基于新工科的計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)模式研究

曹來成

（蘭州理工大學(xué) 計(jì)通學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）

0 引 言

“新工科（new engineering）”這一概念自2016年提出以來，一年內(nèi)形成了“天大行動(dòng)”“北京指南”[1-3]和“復(fù)旦共識(shí)”。教育部高教司領(lǐng)導(dǎo)反復(fù)強(qiáng)調(diào)，要聚焦我們國家的發(fā)展戰(zhàn)略，全面提升高等工程教育改革，加快發(fā)展和建設(shè)新工科，主動(dòng)面向未來，引領(lǐng)和適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)[4-5]。新工科建設(shè)在我國高教界掀起了一場(chǎng)新的研究和改革熱潮，各高等學(xué)校紛紛響應(yīng)，在工業(yè)界及國際社會(huì)也引起了巨大反響[6-8]。隨著我國經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和全球經(jīng)濟(jì)一體化發(fā)展，信息產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大并深入滲透到各行各業(yè)，而且新經(jīng)濟(jì)中不斷涌現(xiàn)出云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、電子商務(wù)等計(jì)算機(jī)類新興產(chǎn)業(yè)，這些領(lǐng)域都面臨著人才短缺的問題。同時(shí)，“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代對(duì)具有創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)能力的工程應(yīng)用型特別是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)（computer science and technology）高級(jí)專門人才的需求與日俱增。傳統(tǒng)的教學(xué)方法側(cè)重于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)知識(shí)的掌握，而忽略了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)和對(duì)新技術(shù)的支撐，很容易造成課堂教學(xué)與市場(chǎng)需求脫節(jié)，創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)能力和新技術(shù)不能滿足新時(shí)代社會(huì)發(fā)展的要求，即使學(xué)生在課堂上掌握知識(shí)也很難應(yīng)用于日后的工作中。因此，作為新工科中發(fā)展最為快速的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的教學(xué)改革勢(shì)在必行。

文獻(xiàn)[9]針對(duì)高等學(xué)校工科專業(yè)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)的現(xiàn)狀和存在的問題，依據(jù)新工科建設(shè)中工程專業(yè)對(duì)程序設(shè)計(jì)等信息技術(shù)的需求，探索了以計(jì)算思維為核心、以學(xué)科交叉融合案例研討為主的教學(xué)模式，提升了教學(xué)效果。文獻(xiàn)[10]針對(duì)當(dāng)前傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)專業(yè)的教學(xué)現(xiàn)狀，提出了新工科背景下傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)專業(yè)轉(zhuǎn)型的策略，希望為我國的信息技術(shù)的發(fā)展提供人才保障。文獻(xiàn)[11]指出了目前影響計(jì)算機(jī)類專業(yè)人才培養(yǎng)的主要問題和基于新工科建設(shè)的基本思想，討論了計(jì)算機(jī)專業(yè)如何更新基本的教育理念，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)合作，按照新工科建設(shè)的要求進(jìn)行改革，從多方面入手，實(shí)現(xiàn)增量?jī)?yōu)化、存量調(diào)整和交叉融合。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)是國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的相關(guān)專業(yè)，在各個(gè)專業(yè)的學(xué)科發(fā)展建設(shè)和改革創(chuàng)新中具有非常重要的作用，再加上本科教育在人才培養(yǎng)中的基礎(chǔ)性地位，建設(shè)好計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)對(duì)一個(gè)學(xué)校的發(fā)展變得非常重要，已經(jīng)不再是專業(yè)本身的問題。要適應(yīng)新的需要，必須大力推進(jìn)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)全方位的建設(shè)與改革。

1 CSTBNE教學(xué)模式研究

1.1 研究方案

在新工科的影響下，要想培養(yǎng)出全面發(fā)展的符合社會(huì)需求的人才，就要對(duì)現(xiàn)有的教學(xué)模式進(jìn)行改革創(chuàng)新，要研究課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的模式。為此，本文提出基于新工科的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)（computer science and technology based on new engineering，CSTBNE）教學(xué)模式。

CSTBNE教學(xué)模式研究以蘭州理工大學(xué)計(jì)通學(xué)院2017級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生為研究對(duì)象，研究采用分析比較、總結(jié)抽象、總結(jié)提煉和融合抽象等方法。研究目標(biāo)包括傳統(tǒng)專業(yè)學(xué)科布局的缺陷、新工科背景下合理專業(yè)學(xué)科布局、現(xiàn)有教學(xué)模式、教學(xué)模式改革、綜合素質(zhì)內(nèi)涵和綜合素質(zhì)提升等。研究對(duì)象包括本校與其他學(xué)校專業(yè)學(xué)科布局、已有的文獻(xiàn)教學(xué)實(shí)踐、實(shí)踐教學(xué)校企合作、職業(yè)素養(yǎng)課程與教師的能力要求和教學(xué)實(shí)踐驗(yàn)證等，如圖1所示。

1.2 專業(yè)學(xué)科布局

在新工科的背景下，要想培養(yǎng)出實(shí)用型的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)人才，就要對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)科布局進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，把“互聯(lián)網(wǎng)思維”作為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)新工科建設(shè)的核心，推動(dòng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，學(xué)生需要在更廣泛的專業(yè)交叉和融合中學(xué)習(xí)。因此，探究基于新工科適合計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)特色的學(xué)科布局是CSTBNE教學(xué)模式研究的關(guān)鍵研究?jī)?nèi)容，圖2所示是蘭州理工大學(xué)計(jì)通學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)在CSTBNE教學(xué)模式下，第三學(xué)期到第七學(xué)期核心課程教學(xué)的布局情況。從中可以看出，除第一第二學(xué)期進(jìn)行專業(yè)基礎(chǔ)課和公共必修課的教學(xué)外，從第三學(xué)期開始，每學(xué)期都開設(shè)具有新工科特色的課程“創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)”“第二課堂”和“通識(shí)類選修課”，第八學(xué)期組織學(xué)生進(jìn)入與學(xué)院簽訂協(xié)議的實(shí)習(xí)基地實(shí)訓(xùn)，如創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的創(chuàng)客空間等IT 企業(yè)，從而完成專業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)和畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）。

1.3 教學(xué)模式改革

CSTBNE教學(xué)模式主要包括教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)、教學(xué)起點(diǎn)設(shè)計(jì)、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)方法與教學(xué)媒體選用設(shè)計(jì)、教學(xué)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)、課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、課內(nèi)上機(jī)、實(shí)驗(yàn)課與綜合實(shí)踐等，同時(shí)CSTBNE教學(xué)模式研究了能夠提高學(xué)生參與積極性的實(shí)訓(xùn)和實(shí)踐的教學(xué)模式，一方面有效地激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，另一方面提升了學(xué)生的獨(dú)立操作能力。為了能使學(xué)生更好地適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展，了解社會(huì)發(fā)展的主要方向，以及人才需求的具體要求，CSTBNE教學(xué)模式也研究了校企合作的培養(yǎng)模式。依照計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)人才培養(yǎng)的目標(biāo)，結(jié)合課程教學(xué)計(jì)劃和大綱，探討了企業(yè)精英和學(xué)校共同為學(xué)生授課的培養(yǎng)模式，使學(xué)生從計(jì)算機(jī)開發(fā)技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)學(xué)校到企業(yè)就業(yè)的零距離轉(zhuǎn)換。根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)，在實(shí)踐教學(xué)過程中引入前沿的技術(shù)和開發(fā)工具，讓學(xué)生掌握常規(guī)軟件開發(fā)技術(shù)的同時(shí)，接觸一些3D、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能、網(wǎng)絡(luò)空間安全等前沿的IT熱點(diǎn)技術(shù)，培養(yǎng)了學(xué)生的技術(shù)研究能力和探求興趣。

圖1 CSTBNE教學(xué)模式研究方案

圖2 核心課程教學(xué)布局

1.4 學(xué)生綜合素質(zhì)提升培養(yǎng)機(jī)制

CSTBNE教學(xué)模式需要實(shí)事求是，把握實(shí)踐與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、學(xué)與教、本土化與國際化的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，需要在實(shí)踐中摸索，培養(yǎng)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)人才具有創(chuàng)新的思維稟賦、領(lǐng)導(dǎo)力和持續(xù)學(xué)習(xí)的能力，以及厚實(shí)的人文素養(yǎng)。除了開設(shè)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的專業(yè)課程之外，還要開設(shè)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)職業(yè)素養(yǎng)的課程，我們針對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)開設(shè)了團(tuán)隊(duì)合作讓1+1＞2、工作方法決定工作效率、行業(yè)≠崗位、執(zhí)行力、企業(yè)文化、不做情緒的奴隸等選修課程，實(shí)踐證明這些職業(yè)素養(yǎng)課程培養(yǎng)了學(xué)生的職業(yè)道德素質(zhì)。另外，在培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)的同時(shí)進(jìn)行了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，依托學(xué)校的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院，建立了系級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地，通過指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的訓(xùn)練，激發(fā)了學(xué)生各方面的自主學(xué)習(xí)能力。

2 CSTBNE教學(xué)模式改革的措施和建議

以新工科建設(shè)為契機(jī)，大力推進(jìn)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)模式改革，建設(shè)好計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)對(duì)一個(gè)學(xué)校的發(fā)展非常重要，甚至不再是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本身的問題。要適應(yīng)新工科發(fā)展的需要，必須大力推進(jìn)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)模式全方位的建設(shè)與改革。

（1）需要分析調(diào)研計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的社會(huì)需求。總體上講，新工科建設(shè)要以教育培養(yǎng)滿足社會(huì)特定需求的人才為目標(biāo)，要“問計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)需求建計(jì)算機(jī)專業(yè)”，要“問計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展改計(jì)算機(jī)教育教學(xué)內(nèi)容”，要加大產(chǎn)學(xué)研合作的力度。一方面，我們定期派遣學(xué)生到知名IT企業(yè)實(shí)習(xí)，參與企業(yè)的項(xiàng)目研發(fā)；另一方面，定期舉行企業(yè)“培訓(xùn)宣講周”活動(dòng)，引進(jìn)企業(yè)先進(jìn)的研發(fā)技術(shù)和管理理念，進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作，培養(yǎng)滿足社會(huì)需求的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)人才。

（2）構(gòu)建科學(xué)合理的人才培養(yǎng)方案。要有能挖掘出學(xué)生特長(zhǎng)和體現(xiàn)學(xué)科優(yōu)勢(shì)的、適合于“問題子空間”的培養(yǎng)目標(biāo)；要有“融傳道授業(yè)解惑，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)和提高職業(yè)道德素質(zhì)為一體”的教學(xué)大綱；要有支持培養(yǎng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)問題分析、工程知識(shí)、使用現(xiàn)代工具、研究、設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展、工程與社會(huì)、個(gè)人和團(tuán)隊(duì)、職業(yè)規(guī)范、項(xiàng)目管理、溝通和終身學(xué)習(xí)的專業(yè)畢業(yè)要求。對(duì)于每一門課程，我們按照以上12方面的培養(yǎng)目標(biāo)制定了詳盡的教學(xué)大綱，取得了良好的教學(xué)效果。

（3）設(shè)置計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)基本的師資隊(duì)伍需求和學(xué)科支撐的前置條件。要辦好計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，必須有圖2所示的基本主干課程支撐，它們既便于教學(xué)管理人員和教師深入理解專業(yè)，也便于形成基本的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)師資隊(duì)伍和支持師資隊(duì)伍發(fā)展提升的平臺(tái)，保證計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，也能較好地引導(dǎo)學(xué)生發(fā)展。

（4）建設(shè)穩(wěn)步走向科學(xué)施教，徹底擺脫面向課程的教育，真正走向面向產(chǎn)出的教育機(jī)制。要將知識(shí)作為載體，向?qū)W生傳授解決計(jì)算機(jī)復(fù)雜工程問題的思想、方法和專業(yè)技能。

（5）建立產(chǎn)學(xué)合作，提升創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)和能力，進(jìn)一步強(qiáng)化教育為產(chǎn)業(yè)發(fā)展培養(yǎng)人才的機(jī)制。除了“問產(chǎn)業(yè)需求建專業(yè)，構(gòu)建工科專業(yè)新結(jié)構(gòu)”外，更要積極推進(jìn)產(chǎn)學(xué)合作育人，緊跟技術(shù)的發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注社會(huì)需求、積極引導(dǎo)探索，不斷提升學(xué)生的創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)意識(shí)和能力。

3 教學(xué)實(shí)踐分析

我們對(duì)2017級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)1、2班進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐，其中1班58人采用原有教學(xué)方法教學(xué)（稱為非課改班），2班56人采用基于新工科的教學(xué)模式教學(xué)（稱為新工科課改班）。課程結(jié)束后，我們對(duì)兩個(gè)班的期末考試成績(jī)進(jìn)行了對(duì)比，并問卷調(diào)查了同學(xué)們對(duì)基于新工科的教學(xué)模式的評(píng)價(jià)，共發(fā)放問卷46份，回收有效問卷45份。采用SPSS（Statistical Product and Service Solutions，統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品與服務(wù)解決方案）對(duì)問卷數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，問卷Cronbachα（克朗巴哈）系數(shù)值為0.863，KMO（Kaiser-Meyer-Olkin）為0.910，由Bartlett（巴特利特）球形檢驗(yàn)后得到顯著性概率值為0.001，達(dá)到顯著效果，表明數(shù)據(jù)樣本適宜作因素分析。

3.1 滿意度統(tǒng)計(jì)分析

滿意度調(diào)查數(shù)據(jù)如圖3所示，其中新工科課改班和非課改班的非常滿意度分別為48.6和18.1，而滿意度為35.5和8.8，說明新工科課改班84.1%的同學(xué)對(duì)新工科課改表示滿意，而非課改班僅有26.9%的同學(xué)對(duì)未課改教學(xué)表示滿意。很多新工科課改班的同學(xué)表示，基于新工科的教學(xué)模式教學(xué)能夠充分地利用教學(xué)時(shí)間進(jìn)行有效地學(xué)習(xí)；而且能夠建立起同學(xué)、師生間的情感關(guān)系，通過不斷地交流互動(dòng)教學(xué)，及時(shí)地評(píng)價(jià)反饋，能夠激發(fā)并保持對(duì)知識(shí)的追求欲望與動(dòng)機(jī)。

3.2 期末考試成績(jī)對(duì)比分析

期末考試成績(jī)數(shù)據(jù)如圖4所示，其中新工科課改班和非課改班的優(yōu)秀率各為72.6%和20.6%，說明新工科課改班優(yōu)秀率提升比較明顯。由此可知，此基于新工科的教學(xué)模式對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)效果有顯著地促進(jìn)作用，表明CSTBNE教學(xué)模式對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的教學(xué)質(zhì)量提升具有一定的效果。

圖3 CSTBNE教學(xué)模式教學(xué)效果滿意度對(duì)比

圖4 CSTBNE教學(xué)模式教學(xué)期末考試成績(jī)對(duì)比

4 結(jié) 語

在新工科建設(shè)背景下，只有進(jìn)行CSTBNE教學(xué)模式改革，才能提高計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)的水平、綜合能力和素質(zhì)，使計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教育更好地服務(wù)國家新經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，迎接新工業(yè)革命的挑戰(zhàn)和新工科的建設(shè)與發(fā)展，使學(xué)生在國家經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)中找到自己的職業(yè)理想，實(shí)現(xiàn)自己的人生價(jià)值。