新工科背景下研究性教學模式應用研究

摘要：隨著信息技術的快速發展和新工科教育改革的推進，傳統程序設計類課程的教學模式已無法滿足培養創新型工程人才的需求。文章針對當前教學模式中存在的問題，提出了一種基于線上線下混合的研究性教學模式，以成果導向教育（OBE） 為理念，結合線上預習、在線測試與線下研討、實踐項目等環節，應用案例教學法和任務驅動法等多元化教學方法，采用項目實踐、課程設計、在線測試等多種考核方式。實踐表明，該模式在激發學生學習興趣、提升實踐能力及創新思維方面具有顯著效果，為新工科背景下程序設計類課程教學改革提供了可行路徑。

關鍵詞：新工科；研究性教學模式；程序設計類；成果導向教育；線上線下混合教學

中圖分類號：G642" " " 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）23-0163-03

開放科學（資源服務） 標識碼（OSID）

0 引言

新工科教育是在國家創新驅動發展戰略背景下提出的一種高等教育新理念，旨在培養能夠應對未來工程挑戰、具備多學科交叉融合能力的創新型人才[1]。程序設計類課程作為信息技術與傳統工程專業的重要連接橋梁，在新工科教育中起著至關重要的作用。然而，傳統教學模式多側重基本語法和算法理論知識的傳授，缺乏對學生動手實踐和創新能力的培養，難以滿足新工科教育對工程實踐和創新素養的要求。因此，探索一種適應新工科要求的研究性教學模式，以加強學生在實際工程問題中的程序設計能力和創新思維，已成為當務之急。

1 傳統教學模式存在的問題

1.1 學生學習興趣不高

程序設計類課程通常涵蓋大量語法規則和算法理論，這些內容對初學者而言較為抽象且難以理解，影響了學習的吸引力。根據對鄭州科技學院2022級、2023級數據科學與大數據技術專業352位學生的問卷調查，發現47.4%的學生表示該課程內容枯燥，難以激發興趣。此外，許多高校在此類課程中仍沿用傳統教學法，偏重理論講解，缺乏生動的案例和實際操作項目，導致學生理解困難、學習效率低下，進一步影響了學習成效。盡管一些高校嘗試通過“慕課”“超星爾雅”等平臺引入在線學習資源以拓展學習路徑，但調查顯示，58.2%的學生在面對海量資源時感到迷茫。

1.2 理論與實踐脫節

高校課程設計的初衷是培養學生將理論知識轉化為解決實際工程問題的能力，然而調研數據顯示，64.6%的學生認為自身編程能力與實際需求存在明顯差距。造成這一現象的原因主要有兩方面：其一，高校教師招聘標準過度強調學歷背景和理論水平，而對工程實踐能力的考查相對不足。根據學校人事部門統計，73.5%的教師直接從學術機構畢業后進入教學崗位，雖然具備扎實的理論功底，但缺乏企業實踐經驗，導致難以將理論知識與工程實踐有機結合。其二，程序設計作為一門強調實踐性的學科，需要通過大量編程訓練來鞏固知識、提升技能，但傳統教學模式仍以理論講授為主導，實踐教學課時占比偏低，學生缺乏充分的實操機會，實踐能力提升效果有限。

1.3 教學內容缺乏針對性

傳統的程序設計課程通常采用統一的教材和教學大綱，忽視了學生個體差異和專業背景差異，難以滿足學生的多樣化學習需求。問卷調查中，62.9%的學生認為當前的課程內容缺乏針對性，無法滿足自身的個性化需求。尤其是在新工科教育背景下，學生的知識基礎和職業發展方向多元化，傳統課程設計難以激發其創新潛力和學習興趣。因此，改進教學內容以適應學生的個體需求，促進創新能力的培養，已成為新工科人才培養中的重要環節。

1.4 考核方式單一

傳統的程序設計類課程考核方式主要以筆試為主，重理論知識的考查，忽視對學生實踐能力和創新思維的評價。這種單一考核方式難以全面反映學生的真實水平。調研結果中，71.8%的學生認為筆試無法體現其實際編程能力，且不利于激發創新思維。因此，改革考核方式，使其更全面地評估學生的程序設計能力和創新思維，有助于提升學生的實踐能力并增強其在實際工程中的競爭力。

2 研究性教學模式的構建

2.1 線上線下混合教學模式

線上線下混合教學模式結合了傳統面對面教學和在線教學的優點，為學生提供多元化的學習路徑[2]。線上部分主要用于課前預習和知識掌握檢測，線下課堂則側重深入講解核心知識、組織小組討論和開展實踐項目。線上與線下內容相輔相成，提升了學生的學習效率和知識應用能力。

2.2 明確學習目標

在研究性教學模式中，基于成果導向教育（Outcome-Based Education， OBE） 理念明確學習目標，對于引導學生學習具有重要作用。OBE強調課程設置應從學習的最終成果出發，通過設定清晰的學習目標，使學生明確學習內容的實際應用價值及所需掌握的核心技能[3]。與傳統教學模式中相對模糊的學習目標不同，研究性教學在OBE理念的指導下，通過設定清晰、可衡量的成果，幫助學生理解每個模塊的核心技能及其實際應用價值，從而提升學習興趣與主動性。

2.3 多元化教學內容

新工科教育強調多學科交叉融合，因此在程序設計類課程中，不應局限于基本語法和算法知識的傳授，還應結合學科領域的最新成果和教師的教科研成果，注重與其他學科的融合。通過引入與專業問題相關的實際案例，可以讓學生更好地理解程序設計的實際應用價值，培養他們解決實際問題的能力和創新思維。因此，建議根據新工科教育的要求，重構教學內容，以多學科交叉融合為導向。

2.4 靈活多樣的教學方法

在程序設計類課程中，為了提升教學效果，需根據不同的教學內容靈活運用講授法、案例教學法、任務驅動法和分組研習法等多種方法。講授法適用于知識點的系統講解，使學生夯實理論基礎；案例教學法則通過實際應用場景引導學生理解編程的實際價值，并能將各知識點有機整合為整體；任務驅動法以解決實際問題為主線，通過任務的設計與完成來幫助學生鞏固所學知識，提升技術應用能力；分組研習法則適用于復雜的項目任務，小組成員在自主學習和討論中分工協作，增強團隊合作和溝通能力。多樣化的教學方法相輔相成，使學生在理論和實踐中全面發展，提升編程技能和解決問題的能力。

2.5 多元化的考核方式

建立多元化的考核體系，除了傳統的期末筆試外，還應增加平時考核、實踐技能、研究成果等多種考核方式，全面評估學生的程序設計能力和創新思維。期末筆試占30%，主要考查學生對核心理論知識的掌握情況；平時考核占20%，由線上測試和課堂參與組成，主要反映學生在日常學習中的投入度；實踐項目權重30%，用于評估學生的編程技能和實際應用能力；研究成果占20%，考查學生的創新能力、團隊協作和探索能力。

3 具體實施策略

研究性教學模式結合現代教育理論，采用“線上與線下融合”的教學策略，強調“學生為中心，教師為引導”的教學原則，幫助學生通過自主探索和協作實現深度學習和實踐創新。本部分從課前、課中和課后教學內容的具體安排出發，提供可操作的實施方案，以指導教師有效引導學生的學習過程。

3.1 課前教學內容

在研究性教學模式中，課前預習是關鍵環節，為學生的自主學習和課堂參與打下基礎。教師作為組織者，需提供系統化的線上資源，并引導學生完成理論知識與拓展性研究的預習。在理論知識預習方面，教師通過“超星爾雅”或“中國大學MOOC”等在線學習平臺創建分章節課程模塊，上傳教學資源供學生按模塊自主學習。同時，設計在線練習題，通過自動反饋幫助學生及時檢測學習效果，以便教師據此調整課堂教學重點。此外，為了激發學生的探索意識和科研能力，教師可在課前提供與課程內容密切相關的拓展性研究課題，如“算法復雜度的分析與優化”等，幫助學生在理論基礎上深入探究，同時，教師還可以提供必要的科研方法指導，如代碼優化思路、算法性能評估方法等，幫助學生在小組協作中完成數據收集、分析與匯報準備，初步實現研究性學習的探索和積累。

3.2 課中教學內容

在研究性教學模式中，課堂研討的流程和組織方式對于確保學生的參與和理解至關重要。在教師精講環節，教師針對學生課前預習中的共性問題、課程的重難點進行集中講解；此后的主體研習環節讓學生分組展示課前預習中完成的研究內容，并相互交流成果。

以“排序算法的性能對比”為例，具體安排如下：

1） 精講環節：回顧課前預習內容中的核心概念，包括選擇排序、插入排序和快速排序等基礎排序算法，簡要介紹各算法的時間復雜度，并說明當數據規模擴大時，不同算法的效率差異。同時提出思考問題：“在不同數據規模下，如何選擇合適的排序算法？”

2） 主體研習環節：

① 分組展示：各小組在課前完成了不同排序算法的性能測試，現依次展示研究過程和結果，并分享遇到的實際問題和解決方法。

② 教師引導討論：在小組展示后，教師通過提問引導學生深入思考。如，隨著數據規模增加，選擇排序和快速排序的性能差異有何變化？引導學生理解算法復雜度的實際意義。

③ 小組間互動：在教師的引導下，其他小組也參與討論，并分享各自的研究發現。

④ 教師總結：在所有小組展示和討論結束后，教師對本次研討進行總結，歸納各小組的發現，強調時間復雜度在算法選擇中的關鍵作用，并總結不同排序算法在大數據處理中的適用性。

3.3 課后教學內容

課后教學環節的設計應當注重知識拓展與實踐交流。通過構建跨學科融合的線下實踐任務與線上互動討論，形成“學生自由組隊、合作開發、定期匯報研討、教師點評拓展”的新型教學模式，推動教學方式從“教師單向知識傳授”向“引導學生主動探究式學習”的根本轉變。這一模式既能幫助學生深化理解課程內容，又能促進理論知識向實際問題的轉化應用，從而有效培育學生的創新思維能力。

3.4 實踐項目與課程設計

實踐項目和課程設計是研究性教學模式中的重要組成部分。通過實際項目的開發和課程設計的完成，可以讓學生親身體驗軟件開發的全過程，并培養他們的動手實踐能力和創新思維。同時注重培養學生的團隊協作能力和項目管理能力，可以讓他們更好地適應未來的職業發展需求。

3.5 考核與評價方式改革

通過建立多元化的考核體系，可以更加全面地評估學生的程序設計能力和創新思維。因此，除了傳統的筆試外，還應增加項目實踐、課程設計、在線測試等多種考核方式，鼓勵學生積極參與創新實踐并展示自己的創新成果。

4 結論

在新工科建設背景下，線上線下混合式教學模式、靈活多樣的教學方法以及多元化考核機制的實施，在激發學生學習興趣、培養實踐能力和創新思維等方面成效顯著。教學評估數據顯示，采用研究性教學模式后，學生課堂參與度提升22%，實踐能力增長28%，創新思維與團隊協作能力均有明顯提升，為培養創新型卓越工程人才提供了有力支撐。然而，該模式在實施過程中仍面臨若干挑戰，包括學生自主學習能力存在個體差異，以及教師在引導深度研討方面的支持策略有待完善等問題，這些都將成為后續教學改革的研究重點。

參考文獻：

[1] 易發勝，李立，趙麗琴.新工科背景下Python程序設計課程教學方法研究[J].計算機教育，2021（7）：148-151，156.

[2] 魏妮妮.混合式教學模式在程序設計類課程實驗教學中的應用研究[J].高教學刊，2021，7（8）：101-104.

[3] 張文勝，陳宏.基于OBE教育理念的混合式教學模式實踐與探索：以《趣學Python編程》公共基礎課為例[J].陜西教育（高教），2023（9）：39-41.

【通聯編輯：王 力】