楊鵬　吳磊　汪小平

[摘 要]針對目前國內(nèi)對新工科領(lǐng)域創(chuàng)新人才的需求與通識教育不足之間的矛盾，以及當(dāng)前科技型人才培養(yǎng)過程中存在的問題，文章結(jié)合新工科改革背景下通識教育改革新理念，研究將通識教育“新四會”的人才培養(yǎng)理念，與算法程序設(shè)計競賽相結(jié)合的精英人才培養(yǎng)新模式，并對新模式的內(nèi)涵、實現(xiàn)途徑、人才梯隊建設(shè)、考核方式和方法等進(jìn)行了深入探討，最后結(jié)合競賽成績和產(chǎn)出，說明該模式的運行效果。

[關(guān)鍵詞]通識教育;程序設(shè)計;新工科;人才培養(yǎng)

[中圖分類號] G640 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2022）05-0123-04

2017年教育部高等教育司提出工程教育應(yīng)在以往的基礎(chǔ)上進(jìn)行改革強化，促使創(chuàng)新驅(qū)動更深入的發(fā)展，并從工程教育新理念、學(xué)科專業(yè)新結(jié)構(gòu)、人才培養(yǎng)新模式、教育教學(xué)新質(zhì)量和分類發(fā)展新體系等幾個方面提出如何圍繞工程教育改革進(jìn)行新工科的研究和實踐等問題[1]。

新一輪工業(yè)革命不僅突出科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)變革，而且對人們的社會生產(chǎn)生活方式以及高等教育都會產(chǎn)生深刻影響[2]。新工程教育在融合基礎(chǔ)學(xué)科、工程學(xué)科、人文學(xué)科的基礎(chǔ)上，將更加注重工程實踐能力、跨學(xué)科與復(fù)合創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。高校應(yīng)著重打造通識教育與核心競爭力培養(yǎng)體系，構(gòu)建由核心通識課程體系與專業(yè)課程體系相輔相成的通識教育新模式[3]。

同時，新工科教育模式改革主要是對傳統(tǒng)的工科專業(yè)過窄過細(xì)的弊端進(jìn)行研究，探索跨學(xué)科專業(yè)之間的交叉融合，并針對目前在工程實踐方面、創(chuàng)新思維方面的人才需求，培養(yǎng)能力突出的高素質(zhì)、復(fù)合型新工科人才[4]。

而新工科建設(shè)的主要目標(biāo)就是對各學(xué)科的專業(yè)課程體系進(jìn)行重新打造。新工科專業(yè)的整個課程體系可以由通識教育和專業(yè)教育兩部分組成。其中通識基礎(chǔ)課程群主要為新工科專業(yè)學(xué)生提供適應(yīng)面廣的人文社會科學(xué)、數(shù)學(xué)和計算機基礎(chǔ)等課程。通識課程群注重培養(yǎng)學(xué)生的人文素養(yǎng)、團(tuán)隊合作精神、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識以及計算思維等[5]。在新工科的建設(shè)過程中，各類學(xué)科的發(fā)展對計算機基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)效果提出了較高的要求，尤其是在重要的交叉學(xué)科的人才培養(yǎng)上，具有計算思維已成為較為關(guān)鍵的一點。程序設(shè)計課程不僅僅被視為一門工具課程，更是新生入學(xué)后的計算思維啟蒙課程，如果把程序設(shè)計競賽的培養(yǎng)理念滲透其中，強化工科學(xué)生的思維能力和實踐能力，將對各類學(xué)科的人才培養(yǎng)起到積極的推進(jìn)作用。

一、程序設(shè)計競賽在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的作用

針對當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)科技領(lǐng)域?qū)?chuàng)新型人才的需求與高等教育創(chuàng)新型人才培養(yǎng)不足之間的矛盾，在工業(yè)化革命飛速變革的今天，亟須通過變革來提升傳統(tǒng)教育的教學(xué)效果，同時國內(nèi)對新工科訴求下的高水平人才有著較大的需求，這是新時代高等教育面臨的難題。根據(jù)清華大學(xué)多年來在全國信息學(xué)奧林匹克競賽的技術(shù)組織與培訓(xùn)方面所總結(jié)的經(jīng)驗，高校應(yīng)鼓勵學(xué)生在掌握傳統(tǒng)專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容并學(xué)有余力的同時，積極參與各類學(xué)科競賽。通過參加學(xué)科競賽，豐富學(xué)生的閱歷，開闊學(xué)生的視野，促進(jìn)學(xué)生思維轉(zhuǎn)換和能力特長的個性發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作意識，從而達(dá)到培養(yǎng)符合時代需求的創(chuàng)新型人才的目的。各類學(xué)科競賽所涉及的知識范疇往往高度融合了多個學(xué)科知識，相比日常課程，學(xué)科競賽對知識點的運用將更靈活、更具難度和挑戰(zhàn)性，需要在現(xiàn)有知識體系的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展思維和創(chuàng)新能力，這是對學(xué)生綜合素質(zhì)能力的深入培養(yǎng)[6]。

通過競賽課程培育人才，還可創(chuàng)新各種學(xué)習(xí)方式和培養(yǎng)途徑。要培養(yǎng)學(xué)生的計算思維和創(chuàng)新意識，讓學(xué)生學(xué)習(xí)始終處于對未知問題孜孜不倦地探索中，以及刻意求新的精神狀態(tài)之下。競賽活動以其問題的刁鉆，激發(fā)學(xué)生的興趣，通過任務(wù)驅(qū)動的方式，讓學(xué)生在解決問題的過程中完成思維的跳躍和實踐能力的提升。競賽中的問題由于涉及較多學(xué)科領(lǐng)域的理論和方法，有些問題的求解是沒有固定套路和做法的，這對學(xué)生在有限的時間內(nèi)綜合運用所學(xué)知識對問題進(jìn)行提煉、分析和歸納，以及通過建模、編程等方式完成問題的解答等方面的能力提出了較高的要求。不同學(xué)科競賽所需的學(xué)科知識種類有所不同，但是殊途同歸，都將培養(yǎng)創(chuàng)新能力與知識運用的綜合性、靈活性及探索性相結(jié)合[7]。

二、程序設(shè)計競賽與通識教育的結(jié)合

中國的高等教育經(jīng)過改革開放后一系列的專業(yè)調(diào)整，辦學(xué)的基本形式已經(jīng)轉(zhuǎn)變成行業(yè)化辦學(xué)和高度專業(yè)化的人才培養(yǎng)。但是這種高度專業(yè)化的培養(yǎng)模式過于強調(diào)專業(yè)性的發(fā)展而限制了學(xué)生的全面發(fā)展，這與科技時代對新工科人才的定義是不完全匹配的。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，在傳統(tǒng)的專業(yè)教育之外的通識教育是一種強調(diào)跨學(xué)科知識融合和強調(diào)聽說讀寫的非專業(yè)、非功利性的能力、態(tài)度、價值的教育。通識教育的目的是培養(yǎng)人格健全和具有社會責(zé)任感的社會公民，通識教育的實質(zhì)是培養(yǎng)全面、和諧發(fā)展的人。

通識教育在國外高校已經(jīng)得到普遍推廣，國外高校在通識教育方面積累了大量的人才培養(yǎng)理念和經(jīng)驗，尤其是人才培養(yǎng)體系制度非常值得我們借鑒。在一些國外知名高校的本科教育體制中，通識教育核心課程往往會占據(jù)全部課程的三分之一左右，就算是以理工科為主的高校也會向?qū)W生開設(shè)大范圍的、科學(xué)的專業(yè)綜合訓(xùn)練，并強調(diào)跨學(xué)科學(xué)習(xí)和多元化思維，同時在學(xué)生的成長過程中灌輸未來的終身學(xué)習(xí)和高目標(biāo)的職業(yè)成長。

目前，國內(nèi)高校所倡導(dǎo)的自然科學(xué)通識課程主要是具有一定專業(yè)性的數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等課程。在轉(zhuǎn)變新工科人才培養(yǎng)理念的過程中，我們需要改變對程序設(shè)計通識教育的誤解和偏見，突出計算思維在新工科人才培養(yǎng)中的作用和影響。高校在思考如何才能深入推動程序設(shè)計通識教育的普及性上，應(yīng)該優(yōu)先強調(diào)如何灌輸通識觀念。良好的程序設(shè)計通識教育應(yīng)該是教師和學(xué)生對程序設(shè)計課程的教學(xué)和學(xué)習(xí)有更加正確、合理的認(rèn)識。

高校強調(diào)的通識教育應(yīng)該側(cè)重考慮如何給予學(xué)生全面的教育，從而促進(jìn)學(xué)生在能力素質(zhì)方面全面、和諧發(fā)展。針對如何整體規(guī)劃人才培養(yǎng)體系，目前的做法是通過調(diào)整課程體系結(jié)構(gòu)、完善通識課程體系建設(shè)、優(yōu)化學(xué)生知識體系結(jié)構(gòu)，加強跨學(xué)科、跨領(lǐng)域培養(yǎng)，使學(xué)生具備理科的邏輯思維、工科的技術(shù)方法和文科的想象創(chuàng)意等素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的健全人格與綜合素質(zhì)。

電子科技大學(xué)將通識教育視為一種教育理念，重在開闊學(xué)生視野，明確強調(diào)本科階段的學(xué)生應(yīng)當(dāng)在聽、說、讀、寫四個方面具備基本的能力素養(yǎng)，并將其稱之為“新四會”。學(xué)校明確能力培養(yǎng)理念和方向，即培養(yǎng)學(xué)生的思維辨析能力、語言表達(dá)能力，在通識教育的學(xué)習(xí)中強調(diào)創(chuàng)新精神，在工科的學(xué)習(xí)氛圍中突出強調(diào)學(xué)生人文與科學(xué)素養(yǎng)，達(dá)到“學(xué)以成人”。隨著學(xué)校繼續(xù)深入推進(jìn)通識教育，在原有課程體系的基礎(chǔ)上不斷完善通識課程體系建設(shè)，提出以學(xué)科競賽帶動通識教育，將不同學(xué)科競賽的人才培養(yǎng)理念和思辨方式與專業(yè)教育相融合，進(jìn)一步提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的廣泛志趣，讓人才培養(yǎng)朝著精英化的目標(biāo)不斷推進(jìn)。

為此，電子科技大學(xué)自2016年以來就將ACM算法與程序設(shè)計課程納入學(xué)校的核心通識課程體系，包括理、工、管、文在內(nèi)的各個專業(yè)的學(xué)生在大一時就可自主選修。來自不用學(xué)科領(lǐng)域的學(xué)生可交叉組隊或分組，這已經(jīng)成為算法與程序設(shè)計教學(xué)和比賽的常態(tài)。學(xué)生通過ACM算法與程序設(shè)計通識課程的學(xué)習(xí)，能力和素質(zhì)得到了進(jìn)一步的提升，畢業(yè)后的選擇更加多樣化，進(jìn)入社會后也將會深受歡迎。

算法與程序設(shè)計在理論上具有一定的抽象性，方法和知識的運用也比較綜合。將ACM競賽課程開設(shè)成核心通識課程，就是讓算法與程序設(shè)計成為大學(xué)生必備的素質(zhì)與能力，“學(xué)”程序設(shè)計的根本在于明白何處用算法、怎樣用好算法。希望更多的學(xué)生通過ACM算法與程序設(shè)計核心通識課程的學(xué)習(xí)能愛上算法、用好程序設(shè)計，為自己未來的事業(yè)插上程序設(shè)計的翅膀。

算法與程序設(shè)計的核心就是要通過數(shù)學(xué)方法以及算法思想分析問題，通過程序設(shè)計解決問題，這也是培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力的必備過程，同時要求學(xué)生具備“新四會”能力，這也與通識教育的理念不謀而合。目前的教學(xué)方法與考核方式改革正是推動通識教育的“指揮棒”，具有重要的導(dǎo)向作用。

ACM算法與程序設(shè)計這門核心通識課程的教學(xué)目標(biāo)是促使新工科學(xué)生牢牢掌握各類算法的基本概念以及程序設(shè)計實現(xiàn)和方法，并緊密結(jié)合自身專業(yè)的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)算法知識發(fā)現(xiàn)專業(yè)中的實際問題和解決問題的能力，從而將工科中的學(xué)科基礎(chǔ)課程、程序設(shè)計通識課程和學(xué)科專業(yè)課程進(jìn)行深度融合，使新工科下的各類專業(yè)學(xué)生都具備扎實的專業(yè)基礎(chǔ)和實踐能力，提升本科學(xué)生未來的科研和創(chuàng)新能力。

在將ACM算法與程序設(shè)計課程和通識教育體系融合的過程中，全校工科專業(yè)的學(xué)生主要面臨兩個問題。

一方面，如果完全按照現(xiàn)有計算機算法分析的理論進(jìn)行講授，教學(xué)內(nèi)容將以單純的理論推導(dǎo)和證明為主，教學(xué)模式枯燥乏味、知識抽象，非計算機專業(yè)的學(xué)生難以將算法理論知識與本專業(yè)應(yīng)用問題相結(jié)合，造成所學(xué)知識與本專業(yè)體系相孤立，學(xué)生的綜合能力無法得到鍛煉。另一方面，非計算機專業(yè)的學(xué)生對算法與程序設(shè)計類課程普遍缺乏積極性，其教學(xué)效果不及其他實踐類課程。學(xué)生的學(xué)習(xí)主要以考試為目的，未能積極主動地將核心通識課程中所學(xué)的算法與程序設(shè)計知識延伸到后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)中，導(dǎo)致核心通識課程與本專業(yè)課程缺少銜接。

針對教學(xué)內(nèi)容問題，課程組在ACM算法與程序設(shè)計核心通識課程的講授中沒有單純地介紹理論，而是除幫助學(xué)生牢牢掌握各類算法的基本概念以及程序設(shè)計的技巧方法外，開發(fā)了大量有趣的、貼近生活的程序設(shè)計題目，激發(fā)學(xué)生分析和解決這些問題的興趣，更強調(diào)學(xué)生能夠進(jìn)一步將程序設(shè)計方法應(yīng)用于本專業(yè)的實際工程問題。

針對教學(xué)方法問題，課程組將學(xué)科競賽問題趣味化和通俗化，以科普的方式調(diào)動不同專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時將多種教學(xué)形式融入課堂，積極探索將課程教學(xué)和考核融入課堂教學(xué)、組織小型競賽PK和課程綜合設(shè)計答辯三個環(huán)節(jié)，并結(jié)合工科學(xué)生本專業(yè)的實際應(yīng)用問題，提高學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力。在課程綜合設(shè)計環(huán)節(jié)，要求學(xué)生不斷思考、綜合運用課程知識，對各類算法問題進(jìn)行分析、優(yōu)化，并以PPT答辯形式進(jìn)行匯報，充分鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊合作能力和個人交流表達(dá)能力。程序設(shè)計并沒有標(biāo)準(zhǔn)答案可以參考，學(xué)生會因方法選擇不合理或者程序邏輯問題而返回修改程序。對程序的反復(fù)調(diào)試和修改會讓學(xué)生明白什么是現(xiàn)代社會所需要的精益求精的工匠精神。工科中的工程實踐問題設(shè)計過程就是反復(fù)修改的過程，解決這些問題需要有扎實的算法與程序設(shè)計基礎(chǔ)和高度的責(zé)任感，這樣才能高效、高質(zhì)量地完成本職工作。

針對課程考核方式，課程組要求參與課程的學(xué)生在完成答辯匯報后，還要按照規(guī)范要求提交算法小論文，以鍛煉學(xué)生的寫作能力和口頭表達(dá)能力。如此，其作為一門核心通識課程已較為充分地體現(xiàn)出“新四會”精神。

三、成效分析

經(jīng)過多年來對新通識教育人才培養(yǎng)模式的實踐，電子科技大學(xué)新工科專業(yè)學(xué)生的思維意識和實踐能力得到明顯提高。2018年舉辦全校程序設(shè)計競賽，由于之前通過核心通識課向新工科專業(yè)學(xué)生進(jìn)行了該競賽的普及與推廣，報告參賽的學(xué)生幾乎覆蓋了所有新工科專業(yè)，人數(shù)超過900人（如表1所示），其中大一、大二比例較高，說明工科學(xué)生在低年級就打下了良好的程序設(shè)計基礎(chǔ)，具備一定的計算思維素養(yǎng)，這將會非常有利于學(xué)生完成高年級專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。

在參加全國程序設(shè)計競賽方面，更突顯出了電子科技大學(xué)程序設(shè)計人才的數(shù)量優(yōu)勢。2016年學(xué)校的參賽隊獲得首屆中國高校計算機大賽-團(tuán)體程序設(shè)計天梯賽特等獎。而在2019年第四屆中國高校計算機大賽-團(tuán)體程序設(shè)計天梯賽中，來自9個不同專業(yè)的10名參賽學(xué)生獲得最佳組合隊獎（如圖1所示）。

四、結(jié)束語

文章圍繞新工科的要求，對創(chuàng)新人才培養(yǎng)過程中涉及的素養(yǎng)教育、通識教育進(jìn)行了分析，并強調(diào)了程序設(shè)計教育應(yīng)作為通識教育的一部分，與傳統(tǒng)的通識教育理念相結(jié)合，推動、普及計算思維，以此構(gòu)建具有發(fā)展前景的人才培養(yǎng)體系。近幾年電子科技大學(xué)的實踐成果表明，該體系已成為培養(yǎng)具有可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Φ男鹿た迫瞬诺年P(guān)鍵。通過這樣的教學(xué)改革，可以有效地提高各類專業(yè)學(xué)生的思維意識和創(chuàng)新意識，提升各類專業(yè)學(xué)生的問題分析能力和實踐能力。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

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[責(zé)任編輯：李香蓮]