新工科背景下跨學(xué)科跨專業(yè)一流選修課程建設(shè)研究

曹海英 元 元

河套學(xué)院數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)系，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000

一、課程建設(shè)背景

建設(shè)新工科的主要?jiǎng)右蚓褪切乱惠啴a(chǎn)業(yè)革命的出現(xiàn)，現(xiàn)階段全球進(jìn)入第四次工業(yè)革命，包含我國在內(nèi)的很多國家紛紛提出戰(zhàn)略計(jì)劃，從世界工業(yè)革命發(fā)展進(jìn)程來看，每一次工業(yè)革命都會(huì)引起社會(huì)對(duì)人才質(zhì)量、結(jié)構(gòu)要求的變化，從而引起工程教育人才培養(yǎng)方案、理念的變革［1］。

國外對(duì)工科人才的培養(yǎng)研究成果較豐富，主要集中在兩個(gè)方面：一是工科人才具備的核心能力素養(yǎng)，代表人物有美國學(xué)者Ernst 和Lars。MIT 也提出了新工科人才應(yīng)具備的包含有創(chuàng)造性思維、計(jì)算性思維等12 種思維能力。二是在人才培養(yǎng)模式上，美國麥克萊蘭教授提出能力導(dǎo)向教育；美國工程教育模式研究采用成果導(dǎo)向教育模式；加拿大滑鐵盧大學(xué)研究采用合作教育人才培養(yǎng)模式等。我國專家和學(xué)者的研究主要圍繞著新工科背景，從工程教育理念、學(xué)科專業(yè)結(jié)構(gòu)、人才培養(yǎng)模式、教育教學(xué)質(zhì)量等對(duì)工程教育展開探索研究和實(shí)踐［2］。如楊宗仁等提出新工科教育理念培養(yǎng)的是工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備學(xué)科交叉知識(shí)的高素質(zhì)復(fù)合型人才［3］。葉青等針對(duì)專業(yè)結(jié)構(gòu)，提出了專業(yè)集群建設(shè)，面向產(chǎn)業(yè)需求，適時(shí)調(diào)整專業(yè)結(jié)構(gòu)，堅(jiān)持特色引領(lǐng)，打造專業(yè)集群。人才培養(yǎng)模式上學(xué)者研究的較多，孟祥斌、王國胤等提出了創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)模式；李麗娟、龐嵐等提出多學(xué)科交叉融合人才的培養(yǎng)模式；姚佼、唐娜等按照各個(gè)專業(yè)細(xì)化人才培養(yǎng)模式。對(duì)于提升人才培養(yǎng)質(zhì)量的研究，大多聚焦于課程，其主要集中在課程的設(shè)置，以及課程與課程之間的融合上，如吳賀俊提出在專業(yè)建設(shè)中應(yīng)該將新科目和基礎(chǔ)科目有機(jī)融合。

目前，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)新工科教育的研究都非常重視，在新工科人才培養(yǎng)上都認(rèn)可，以跨學(xué)科、跨專業(yè)交叉培養(yǎng)新工科人才。通過學(xué)科專業(yè)交叉融合培養(yǎng)人才的方式，可以讓學(xué)生習(xí)得一種跨學(xué)科跨專業(yè)的視角，用創(chuàng)新性的方法來分析問題和解決問題，有利于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。未來的人才應(yīng)具有“學(xué)科專業(yè)交叉融合”的特征，而這一特征正是我國現(xiàn)在高校學(xué)生普遍缺乏的。耶魯大學(xué)校長理查德·萊文曾指出：與美國學(xué)生相比，中國學(xué)生普遍缺乏跨學(xué)科的廣度和創(chuàng)造性思維。中國學(xué)生進(jìn)入大學(xué)之后，沒有積極學(xué)習(xí)本專業(yè)之外的內(nèi)容。他認(rèn)為中國需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)跨專業(yè)選修課程，讓學(xué)生能接觸多種學(xué)科知識(shí)。

目前我國大多數(shù)高校都認(rèn)識(shí)到跨學(xué)科跨專業(yè)課程開設(shè)的重要性，在人才培養(yǎng)方案里面規(guī)定了學(xué)生必須選修夠一定的課程學(xué)分。雖然都在選學(xué)課程，但是這些課程大都沒有實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生跨專業(yè)、多學(xué)科融合的交叉教育培養(yǎng)。其主要體現(xiàn)在：開設(shè)為跨專業(yè)選修課程之后，部分教師沒有考慮到選課的學(xué)生來自全校不同的專業(yè)，選修知識(shí)情況不一，未對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，選修課程的專業(yè)性太強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，不能主動(dòng)學(xué)習(xí)，沒能達(dá)成培養(yǎng)目標(biāo)；課程建設(shè)質(zhì)量不高，優(yōu)質(zhì)的教學(xué)、實(shí)驗(yàn)資源未能得到共享，大多數(shù)的學(xué)院、部系都重視專業(yè)課程的教學(xué)，把優(yōu)質(zhì)的教學(xué)、實(shí)驗(yàn)資源都放在專業(yè)課程上，對(duì)跨學(xué)科跨專業(yè)選修課程不重視、不建設(shè)。

“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”構(gòu)成了新工科建設(shè)的“三部曲”，從中可以認(rèn)識(shí)到提高學(xué)生跨學(xué)科教育質(zhì)量，培養(yǎng)具有多學(xué)科背景、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的高層次復(fù)合型技術(shù)人才，已逐步成為工科教育改革發(fā)展的主要方向。提高學(xué)生跨學(xué)科教育質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)學(xué)科專業(yè)交叉融合的人才培養(yǎng)，最終的落腳點(diǎn)必定為課程，課程是人才培養(yǎng)的主要載體，關(guān)系到人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和專業(yè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的落實(shí)。而目前培養(yǎng)“具備學(xué)科、專業(yè)交叉融合”特征人才最主要、直接的課程是跨學(xué)科跨專業(yè)選修課程，新工科背景下建設(shè)一流、高質(zhì)量的跨學(xué)科跨專業(yè)選修課程迫在眉睫。

二、課程建設(shè)內(nèi)容

在新工科背景下建設(shè)跨學(xué)科跨專業(yè)一流選修課程。跨專業(yè)課程學(xué)時(shí)緊張，學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)不同，能力不同，要較好習(xí)得跨專業(yè)課程知識(shí)，單純一刀切的面授難以滿足教學(xué)需求，可考慮進(jìn)行分層次的線上線下混合式一流選修課程建設(shè)。

分層次將教學(xué)內(nèi)容分層為基礎(chǔ)知識(shí)和高階知識(shí)，圍繞內(nèi)容展開的實(shí)踐教學(xué)分層為基礎(chǔ)實(shí)踐、專業(yè)實(shí)踐和創(chuàng)新實(shí)踐。教學(xué)時(shí)分層、漸進(jìn)地提升知識(shí)的難度和深度，讓所有的學(xué)生都能夯實(shí)基礎(chǔ)，在跨學(xué)科、專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)上以新的思維方式，力求能夠從不同的角度利用新的知識(shí)、方法等創(chuàng)新性地解決問題。

Python 程序設(shè)計(jì)語言被廣泛用于數(shù)據(jù)處理、科學(xué)計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)、可視化、圖像處理、人工智能等領(lǐng)域，為多學(xué)科融合提供了基礎(chǔ)，本文以《Python 程序設(shè)計(jì)》課程為例進(jìn)行課程建設(shè)，在進(jìn)行課程建設(shè)時(shí)可從以下方面著手：

（一）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，將內(nèi)容分層。深入挖掘課程，注重與其他不同領(lǐng)域知識(shí)、技術(shù)的交叉融合，凝練知識(shí)點(diǎn)，形成基礎(chǔ)知識(shí)和高階知識(shí)。將教學(xué)內(nèi)容分層，由易到難，分層次可以兼顧學(xué)生的基礎(chǔ)和能力，以學(xué)生為中心，讓不同層次的學(xué)生都能夠獲得成就感、收獲感，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的欲望，都能有興趣忙起來，動(dòng)起來，參與到教學(xué)中。

（二）對(duì)分層內(nèi)容，進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。針對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)可以考慮設(shè)計(jì)線上教學(xué)資源［4］。對(duì)線下實(shí)體課堂進(jìn)行高階知識(shí)的教學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合學(xué)生線上學(xué)習(xí)問題，針對(duì)需要掌握的高階知識(shí)，基于問題、任務(wù)解構(gòu)新知識(shí)；通過提問、討論、任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，在拓展基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的難度、深度和廣度基礎(chǔ)上，形成高階知識(shí)；注重整合不同學(xué)科視角用來分析解決具體問題，讓學(xué)生加深對(duì)知識(shí)的聯(lián)系、運(yùn)用，提高其創(chuàng)新性分析問題解決問題的能力。

（三）設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)踐、專業(yè)實(shí)踐和創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目。為了提高學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用與創(chuàng)新能力，使其以新的學(xué)科、專業(yè)視野考慮、解決問題，在實(shí)踐教學(xué)中設(shè)計(jì)形成與其學(xué)科、專業(yè)知識(shí)交叉融合的實(shí)踐內(nèi)容，將實(shí)踐內(nèi)容分為：基礎(chǔ)實(shí)踐、專業(yè)實(shí)踐和創(chuàng)新實(shí)踐?；A(chǔ)實(shí)踐為驗(yàn)證性、專業(yè)實(shí)踐為設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新實(shí)踐為最具挑戰(zhàn)性的跨專業(yè)跨學(xué)科綜合性實(shí)踐。設(shè)計(jì)實(shí)踐項(xiàng)目時(shí)可思考項(xiàng)目的延續(xù)性與知識(shí)的遞進(jìn)性，力求讓項(xiàng)目在實(shí)際應(yīng)用基礎(chǔ)上，具備連貫性。確定一個(gè)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的功能為主線、貫穿多次實(shí)踐過程。教師能夠啟發(fā)、引領(lǐng)學(xué)生循序漸進(jìn)地思考并利用難度不斷加深的知識(shí)技能完善項(xiàng)目功能。通過遞進(jìn)加深項(xiàng)目難度可實(shí)現(xiàn)編程解決實(shí)際問題的技能水平的逐步遞進(jìn)提升。這樣進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，在訓(xùn)練技能的同時(shí)，循序漸進(jìn)地培養(yǎng)學(xué)生的分析問題、解決問題的能力，有利于學(xué)生形成選用最優(yōu)方案解決問題的良好素養(yǎng)。實(shí)踐教學(xué)中，可以嘗試組建跨專業(yè)實(shí)驗(yàn)小組，創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目由不同專業(yè)的學(xué)生組成的團(tuán)隊(duì)共同完成，力求形成多專業(yè)融合、跨專業(yè)互動(dòng)、全程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的全新實(shí)踐模式。既可以將知識(shí)、技能、素質(zhì)進(jìn)行提升拓展，又可以充分共享、利用高校的實(shí)驗(yàn)室資源。

（四）挖掘課程內(nèi)容的德育元素，研究實(shí)現(xiàn)課程育人。從課程所涉及的專業(yè)行業(yè)、家國情懷、傳統(tǒng)文化等角度，充分挖掘和運(yùn)用學(xué)科、專業(yè)、課程內(nèi)蘊(yùn)含的德育內(nèi)容、元素，通過隱性教育與顯性教育相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)課程育人［5］。做好教學(xué)環(huán)節(jié)上課程思政的融合，力求激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)課程的育人功能，培養(yǎng)理想信念堅(jiān)定、愛國主義情懷深厚、奮斗精神不懈、德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義事業(yè)的建設(shè)者和接班人。

（五）嘗試構(gòu)建以自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)為主、以視頻資源學(xué)習(xí)為核心的線上線下混合式教學(xué)模式，確定教學(xué)的流程以及線上線下任務(wù)。

（六）結(jié)合線上考核和線下考核自身的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，研究制定符合課程考核方案。線上考核注重知識(shí)的掌握檢驗(yàn)，可以精確地實(shí)現(xiàn)客觀評(píng)價(jià)，線下考核注重知識(shí)的應(yīng)用檢驗(yàn)，提升知識(shí)應(yīng)用評(píng)價(jià)的比重。同時(shí)注重過程性考核，讓考核評(píng)價(jià)機(jī)制能夠促進(jìn)學(xué)生日常學(xué)習(xí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)課程知識(shí)的積極性、主動(dòng)性，也能實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的全面評(píng)價(jià)以及促進(jìn)教學(xué)的改進(jìn)。力求實(shí)現(xiàn)通過課程評(píng)價(jià)促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)，以課程評(píng)價(jià)促進(jìn)課程教學(xué)的改進(jìn)，提高教學(xué)的效果。

（七）在教學(xué)中做好答疑和教學(xué)反思。學(xué)生在線上和線下提出、反饋的問題，教師及時(shí)解答，學(xué)生間亦可相互討論解決。教師分享答疑內(nèi)容，學(xué)生可從信息共享中受益；教師匯總問題，進(jìn)行分析，診斷出學(xué)生掌握薄弱的知識(shí)點(diǎn)，找出授課的不足，反思改進(jìn)教學(xué)。

三、課程教學(xué)實(shí)踐

課程教學(xué)在實(shí)施過程中，應(yīng)針對(duì)實(shí)際選擇合適的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)如超星學(xué)習(xí)通、雨課堂等，進(jìn)行線上、線下混合式教學(xué)。教師針對(duì)課程在課前進(jìn)行基礎(chǔ)知識(shí)或?qū)嶒?yàn)的線上課程教學(xué)資源的構(gòu)建，學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)、交流學(xué)習(xí)等多種方式學(xué)習(xí)內(nèi)容。學(xué)習(xí)中通過思考、交流、查閱資料后仍然存在疑問，可向教師尋求答疑，教師可以對(duì)學(xué)生的問題進(jìn)行匯總、分析，確定教學(xué)資源的不足，改進(jìn)教學(xué)資源。在課堂教學(xué)中，應(yīng)該注重拓展知識(shí)深度與廣度，注重實(shí)踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)。比如可選擇解決具體任務(wù)的“基于工作過程”的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)，基于問題求解的問題驅(qū)動(dòng)教學(xué)。可由任務(wù)、問題導(dǎo)入；任務(wù)、問題分析；知識(shí)點(diǎn)深入擴(kuò)展講解；任務(wù)、問題解決；知識(shí)總結(jié)組成。本文以“文件讀寫操作”為例，分析教學(xué)實(shí)施過程。

（一）任務(wù)導(dǎo)入。導(dǎo)入任務(wù)，提出問題，如何統(tǒng)計(jì)一篇專業(yè)知識(shí)文章、報(bào)道中的高頻詞？如何獲取其次數(shù)？……通過解決具體的實(shí)際任務(wù)，引起學(xué)生的興趣，將其注意力集中在課堂，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入構(gòu)建的學(xué)習(xí)任務(wù)情境中。學(xué)生可以根據(jù)自己的專業(yè)特點(diǎn)，選擇文章進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

（二）任務(wù)分析。教師幫助學(xué)生梳理課前學(xué)習(xí)的知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生思考利用已有知識(shí)解決問題的邏輯思路，組織學(xué)生分組討論，分析完成任務(wù)的基本步驟與所需知識(shí)，將任務(wù)進(jìn)行分解，分別為：讀取文件內(nèi)容；分詞、統(tǒng)計(jì)詞頻；將高頻詞統(tǒng)計(jì)的結(jié)果寫入文件。

（三）知識(shí)點(diǎn)講解。針對(duì)問題需求，引入文件操作知識(shí)點(diǎn)。打開文件、讀取文件；處理文件；寫入文件。在學(xué)生課前學(xué)習(xí)知識(shí)的基礎(chǔ)上拓展知識(shí)的難度，結(jié)合重、難點(diǎn)以及之前學(xué)習(xí)過程中學(xué)生的薄弱點(diǎn)，進(jìn)行深入淺出的講授。

（四）解決任務(wù)。使用逐步漸進(jìn)方式啟發(fā)學(xué)生編寫程序解決問題。分析任務(wù)涉及知識(shí)主要為文件操作，其次為字符串等知識(shí)，具體涉及：

1.讀取文件內(nèi)容。利用文件讀入函數(shù)read（ ）或readlines（ ）等讀取文章內(nèi)容。

2.處理文件內(nèi)容，統(tǒng)計(jì)詞頻。導(dǎo)入jieba 庫然后利用cut（ ）函數(shù)將讀取內(nèi)容分解成詞語，靈活運(yùn)用str（ ）、count（ ）等字符串處理函數(shù)，以及列表、字典等知識(shí)，編程統(tǒng)計(jì)詞頻。

3.將結(jié)果寫入文件。利用write（ ）或writelines 函數(shù)將統(tǒng)計(jì)結(jié)果寫入文件，永久保存。

以逐步漸進(jìn)方式啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生編程解決問題。學(xué)生在編輯程序和調(diào)試代碼過程中可能存在有提示信息的語法錯(cuò)誤或沒有提示信息的邏輯錯(cuò)誤等，需要其不斷修改錯(cuò)誤、完善代碼、調(diào)試程序。鼓勵(lì)其排錯(cuò)要依靠錯(cuò)誤提示、同伴糾錯(cuò)完成。

（五）知識(shí)總結(jié)?？偨Y(jié)任務(wù)與知識(shí)點(diǎn)。引導(dǎo)、鼓勵(lì)學(xué)生自主探索，創(chuàng)新解決問題。通過查詢資料亦可更好地完善、拓展、創(chuàng)新任務(wù)功能，比如可用圖形，詞云等可視化方式顯示詞頻。

在教學(xué)實(shí)施過程中，線上課堂學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)，實(shí)體課堂“基于問題、討論等”互動(dòng)拓展、提升知識(shí)；線上學(xué)習(xí)實(shí)踐內(nèi)容，線下進(jìn)行體驗(yàn)、驗(yàn)證和探究完成實(shí)踐。教學(xué)要以學(xué)生為中心，激發(fā)學(xué)生的探究興趣，引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)地參與教學(xué)，教學(xué)過程中注重知識(shí)的聯(lián)系、內(nèi)化、遷移，需聚焦學(xué)習(xí)成效以及是否達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

四、結(jié)束語

人才的培養(yǎng)，需要提升課程的質(zhì)量，跨選課程是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科交叉融合思維非常重要的課程。以“引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，力求培養(yǎng)學(xué)生以跨學(xué)科或?qū)I(yè)的視野或思維解決問題”為理念；以線上線下混合式教學(xué)實(shí)施為主線，梳理、凝練、歸類形成理論教學(xué)知識(shí)；對(duì)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的實(shí)踐教學(xué)，設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)實(shí)踐、與專業(yè)相關(guān)的實(shí)踐等內(nèi)容，讓不同學(xué)科專業(yè)的學(xué)生結(jié)合自身專業(yè)知識(shí)，以全新的視角完成實(shí)踐內(nèi)容；從這些方面積極進(jìn)行課程建設(shè)，讓理論知識(shí)精，讓實(shí)踐知識(shí)實(shí)，讓理論和實(shí)踐充分結(jié)合。充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，使面向新工科的教學(xué)改革進(jìn)一步深入，經(jīng)過對(duì)課程建設(shè)的不斷探索與實(shí)踐，培養(yǎng)出更多的優(yōu)秀的新工科人才。