胡章榮

摘要：計算機(jī)課程教學(xué)改革一直致力于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，力求為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供動力。本文以高校計算機(jī)基礎(chǔ)課程改革為例，論述了高校工程教育類人才培養(yǎng)的緊迫性，及在新工科視野下如何構(gòu)建高校計算機(jī)基礎(chǔ)課程，培養(yǎng)具有工程思維和實踐能力創(chuàng)新性人才。

關(guān)鍵詞：計算機(jī)基礎(chǔ)；課程改革；新工科

中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）11-0126-02

隨著以新業(yè)態(tài)、新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新模式為主要特征的四新經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，給傳統(tǒng)工科教育帶來了全新挑戰(zhàn)[1]。為主動應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、“中國制造 2025”等一系列國家戰(zhàn)略。2017年2月以來，教育部在復(fù)旦大學(xué)召開高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會，并與參會的30所高校達(dá)成 “復(fù)旦共識”，之后，又下發(fā)了《教育部高等教育司關(guān)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(jìn)新工科建設(shè)。

我國工程教育與新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)發(fā)展存在脫節(jié)的現(xiàn)狀[2]，特別是在大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)空間安全、人工智能智慧城市、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、無人機(jī)產(chǎn)業(yè)、機(jī)器人產(chǎn)業(yè)、增強(qiáng)現(xiàn)實、混合現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實、邊緣計算、5G/6G智慧農(nóng)業(yè)、智慧林業(yè)、智慧醫(yī)療、智能機(jī)械…等新型產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域人才供給嚴(yán)重不足。這些新型領(lǐng)域都可以通過先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)給予解決，大學(xué)計算機(jī)課程作為計算機(jī)教育的重要組成部分，不僅要培養(yǎng)學(xué)生的基本信息技術(shù)素養(yǎng)，而且還應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用信息技術(shù)對復(fù)雜工程問題進(jìn)行預(yù)測、模擬和求解的能力。培養(yǎng)大批具有較強(qiáng)行業(yè)背景知識、工程實踐能力、勝任行業(yè)發(fā)展需求的應(yīng)用型和技術(shù)技能型人才。因此，在新工科視野下，探索更科學(xué)的教學(xué)理論、教學(xué)模式、教學(xué)設(shè)計，以及科學(xué)的實施教學(xué)過程，成為現(xiàn)代大學(xué)計算機(jī)課程改革的重要任務(wù)[3]。

1 計算機(jī)課程改革的迫切性

計算機(jī)公共課是一門面向高校一年級學(xué)生開設(shè)的課程，主要培養(yǎng)學(xué)生對計算機(jī)的應(yīng)用能力和實踐能力。目前針對理工科類學(xué)生開設(shè)的課程主要是《C語言程序設(shè)計》《VB程序設(shè)計》《VF程序設(shè)計》等，這些課程知識陳舊、內(nèi)容較多、語法復(fù)雜、內(nèi)容枯燥，教育教學(xué)理念陳舊，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，與新產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求嚴(yán)重脫節(jié)，計算機(jī)課程迫切需要改革。

1）信息化社會變革與產(chǎn)業(yè)升級的壓力

信息化的變革，特別是計算機(jī)科學(xué)的發(fā)展推動了工程科學(xué)的快速發(fā)展，促進(jìn)了多學(xué)科間的融合，催生了以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)、新模式為特點的新經(jīng)濟(jì)，給經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級帶來了新機(jī)遇。計算機(jī)科學(xué)不僅自身得到了快速發(fā)展，催生了大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等新學(xué)科，同時也融合到其他學(xué)科中，推動了其他學(xué)科取得了新的發(fā)展。但受到教育模式的限制，我國工程教育規(guī)模世界第一，但工程人才培養(yǎng)質(zhì)量還處于世界末端，人才缺口嚴(yán)重，據(jù)報道，2020年，新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)、新材料、電力裝備、高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人技術(shù)相關(guān)專業(yè)將成為最大的人才缺口專業(yè)，特別是信息技術(shù)領(lǐng)域的才缺口有 750 萬人，2025 年會達(dá)到 950 萬人[4]，在國際競爭中處于劣勢地位。只有加強(qiáng)培養(yǎng)科學(xué)基礎(chǔ)厚、工程能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高的人才，突破了核心關(guān)鍵技術(shù)，中國才能在未來全球創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，構(gòu)筑先發(fā)優(yōu)勢，占據(jù)戰(zhàn)略制高點[5]。

2）專業(yè)、校企、新舊內(nèi)容的交叉融合

社會需要的是既具備專業(yè)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(tǒng)教學(xué)模式，根據(jù)社會發(fā)展的需求，深化產(chǎn)教融合、校企合作、協(xié)同育人，增強(qiáng)學(xué)生就業(yè)創(chuàng)業(yè)能力，加強(qiáng)前沿理論知識的學(xué)習(xí)，加強(qiáng)實踐能力培養(yǎng)才能促進(jìn)新經(jīng)濟(jì)，新產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。然而，當(dāng)前我國教育缺乏標(biāo)準(zhǔn)，教育理念、教學(xué)模式依舊保守，工程教育理科化傾向嚴(yán)重，重理論輕實踐，重科研論文產(chǎn)出輕實踐技能培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生人文素養(yǎng)、心理素質(zhì)、溝通能力、動手能力，自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力都較差，難于適應(yīng)企業(yè)和社會的需要。

3）具有持續(xù)競爭力的人才培養(yǎng)目標(biāo)

當(dāng)今國與國之間的競爭是人才的競爭，歸根結(jié)底是教育的競爭，只有持續(xù)培養(yǎng)有新技術(shù)，具備創(chuàng)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(shù)不斷涌現(xiàn)、舊技術(shù)不斷被更替的信息技術(shù)領(lǐng)域，更需要培養(yǎng)大批自學(xué)能力強(qiáng)、適應(yīng)能力和創(chuàng)新能力都較強(qiáng)的人才。計算機(jī)基礎(chǔ)是一門實踐性很強(qiáng)的課程，在教學(xué)過程中應(yīng)該培注重培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。我國計算機(jī)課程改革從計算思維到新工科，教學(xué)形式從MOOC到翻裝課堂，再到數(shù)據(jù)精準(zhǔn)驅(qū)動，其目的是培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維的工程實踐性人才，但是由于起步晚，深受傳統(tǒng)教學(xué)理念的影響，效果不明顯。因此，在新工科背景下加強(qiáng)計算機(jī)課程教學(xué)改革，探索新工科人才培養(yǎng)方案，培養(yǎng)具有國際競爭力的人才十分迫切。

2 新工科背景下計算機(jī)課程改革方向

在新工科背景下培養(yǎng)滿足企業(yè)、社會需求，具有持續(xù)國際競爭力的計算機(jī)人才，需要找準(zhǔn)定位，認(rèn)清方向，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)側(cè)重點、教學(xué)方式三個方面對教學(xué)進(jìn)行改革。

1）教學(xué)內(nèi)容要改革

由于長久以來形成的慣性思維，計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)部門往往一成不變地講授既定的課程內(nèi)容，在各專業(yè)制定或調(diào)整專業(yè)人才培養(yǎng)方案時，較少從專業(yè)建設(shè)目標(biāo)的角度設(shè)置課程內(nèi)容，依舊重理論輕實踐。理論知識大都覆蓋計算機(jī)軟硬件系統(tǒng)、多媒體技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、算法與程序、信息安全等，授課內(nèi)容基本上是相關(guān)領(lǐng)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(shè)計，難以培養(yǎng)學(xué)生的工程思維、系統(tǒng)思維和創(chuàng)新思維，難以激發(fā)學(xué)生后期的繼續(xù)學(xué)習(xí)的興趣，甚至使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)而無用的想法。致力于新工科人才的培養(yǎng)，在計算機(jī)基礎(chǔ)課程中應(yīng)該加大對新領(lǐng)域新技術(shù)的普及，讓學(xué)生認(rèn)識到計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用之廣泛，技術(shù)之強(qiáng)大，并通過具體應(yīng)用項目案例，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維和工程實踐思維，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2）教學(xué)模式要改

長期以來高校計算機(jī)課程形成了采用“計算機(jī) + 投影儀”的方式形成以“學(xué)科理論知識教”為主，“日常辦公軟件”操作為輔的教學(xué)模式。課堂中以教師講解為主，學(xué)生不能根據(jù)教師的講解進(jìn)行實施操作，缺乏參與性、積極性和互動性，導(dǎo)致學(xué)生對理論知識掌握不牢，實踐能力不強(qiáng)。圍繞解決問題、項目實施形成新的課程鏈，將傳統(tǒng)課程結(jié)構(gòu)的公共基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課“階梯型”模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤扒榫郴钡墓こ探逃n程結(jié)構(gòu)。課堂教學(xué)應(yīng)改變教師講，學(xué)生聽的模式，轉(zhuǎn)變教育理念，充分發(fā)揮教師的引領(lǐng)作用，調(diào)動學(xué)生的積極性，以案例驅(qū)動的教學(xué)方式，讓學(xué)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(fā)對新知識新技術(shù)的學(xué)習(xí)，課后還結(jié)合了課外科技活動、技能競賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等活動培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和工程思維能力。

3）教學(xué)評價方式要改革

教學(xué)考核是一個重要的環(huán)節(jié)，是檢驗教師教學(xué)能力和學(xué)生是否達(dá)到學(xué)習(xí)效果的重要手段，直接制約著教師教學(xué)計劃的制定。傳統(tǒng)的考核以學(xué)術(shù)論文、教學(xué)工作量為依據(jù)對教師考核，按照期末考試成績和平時作業(yè)完成情況對學(xué)生進(jìn)行考核?？己朔绞絾我弧⑺腊?，不利于教學(xué)的實施，在對教學(xué)目標(biāo)提出更高的條件下，教學(xué)方式也必須發(fā)生改變。在新工科背景下，應(yīng)注重教師實踐能力的培養(yǎng)，引進(jìn)教師要注重其學(xué)科背景交叉性、知識結(jié)構(gòu)互補(bǔ)性、工作經(jīng)歷多樣性、發(fā)展?jié)摿伤苄缘?，缺乏實際生產(chǎn)經(jīng)驗的教師不能堪當(dāng)工程教育重任，建構(gòu)工科教師到企業(yè)任職、聘請一線工程技術(shù)人員承擔(dān)教學(xué)任務(wù)等人事制度。對教師的應(yīng)摒棄為論文是重，以完成任務(wù)的多少為指標(biāo)的考核方式，根據(jù)不同學(xué)科特色制定不同的評價方案。對學(xué)生而言，應(yīng)該加強(qiáng)對實踐能力的評價，細(xì)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(chuàng)新型實驗等，對于結(jié)果的評價要從解題思路、實驗方法、創(chuàng)新思維、團(tuán)隊協(xié)作等方面進(jìn)行。

3 課程體系構(gòu)建

在“新工科”的指導(dǎo)下，需要培養(yǎng)學(xué)生的計算思維和工程思維，當(dāng)前開設(shè)的《C語言程序設(shè)計》、《VB程序設(shè)計》等課程偏向于語法基礎(chǔ)，不能很好與新型產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，而Python作為一門高級語言，具有語法簡單、功能強(qiáng)大、開源免費等，被廣泛應(yīng)用到數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)挖掘、人工智能等領(lǐng)域，深受大眾的熱愛。近幾年P(guān)ython在數(shù)據(jù)分析/大數(shù)據(jù)分析、人工智能基礎(chǔ)與應(yīng)用、基本的綜合計算系統(tǒng)（Web/VR/嵌入式等）三個領(lǐng)域得到了快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，而這些領(lǐng)域的研究始終都貫穿著數(shù)據(jù)分析的全過程，因此在計算機(jī)基礎(chǔ)課程建構(gòu)中，Pytho大數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用課程首先應(yīng)讓學(xué)生明白大數(shù)據(jù)與云計算、物聯(lián)網(wǎng)，人工智能等概念間的區(qū)別，并通過具體應(yīng)用案例分析說明數(shù)據(jù)分析的基本流程和應(yīng)用價值。其次對Python語法特點進(jìn)行講解，簡要介紹Python 的基本語法和編程工具，如 Python 編程環(huán)境的搭建 、基本數(shù)據(jù)類型、表達(dá)式、運算符、程序調(diào)試等。然后重點分析python的復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)操作，如元祖、字典、列表、數(shù)組、異常處理、面向?qū)ο缶幊痰取W(xué)完基本語法后，以數(shù)據(jù)挖掘的過程為軸，重點講授python數(shù)據(jù)獲取，數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)存儲等方面的知識。最后，以綜合實踐應(yīng)用能力培養(yǎng)為目標(biāo)，重點培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和工程思維能力 ，因而課程主要以數(shù)據(jù)分析為例，對網(wǎng)絡(luò)爬蟲概念 、非結(jié)構(gòu)化文本數(shù)據(jù)處理、語法解析、文本提取、數(shù)據(jù)清洗等進(jìn)行介紹。雖然知識點較多，但是python語言簡單的語法和強(qiáng)大的開源庫可以減輕學(xué)習(xí)者的壓力，對激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新能力和工程實踐能力有較大的幫助。

4 總結(jié)

本文以新工科為背景，分析了新經(jīng)濟(jì)發(fā)展下對新型工科人才培養(yǎng)的要求，結(jié)合我國在工程教育領(lǐng)域人才培養(yǎng)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(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程為例，分析了新工科理念下的人才培養(yǎng)模式與傳統(tǒng)人才培養(yǎng)模式存在較大的沖突，必須改變傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和教育理念。以python 語言代替其他程序設(shè)計語言，構(gòu)架新工科背景下的公共大學(xué)計算機(jī)課程。

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【通聯(lián)編輯：張薇】