新工科背景下計算機專業拓展類課程教學實踐與研究

韓麗娟 孫玉紅

摘要：新工科建設是應對新經濟挑戰而提出的國家重大戰略。本文針對分析了新工科建設形勢下，高等院校計算機科學與技術專業的拓展課程教學過程中存在的問題，進行了探索和實踐。根據拓展類課程的特點和問題存在的原因，通過對課程內容的合理組織、教學措施的多方面改進，以實際應用作為任務驅動，綜合運用示范教學、模擬教學和項目教學等多種方法，使學生變被動接收為主動探索，以提高學習的積極性和專業能力的培養。根據幾年的教學實踐，取得了不錯的教學效果。

關鍵詞：計算機課程;拓展;教學研究;教學實踐

中圖分類號：TP3? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）09-0106-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

在經濟全球化的視角下，社會生產與經濟生活都開始實現了新的轉型。新工科建設，是從服務國家戰略、滿足產業需求和面向未來發展的高度，而提出的一項持續深化工程教育改革的重大行動計劃。為了更好地滿足產業的需求，近年來在計算機專業的人才培養中，許多高校在教學計劃中除了專業基礎課程或專業核心課程之外，還制定了一系列專業拓展課程。

拓展課程與專業基礎課程聯系緊密，專業基礎課程是拓展課程的基石和有力支撐，拓展課程是專業基礎課程的外延、擴充和提升。二者相互結合，才能為當今時代培養出優秀的復合型新工科人才。

相比較而言，專業基礎課程內容相對穩定，教學方法也比較成熟，但專業拓展課程呈現出變化頻繁、變化多樣、應用性強的特點。因此在這類課程的教學中，應進一步考慮該類課程的特點，采取科學的教學方法，才能收到事半功倍的效果。本文分析了專業拓展課程的特點，根據教學實施過程中的問題，提出了相應的解決措施，并根據課程的特點綜合采用先進的教學方法，實現了提高教學質量和教學效果的目的。

1 課程的特點和存在的問題

所謂專業拓展課程，是指根據社會和市場需要，以增強學生的職業能力為目標，達到拓寬學生的專業知識面為目的所開設的課程。在計算機科學與技術專業培養方案中，基礎課程如高級程序設計語言、數據結構、數據庫、計算機組成原理、計算機圖形學等，這類課程在相當長的時間內，通常是相對固定的，或者內容進行少量的更新（主要是一些最新的研究成果的補充）。一般而言，這類基礎課程經過多年的教學積累，已經形成了一些行之有效的教學方法。但對于專業拓展課程，隨著時間的推移和技術的進步，在教學科目的設置上更易于變化。比如，最近幾年比較熱點的Web開發、移動應用開發、云計算技術、大數據處理等方面的課程。

內容變化快、變化頻繁是專業拓展課的第一大特點，究其主要原因是，計算機類專業與產業經濟關系密切，隨著產業需求的變化，為了更好地適應市場和用人單位需求，在制定培養目標和培養方案時，必須考慮產業的需求。專業拓展課程的第二個特點是，課程內容新穎。因為新技術催生的新課程，內容通常是與之前的課程有較大差別，對教師和學生來說都具有一定的挑戰性，因此在教學實施過程中需要科學的方法。另外，在知識的接收和運用上，專業拓展課一方面可以使學生將專業基礎課掌握和運用，另一方面對于拓展學生的綜合專業能力和職業素養，起到了至關重要的作用。

通過近幾年對專業拓展課程教學研究，發現存在以下問題。首先是，學習新課程進入困難。每門專業課程在設置時，一般考慮其先修課程，這一點對新課程的教學效果至關重要。以Web開發課程為例，當教師講動態網站構建[1]時，學生應具備網頁編寫的基礎知識，因為動態網頁生成的結果是一個個頁面，而學生如果缺乏相應的頁面編輯知識，則會一片茫然。另外一點，學完應用性的課程后，在較短時間內疏于實踐。同樣是Web開發類課程，當學生學習一段時間后，常常處于躍躍欲試的狀態，但對課程的后續安排，缺乏對學生能力進一步提高的機會。

根據上述問題，我們在拓展課程教學過程中對教學措施與教學方法進行了一定的改革和探索。

2教學措施

專業拓展課作為培養計劃中專業基礎課程的重要補充和完善模塊，我們在專業拓展課程教學中，除了常規的教學安排和教學手段之外，我們還注意了以下一些教學措施的開展。

2.1教學內容的合理組織

因為專業拓展課需要學生具備一定的專業基礎知識，因此在專業基礎課程的教學內容組織上，除了基本理論和能力培養所需要的基礎知識，教師還要在教學中從多方面滲透相關知識的擴展和應用。例如，計算機圖形學[2]課程作為專業基礎課程，在幾何造型內容的講授過程中，教師可根據三角網格這一幾何表示方法對學生進行少量的擴展，例如編程實現模型的讀取等。如此一來，學生在拓展課程如3D建模課程或UNITY課程中，對于模型的數據表示就輕松自然地接受掌握了。同時，在拓展課程的開展過程中，也需要經常回顧在基礎科目中所學的相關知識，以更好地接收新的內容;通過課程之間的相互聯系，學生在拓展課的學習中進一步鞏固了基礎課的知識。

2.2充分發揮課程論文和學科競賽的驅動作用

在專業拓展課程教學過程中，要充分利用課程論文的促進作用，通過設置一些與拓展課程有關的課程設計題目，使學生參與到設計與開發中。教師在設置課程設計題目時，要考慮到題目的難度和題目之間的關聯，使不同的學生從不同角度獲得與課程有關的設計或開發經驗。此外，因為專業的特點，要充分利用競賽項目的驅動作用，鼓勵學生參與參加一些競賽，如軟件設計大賽，電子設計大賽;通過科技學術節等類型，形成良好地學習和開拓創新的氛圍。通過一些比賽作品的完成，使得學生對拓展課程提高興趣，并通過強烈的需求，促進學生自我學習和主動學習，對拓展課程的教學效果起到了很好的促進作用。

2.3產學研用相結合

充分利用校企聯合培養模式，發揮校地合作的優勢，給學生提供足夠多的實踐機會。例如，通過引領學生參觀學習企業，邀請企業進行拓展類課程的培訓，將業務中的實際問題引入課堂作為案例進行教學等方式。一些前沿性的課程則結合到科研過程中，通過前沿講座的形式，或者在基礎課程教學過程中進行涉獵，使學生提高探索的興趣和學習的熱情，這些做法都極大提高了拓展類課程的教學效果。

通過這種基礎課程教學中滲透，競賽項目驅動，產學研相結合多方位多層次的教學措施，在專業拓展課的教學質量提高方面起到了重要作用。

3教學方法

在專業拓展課的教學過程中，使用多種教學方法以提高教學質量和教學效果，我們借鑒了其他學科的一些教學方法，如示范教學方法、模擬教學方法和項目教學法。

示范教學法就是有目的的以教師的示范技能作為有效的刺激，以引起學生相應的行動，使其通過模仿來掌握必要的技能。雖然這類教學方法被廣泛用于動作示范（體育類課程）語音示范（外語，音樂）書寫示范（書法、美術等）課程中，但在多媒體輔助教學普及的時代，我們很多的計算機課程也可采用示范教學法。以“Web編程”課程[1]為例，教師在課堂上一步一步動手操作一個案例，如實現一個驗證碼，以引起學生相應的好奇心和求知欲，然后教師啟發學生思考其中的重點和難點，并做相應解釋。學生在緊跟其后的實驗中親自驗證類似問題。在實現中還可能發現更多的問題，教師再進一步解釋。

模擬教學法[3]是指在教師指導下，學生模擬扮演某一角色進行技能訓練的一種教學方法。這類教學方法在醫學類課程中常常被采用。在計算機類課程中，我們也可以借鑒使用。以“人機交互技術”課程[4]為例，其中大量是作為開發原則的內容，對學生來說，缺乏趣味性。教師在教學過程中，可以參考使用模擬教學法，結合實踐，創造適當的場景，如多媒體控制臺，某類軟件界面等，使學生既能模擬用戶又能模擬設計者，體會一些既有設計的缺點和優點，從而激發思考，對于一些界面設計存在的問題和指導性原則才會有更加深入的體會。隨著5G時代的到來，模擬教學法和虛擬現實仿真可以進行有機的結合，充分利用5G網絡的傳輸速度快、延時低及穩定等特點，運用虛擬現實技術，AI智能技術等實現遠程互動、虛擬現實，讓學生沉浸在課程內容之中，交互式的體驗會加深學生對知識的理解，從多個視角去觀察和學習課程的內容，直觀地身臨其境的感覺，新穎的學習方式和生動形象的場景會充分刺激學生興奮的細胞，調動學生的學習積極性，從而會提供教學質量，達到較好的教學效果。

5G網絡的到來，手機等各種移動終端的普及，為更好地實現虛擬現實提供保障。教師針對不同的課程設置不同的虛擬環境，不同課程之間不是彼此孤立的，所以相關的設備和虛擬場景可以有效地融合使用，對于設備和虛擬環境的故障，其維護成本也比較低，這使得教學中的模擬教學法的實現更容易成為可能。

項目教學法[5]在專業拓展課程教學中用得非常廣泛。例如在課程基本內容完成之后，將一個相對獨立的項目交由學生自己處理，信息的收集、方案的設計、項目實施及最終評價，都由學生參與。學生通過項目的實施，了解整個過程并把握每一個環節中的基本要求。例如，大部分的專業拓展課程結課之前安排實訓相應的內容。在實訓過程中，學生通過連續幾天時間完成一個項目，項目可以來自企業需要解決的實際問題。在“構思-設計-實現-運行”的教學活動中，學生主動構建知識、運用知識，這也是將專業基礎課程中的知識得以應用和鞏固，在此基礎上對知識的理解再提升;與此同時還鍛煉了技能，有了一定的解決現實問題的能力，做到“知行合一”，學生在動手實踐中邊學習探索邊延伸知識，提高了學習的興趣，進而形成良性循環，提高了學生的成就感和自信心，提高學生的核心競爭力，這與信息化技術支撐之下的人才培養目標也是一致的，統一的。

4教學效果

項目教學法、示范教學法以及模擬教學法的結合、交叉使用，通過幾年的教學實踐，我們學院的專業拓展課程教學質量有了明顯提高，表現在學生的動手實踐能力顯著提升，在各類省級、國家級的設計大賽中參與熱情和獲獎人次都有顯著提高，學生在課程設計與畢業設計中作品也有了很大的改善，從作品的類型和作品的應用水平上都有前所未有的進步。培養的學生畢業后的從業能力較之以前也有較大提高。

這些教學方法雖然形式不一，方法不同，都是順應的時代的發展需求，是相互彼此的有效補充，綜合用在學生身上，充分調動了學生學習專業知識的興趣，增強了求知的欲望，在這個過程中，慢慢地也實現了對于傳統課堂的“翻轉”，以學生為中體，讓學生變被動為主動，讓“被動灌輸”變為“主動探求”;5G和移動終端的普及，讓學生可以線上、線下結合學習，可以利用碎片時間學習，充分利用、管理好時間，使學生做自己時間的主人，規劃好人生，夯實專業基礎知識，利用拓展課程開闊自己專業視野，提高專業素養，也使得拓展課程達到較好的教學效果。

5 結語

本文根據計算機類專業中的專業拓展課程的特點，分析了該類課程教學過程中存在的問題，探索了一些行之有效的教學措施和方法，來提升新工科背景下人才的創新創業能力，以適應當前中國對工科類人才的要求，為國家的發展提供相應的儲備人才，為新產業和新經濟的發展提供人才支撐和智力保障。

參考文獻：

[1] 傳智播客高教產品研發部. PHP網站開發實例教程[M].北京：人民郵電出版社，2015.

[2] 孫家廣，胡事民.計算機圖形學基礎教程[M].2版北京：清華大學出版社，2009.

[3] 王水珍.情境模擬教學法：研究特點及未來展望[J].教師教育論壇，2017，30（11），30：74-78，94.

[4] 孟祥旭，李學慶，楊承磊.人機交互基礎教程[M].3版.北京：清華大學出版社，2016.[LinkOut]

[5] 李春蓉，李文華，楊翠芳.基于項目教學法的網頁設計基礎課程改革探索[J].中國教育技術裝備，2018，（14）：91-93.

【通聯編輯：張薇】