至今日高校的主要教學方法仍停留在理論為主的課堂知識教學，其原因主要為缺乏實際應用價值。然而，隨著“新工科”的要求，項目驅動式教學有了扎實的時代背景與理論基礎。

綜上所述，“新工科”時代背景下，傳統的以重理論，輕實踐的計算機課程教學很難培養出一批跟得上時代發展腳步的新時代計算機專業技術人才。“項目驅動式”的實踐課堂教學模式的建立需要各個方面共同發力，改變傳統課堂教學的困境，使得學生真正成為課堂教學的參與者和主體，使教師成為了學生自主參與課堂教學的推動者，積極調動學生對于探索知識的研究積極性和自主創造能力，增強學生在課堂中解決實際問題的意識和能力，真正地讓學生成為“新工科”環境所要求的社會需要應用技術型專業人才。