武文娟 周小明 劉永剛 陳旺 焦敏
摘? 要? 為了推進(jìn)全專業(yè)本科生計算思維的培養(yǎng),滿足新工科時代對創(chuàng)新型人才的需求,探索并實(shí)踐以學(xué)科競賽為抓手,培養(yǎng)本科生特別是非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新意識及使用信息技術(shù)解決實(shí)際問題能力的實(shí)踐教學(xué)模式。實(shí)踐證明,該模式可以深化教學(xué)改革,激發(fā)本科生學(xué)習(xí)掌握信息技術(shù)的熱情,促進(jìn)本科生計算思維訓(xùn)練。
關(guān)鍵詞? 新工科;信息技術(shù)通專融合教育;實(shí)踐教學(xué);本科生;計算思維;學(xué)科競賽
中圖分類號:G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B
文章編號:1671-489X(2022)15-0079-04
0? 引言
近年來,大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等技術(shù)逐漸上升為國家戰(zhàn)略技術(shù),其巨大作用和深遠(yuǎn)影響已經(jīng)超出計算機(jī)領(lǐng)域,與其他領(lǐng)域、行業(yè)發(fā)生交叉融合,助力其他行業(yè)轉(zhuǎn)型升級,并創(chuàng)造和催生出新的行業(yè),是新經(jīng)濟(jì)最重要的驅(qū)動力之一。這些技術(shù)的共同核心之一是數(shù)據(jù),因此,各領(lǐng)域各層次的人才都要有重視數(shù)據(jù)的意識,掌握信息技術(shù),形成數(shù)據(jù)思維。
2017年,教育部啟動新工科發(fā)展研究工作[1],先后發(fā)布“復(fù)旦共識”“天大行動”“北京指南”等文件[2-4],形成新工科建設(shè)“三部曲”。各高校積極響應(yīng),通過新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目的立項(xiàng)建設(shè),在新工科建設(shè)和改革工作中取得顯著成果[5-7]。教育部高教司多次強(qiáng)調(diào),要聚焦國家發(fā)展戰(zhàn)略,把握高校人才培養(yǎng)工作的新形勢新任務(wù),全面深化高等工程教育改革,加快建設(shè)新工科,主動面向未來,適應(yīng)和引領(lǐng)新經(jīng)濟(jì)[8-9]。
信息技術(shù)學(xué)科是一門滲透性極強(qiáng)的學(xué)科。在新工科時代,非計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生也必須具備相應(yīng)的計算思維素養(yǎng),掌握運(yùn)用信息技術(shù)解決實(shí)際問題的技能。計算思維教育不僅僅是編程教育,其關(guān)注的是利用信息技術(shù)解決問題的能力,強(qiáng)調(diào)學(xué)生信息化認(rèn)知方式的發(fā)展,強(qiáng)調(diào)在真實(shí)體驗(yàn)與實(shí)踐應(yīng)用中發(fā)展學(xué)生利用信息技術(shù)思考、建模與解決問題的能力。因此,計算思維的培養(yǎng)必須重視綜合實(shí)踐能力的培養(yǎng)和鍛煉。
學(xué)科競賽可以在緊密結(jié)合課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上,以競賽的方法激發(fā)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際和獨(dú)立探索的動力,是實(shí)踐研究性學(xué)習(xí)的一種重要形式。因此,在對非計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生開展信息技術(shù)專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)的同時,以學(xué)科競賽為抓手對學(xué)生的計算思維和動手創(chuàng)新能力進(jìn)行全方位的訓(xùn)練,對于人才培養(yǎng)具有重要的意義。通過鼓勵學(xué)生參加大賽,激發(fā)各專業(yè)學(xué)生對于信息技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣,在提出問題、分析問題、解決問題的過程中,系統(tǒng)地強(qiáng)化學(xué)生的科研能力及科研創(chuàng)新精神,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和團(tuán)隊合作意識,提高學(xué)生運(yùn)用信息技術(shù)解決實(shí)際問題的綜合實(shí)踐能力。
1? “中國大學(xué)生計算機(jī)設(shè)計大賽”項(xiàng)目
“中國大學(xué)生計算機(jī)設(shè)計大賽”(以下簡稱“大賽”)是2012—2018年全國普通高校學(xué)科競賽排行榜第26號賽事(中國高等教育學(xué)會確認(rèn)),是中國高等教育學(xué)會發(fā)布的《高校競賽評估排行榜》統(tǒng)計賽事之一,是由教育部高等學(xué)校大學(xué)計算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會中國大學(xué)生計算機(jī)設(shè)計大賽組織委員會主辦,面向全國高校在校本科生的非營利性的公益性、科技型群眾性活動。大賽賽事采用三級賽制:校級初賽(基層動員)、省級賽區(qū)(或省級直報賽區(qū))復(fù)賽、國家級現(xiàn)場決賽。大賽在全國具有廣泛的影響,受到在校大學(xué)生的歡迎和信任,涌現(xiàn)出的優(yōu)秀作品已經(jīng)被CCTV以及不少企業(yè)采用。大賽涵蓋軟件應(yīng)用與開發(fā)、數(shù)字媒體設(shè)計、人工智能等領(lǐng)域。大賽始創(chuàng)于2008年,已經(jīng)舉辦13屆賽事。
中國人民大學(xué)自2008年大賽開辦之初即組織隊伍參賽,歷年來取得豐碩成績,獲獎等級及數(shù)量屢創(chuàng)新高。大賽項(xiàng)目的建設(shè)獲得中國人民大學(xué)信息技術(shù)與管理國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心及中國人民大學(xué)基于大數(shù)據(jù)文科綜合訓(xùn)練國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心兩個國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的支撐。學(xué)科競賽是“實(shí)驗(yàn)教學(xué)、學(xué)科競賽、科學(xué)研究”三位一體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系中的重要一環(huán),兩個實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心從實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)、課程改革、平臺建設(shè)、師資力量、多渠道設(shè)立學(xué)生課題、實(shí)驗(yàn)室開放、管理體制等多個方面,為大賽項(xiàng)目提供有力的支撐。大賽項(xiàng)目的建設(shè)也進(jìn)一步擴(kuò)大了兩個實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的影響力,更好地發(fā)揮了中心的輻射、示范作用。
中國人民大學(xué)專門設(shè)立“中國大學(xué)生計算機(jī)設(shè)計大賽”學(xué)科競賽項(xiàng)目,于秋季學(xué)期開始在相應(yīng)的課程中設(shè)置第二課堂;每年11月開始,成立競賽教師指導(dǎo)小組,結(jié)合實(shí)際需求,著手準(zhǔn)備次年參賽的作品內(nèi)容;次年3月,成立多個參賽隊伍,成員由對計算機(jī)競賽感興趣的學(xué)生組成,指導(dǎo)教師帶領(lǐng)學(xué)生在近半年的時間內(nèi)集中完成項(xiàng)目全階段開發(fā),包括需求確定、代碼編寫、系統(tǒng)測試、項(xiàng)目文檔編寫、參賽視頻及演示材料制作等環(huán)節(jié);5月,舉辦校內(nèi)比賽,對全校參賽作品進(jìn)行篩選評比,選拔優(yōu)秀作品參加大賽的北京市級賽,通過評審的作品最終上推至國賽參與最終的激烈角逐。
2? 以學(xué)科競賽為抓手的計算思維培養(yǎng)實(shí)踐教學(xué)框架
在多年的參賽過程中,依據(jù)“興趣驅(qū)動、問題驅(qū)動、項(xiàng)目驅(qū)動”的培養(yǎng)模式,以學(xué)科競賽為抓手,探索并實(shí)踐一套計算思維培養(yǎng)實(shí)踐教學(xué)框架,如圖1所示。該模式面向所有專業(yè)的本科生。問題情境具有情感上的吸引力,容易使學(xué)生產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣,形成探索問題答案的欲望,促使學(xué)生自覺、主動地尋求解決問題的方法,這也是大學(xué)生計算思維能力培養(yǎng)的重要途徑和方法。
2.1? 確立“以賽促教,以賽促學(xué)”的組織思路
以賽促教,加大相關(guān)非計算機(jī)專業(yè)計算機(jī)課程教學(xué)改革力度,重視實(shí)踐實(shí)訓(xùn)教學(xué);以賽促學(xué),將比賽過程融入學(xué)生平時學(xué)習(xí),使學(xué)生參加比賽獲獎成為一個水到渠成的過程,而非刻意追求的結(jié)果。將組織比賽作為一個全年不間斷的工作,加強(qiáng)平時的宣傳力度,使得學(xué)生平時能夠有意識地觀察生活,積極使用計算思維尋找解決方法,從而真正提高學(xué)生的動手能力,實(shí)現(xiàn)研究性學(xué)習(xí),從而達(dá)到比賽培訓(xùn)的目的。
2.2? 組建經(jīng)驗(yàn)豐富的競賽指導(dǎo)教師隊伍
多年來,中國人民大學(xué)建設(shè)了一支專業(yè)水平高,同時具備豐富參賽經(jīng)驗(yàn)、社會商業(yè)知識和文化知識的指導(dǎo)教師隊伍。指導(dǎo)教師在學(xué)科競賽建設(shè)中發(fā)揮著舉足輕重的作用,要負(fù)責(zé)項(xiàng)目內(nèi)容把控和設(shè)計,為學(xué)生開設(shè)第二課堂,組建團(tuán)隊,并在項(xiàng)目的整個生命周期中指導(dǎo)學(xué)生規(guī)劃、開發(fā)、部署以及實(shí)施項(xiàng)目。
2.3? 面向全專業(yè)學(xué)生開設(shè)培訓(xùn)類、競賽類第二課堂
將學(xué)生分為計算機(jī)相關(guān)專業(yè)及非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生兩大類,這兩類學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)和擅長領(lǐng)域不同。按照項(xiàng)目的生命周期及學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn),每年秋季學(xué)期開始在相應(yīng)的課程中設(shè)置培訓(xùn)類、競賽類第二課堂。面向計算機(jī)相關(guān)專業(yè)學(xué)生,其課程內(nèi)容更偏重于項(xiàng)目的具體實(shí)現(xiàn),在技術(shù)性講解和學(xué)生自主實(shí)現(xiàn)方面有更多課時。在第二課堂中設(shè)置項(xiàng)目類大作業(yè),學(xué)生完成后可以直接將該項(xiàng)目參加學(xué)科競賽。面向非計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生,其課程內(nèi)容則偏重于計算思維能力的訓(xùn)練、相關(guān)技術(shù)應(yīng)用方式的了解,在新工科專業(yè)方向更有針對性。學(xué)生通過課程學(xué)習(xí),掌握物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等領(lǐng)域的新工科專業(yè)的技術(shù)應(yīng)用方式,便于利用學(xué)習(xí)技能獨(dú)立完成創(chuàng)意性項(xiàng)目的構(gòu)思、可行性分析、技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑的規(guī)劃等工作,最終在課程結(jié)束時完成相關(guān)內(nèi)容的文檔撰寫。
2.4? 頭腦風(fēng)暴發(fā)現(xiàn)社會、現(xiàn)實(shí)問題
在開發(fā)任何產(chǎn)品的同時,都要考慮為什么,干什么,能夠解決什么問題,給人們的生活帶來什么便利。帶著這些問題,在每年11月份,指導(dǎo)教師會組織學(xué)生頭腦風(fēng)暴,發(fā)現(xiàn)每個人身邊未解決的問題。通過問題讓團(tuán)隊成員充分理解需求,并以功能點(diǎn)的形式描述出來。此后在項(xiàng)目會議上,團(tuán)隊成員報告自己所理解的軟件功能,其他成員也可以隨時打斷并提出自己的疑問,以供大家一起討論。頭腦風(fēng)暴、團(tuán)隊協(xié)作的方法,可以將集體智慧最大化。最后,爭論問題則由指導(dǎo)教師作出決定。
2.5? 組建跨學(xué)科、跨年級的項(xiàng)目團(tuán)隊
學(xué)生必須以團(tuán)隊(三人)形式報名參賽,因此,準(zhǔn)備報名時就需要考量團(tuán)隊組建和協(xié)作溝通等要素。鼓勵參賽團(tuán)隊跨學(xué)科、跨年級自由組合,既能充分互補(bǔ)各個專業(yè)學(xué)生在知識領(lǐng)域、技能特長方面的不足,也促進(jìn)團(tuán)隊成員之間的跨界交流與學(xué)習(xí),使學(xué)生在互相學(xué)習(xí)的過程中接觸更廣泛的知識內(nèi)容。第二課堂培訓(xùn)結(jié)束后,由指導(dǎo)教師負(fù)責(zé),根據(jù)不同的項(xiàng)目類型,在團(tuán)隊建設(shè)中加入不同專業(yè)的學(xué)生,組成團(tuán)隊專業(yè)化結(jié)構(gòu)合理的項(xiàng)目隊伍,完成項(xiàng)目的整個生命周期,并有針對性地指導(dǎo)項(xiàng)目參賽。比賽指導(dǎo)教師應(yīng)該對學(xué)生進(jìn)行認(rèn)真指導(dǎo),嚴(yán)格按照比賽進(jìn)程合理安排比賽進(jìn)度,及時排除學(xué)生疑惑。特別是學(xué)生比賽作品的制作出現(xiàn)偏差時,教師要能夠及時發(fā)現(xiàn)、及時糾正并引導(dǎo)學(xué)生,給出合理的建設(shè)性意見,防止學(xué)生做無用功。
3? 人才培養(yǎng)成效分析
以學(xué)科競賽為抓手的信息技術(shù)通專融合實(shí)踐教學(xué)框架在人才培養(yǎng)方面的作用可以歸納為兩點(diǎn)。
3.1? 以賽促教,促進(jìn)信息技術(shù)通專融合教育
在新工科和新文科的教學(xué)改革思路指引下,立足信息技術(shù)與管理國家級實(shí)驗(yàn)示范中心,以一個綜合的創(chuàng)新性競賽參賽作品開發(fā)為切入點(diǎn),在半年時間內(nèi),為計算機(jī)專業(yè)與非計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生提供一個接觸自身專業(yè)之外的領(lǐng)域知識的學(xué)習(xí)和實(shí)踐機(jī)會。這是一種有益的實(shí)踐與嘗試,有利于培養(yǎng)新工科專業(yè)學(xué)生的人文精神,也幫助新文科專業(yè)學(xué)生進(jìn)一步掌握和有效利用信息技術(shù),從而做到信息技術(shù)通專融合教育。
3.2? 以賽促學(xué),切實(shí)提高學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力
將組織比賽作為一項(xiàng)全年不間斷的工作,加強(qiáng)平時的宣傳力度,引導(dǎo)學(xué)生有意識地觀察生活,積極尋找解決方法。通過第二課堂的設(shè)置以及參賽作品全周期的開發(fā),將比賽融入學(xué)生平時學(xué)習(xí),使學(xué)生參加比賽獲獎成為一個水到渠成的過程,從而真正提高學(xué)生的動手能力,達(dá)到學(xué)科競賽培訓(xùn)的目的。
以學(xué)科競賽為抓手的信息技術(shù)通專融合實(shí)踐教學(xué)框架實(shí)施以來,碩果累累。以大賽為例,自2008年第一屆大賽舉辦以來,中國人民大學(xué)已連續(xù)13年參賽,參賽成績屢獲突破。目前,中國人民大學(xué)累計共有23位教師指導(dǎo)117位學(xué)生參加大賽國賽,獲獎情況如表1所示。
以上成果表明,信息技術(shù)通專融合實(shí)踐教學(xué)框架有效促進(jìn)了學(xué)生實(shí)踐能力和計算思維的培養(yǎng),使學(xué)生成為專業(yè)水平過硬、符合社會就業(yè)需要、具有團(tuán)隊合作意識及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識的復(fù)合型、應(yīng)用型人才,從而提高了新工科和新文科時代人才培養(yǎng)的質(zhì)量。
4? 結(jié)束語
“中國大學(xué)生計算機(jī)設(shè)計大賽”項(xiàng)目的建設(shè)與實(shí)踐,是中國人民大學(xué)開展全專業(yè)本科生計算思維和實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)工作的有力抓手,并通過長期實(shí)踐取得顯著成效。在多年的探索與實(shí)踐中,筆者認(rèn)為,在新工科和新文科時代,學(xué)科競賽是人才能力培養(yǎng)工作的重要載體,學(xué)科競賽所涉及的能力訓(xùn)練涵蓋了大學(xué)生人才培養(yǎng)體系尤其是實(shí)踐教學(xué)體系的各個環(huán)節(jié)。通過組織學(xué)生參加大賽,有助于提高全專業(yè)學(xué)生的信息技術(shù)知識與技能,培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科、綜合應(yīng)用學(xué)科知識解決問題的能力,使學(xué)生的研究能力和創(chuàng)新能力得到提高。以學(xué)科競賽為著力點(diǎn),將面向全專業(yè)學(xué)生的計算思維和創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)與現(xiàn)有課程相融合,是探索計算思維培養(yǎng)模式的有益嘗試,對于推進(jìn)信息技術(shù)通專融合教育改革具有重大意義。
(致謝:本文的工作得到中國人民大學(xué)信息技術(shù)與管理國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的支持。)
參考文獻(xiàn)
[1] 教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知[A/OL].(2017-02-23)[2022-01-15].http://www.moe.gov.cn/s78/A08/tongzhi/201702/t20170223_297158.html.
[2] “新工科”建設(shè)復(fù)旦共識[J].高等工程教育研究,2017(1),10-11.
[3] “新工科”建設(shè)行動路線(“天大行動”)[J].高等工程教育研究,2017(2):24-25.
[4] 新工科建設(shè)指南(“北京指南”)[J].高等工程教育研究,2017(4):20-21.
[5] 鐘登華.新工科建設(shè)的內(nèi)涵與行動[J].高等工程教育研究,2017(3):1-6.
[6] 王巨宏,劉婷婷,馬東嫄,等.構(gòu)建新經(jīng)濟(jì)下政產(chǎn)學(xué)研融合工程教育新生態(tài)[J].高等工程教育研究,2017(3):27-30.
[7] 陸國棟,李拓宇.新工科建設(shè)與發(fā)展的路徑思考[J].高等工程教育研究,2017(3):20-26.
[8] 張大良.因時而動 返本開新 建設(shè)發(fā)展新工科:在工科優(yōu)勢高校新工科建設(shè)研討會上的講話[J].中國大學(xué)教學(xué),2017(4):4-9.
[9] 吳愛華,侯永峰,楊秋波,等.加快發(fā)展和建設(shè)新工科 主動適應(yīng)和引領(lǐng)新經(jīng)濟(jì)[J].高等工程教育研究,2017(1):1-9.
*項(xiàng)目來源:第二批新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目“面向新工科和新文科的以數(shù)據(jù)為中心信息技術(shù)通專融合教育改革與實(shí)踐”(E-DSJ20201101);中國高等教育學(xué)會高等教育科學(xué)研究“十三五”規(guī)劃課題“新工科人才培養(yǎng)模式下高校實(shí)驗(yàn)室管理模式調(diào)研與探索”(2018SYSYB11)。
作者:武文娟,中國人民大學(xué)信息學(xué)院,工程師,博士,研究方向?yàn)橛嬎銠C(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革、實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)、信息檢索;周小明,中國人民大學(xué)信息學(xué)院,工程師,中國大學(xué)生計算機(jī)設(shè)計大賽組委會賽務(wù)委員會副秘書長,研究方向?yàn)橛嬎銠C(jī)網(wǎng)絡(luò)、云計算、虛擬化、區(qū)塊鏈、深度學(xué)習(xí)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);劉永剛,中國人民大學(xué)信息學(xué)院,工程師,研究方向?yàn)閷?shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理;陳旺,中國人民大學(xué)信息學(xué)院,工程師,2021年中國人民大學(xué)博士在讀,主要從事固定資產(chǎn)管理、SLAM相關(guān)研究;焦敏,中國人民大學(xué)信息學(xué)院,高級工程師,博士,研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)庫、OLAP(100872)。