以人工智能及編程能力為核心的計算機專業新工科教學改革探索

李小松 周坤

摘要：當前隨著信息時代的到來，大數據技術和人工智能技術快速發展，各種新興行業及企業不斷涌現，對人才的需求量大幅增長。而在高校計算機專業教學中，急需針對現階段的社會需求培養高素質人才，基于此高校逐漸開展以人工智能及編程能力為核心的計算機專業新工科教學改革。因此本文主要論述教學改革的重要性，研究教學改革的內容和目標，并提出計算機專業新工科教學改革措施，旨在進一步提高學生的人工智能及計算機程序設計水平，為相關教學改革提供借鑒和參考。

關鍵詞：人工智能;編程能力;計算機專業;新工科;教學改革

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）03-0130-02

新工科改革是我國工程教育為應對第四次工業革命到來而進行的全方位變革，在大數據技術和人工智能技術不斷創新發展，社會建設對高素質、高水平的編程人才需求越來越大，在物聯網、人工智能、網絡安全以及機器人等新經濟領域中對人才的需求程度日益提高。而高校作為輸送專業人才的主要基地，其必須與時代進步相適應，積極開展新工科教學改革，以培育智能信息技術人才。

1 計算機專業新工科教學改革的重要性

在高校計算機專業中，開展以人工智能及編程能力為核心的新工科教學改革，即是以智能算法編程能力重點對計算機專業教學進行改革建設，促使大學生能夠在當前的人工智能時代掌握專業的技術能力，增加其就業機會，提高職場生存能力和發展能力。并且通過開展以人工智能算法為基礎的程序設計，有利于促使高校畢業生符合人工智能時代對人才的要求;其次在計算機專業新工科教學改革中，將程序設計作為一種鍛煉學生思維的有效手段，有利于在學習編程時充分培養學生的抽象思維能力、邏輯思考能力，進一步提高學生專注細心和創新水平，最終實現學生的綜合素養得到有效提高;最后在計算機專業程序設計課程教學中，通過對操作系統、數據結構以及數據庫技術、人工智能等課程的教學實踐改革，有利于幫助實踐能力較為薄弱的學生更全面的提高設計程序設計能力，保障后續學習效果得到提升，實現全面發展[1]。

2 教學改革的內容以及目標

2.1 計算機專業新工科教學改革的內容探索

以人工智能及編程能力為核心的計算機專業新工科教學改革的主要目的是培養專業化的信息智能人才，因此在改革的內容中則要注重對課程體系的良好重構。其中關鍵在于探索理論和實踐的結合、強化學生的科研能力、創新人工智能實踐教學方法以及改革編程課程體系，從這四個方面內容進行掌握，可以有效地提高計算機專業新工科教學改革的實效性。

2.1.1側重理論與實踐相結合

在人工智能理論課和實踐課的設置方面，要將新工科要求作為導向、社會需求為目標、將提高實踐能力作為教學核心，側重理論與應用相結合，并且要合理突出案例教學和實踐教學，從而能夠創新開發出以人工智能為核心的具有學科前沿性的計算機專業課程體系。因此在教學改革中，則要按照必需和通用兩個原則，設立通識基礎課、專業基礎課和專業課，可以適當添加選修課，以擴展學生的學習視野。具體教學改革的內容包括建設計算機專業人工智能和編程在線課程，盡可能地豐富教學資源，通過慕課、資源共享課以及視頻網課等，彌補課堂教學存在的不足。同時需要精心建設實訓案例，實現實踐課程的項目化，教師可以將人工智能項目作為載體和平臺，指導學生融合知識理論和實踐操作，基于合作學習模式培養專業能力和綜合技能，更好地解決學習中的實際問題。在教學改革中還需創新教學方式，以培養創新人員為目的，通過產-學-研協同教學機制，深入挖掘學生的學習潛力，循序漸進式建立人工智能實踐教學體系[2]。

2.1.2 加強學生的科研訓練

計算機專業新工科教學改革的主要內容則是要加強學生的科研訓練，培養學生的科研思維，促使其能夠在學習和工作中增強探索和研究能力，提升學生樹立正確的學科思想，指導實踐活動，以提升人工智能及編程學習效果。因此需要在教學改革中增加系統分析等專業課程，促使學生能夠將分析工具與實際應用進行相結合，選擇適當的方法解決問題，培養學生的發散性思維和聚合性思維，保障學生具備較強的知識遷移能力和轉化能力。而且高校在教學改革實踐中應鼓勵學生關注學科前沿發展動態，有效利用學術資源發現科研問題，教學過程中高校可以組織學生參與學科競賽，培養學生的科研素養，鍛煉其發現問題、分析問題和解決問題的能力。

2.1.3 創新人工智能教學實踐

高校要實現以人工智能及編程能力為核心的計算機專業新工科教學改革，則應當創新人工智能課程的實踐教學，在注重理論教育的同時，側重實踐操作能力的培養，從而促使學生能夠將所學的知識內化為實踐能力。即要深化多方協同培育優秀人才機制，進一步擴展人才培養的寬泛度，塑造高知識水平、高動手操作能力的綜合性計算機專業人才。具體改革內容是高校與企事業單位加強合作，結合學校的教學計劃以及企業的發展需求，建立聯合型的新工科計算機實驗室，積極引導學生參與到具有實踐性和社會性的項目開發、學術競賽以及項目創新研究等活動，比如有效引導學生參與具有實際意義的人工智能開發項目、人工智能編程編寫項目等，以此提高學生的全面素質以及專業技術水平，強化新工科素養[3]。

2.1.4 改革編程課程體系

對于編程能力為核心的教學改革，則要注重程序設計課程體系重構。由于程序設計的核心內容即算法，因此高校要在計算機專業的程序設計課程中，充分引入智能算法教學內容，針對人工智能算法開設具有一定深度選修課，擴展學生的學習視野。并且因為智能算法的理論和實踐較為復雜，在學習程序設計時，學生會經常遇到難以理解和攻克的問題。高校教師則要采用直觀、動態、圖示化的方法對智能算法進行講解，保障學生能夠更好地掌握程序設計課程知識內容。實際上，培養學生的程序設計能力是一個長期漸進的過程，對其課程安排要呈現階梯式，逐漸開拓學習深度，促使學生的理論和實踐能力得到持續提升。

2.2 計算機專業新工科教學改革的目標探索

以人工智能及編程能力為核心的計算機專業新工科教學改革的目標要求是促使學生能夠在大數據時代下，具備相關的人工智能數據分析、挖掘等專業知識，同時具有良好的智能程序編程技術能力。還包括通過系統化的編程訓練提高學生的編程水平，保障其具有較強的就業競爭力和職業發展能力。以人工智能及編程能力為核心的計算機專業新工科教學改革的具體目標如下：

1） 在教學實踐中結合物聯網以及大數據和智能機器人等相關專業課課程，重點培養學生的人工智能算法程序設計能力。通過學習數據分析、數據挖掘以及神經網絡深度學習等課程教學，促使學生具備人工智能相關理論和實踐知識，培養其智能算法設計編程技術能力。旨在實現學生畢業后能夠勝任相關專業技術崗位，有能力參與人工智能和編程項目，實現自身的專業價值。

2） 通過以人工智能及編程能力為核心的計算機專業新工科教學改革，提高大學生的編程能力達到專業化水平，在畢業后具有較為優秀的程序設計能力，充分滿足社會企業發展對人才的需求，并在人才同質化的形勢下，進一步增強畢業生的社會就業競爭力。

3） 在教學改革中尋求和探究高校計算機專業程序設計能力培養計劃，探索教學改進方法，形成理論與實踐相結合的教學模式。在新工科要求下，創新應用型人才的培養方案，探索提高學生動手實踐能力和編程技術水平的教學實驗、實訓教學形式[4]。從而形成一套具有實效性的以人工智能及編程能力為核心的計算機專業新工科教學體系，為高校培養優質人才提供有效途徑和手段，推動計算機專業教學與時俱進，為社會發展建設輸送專業化、綜合性青年人才。

3 計算機專業新工科教學改革措施

在以人工智能及編程能力為核心的計算機專業新工科教學改革實踐中，為確保學生具備良好的大數據人工智能編程基礎并不斷提高編程能力，在具體改革措施落實過程中，要優化調整計算機專業的相關教學計劃，適當增加和開設人工智能課程。同時要對編程類課程的開課時間以及間隔、教學順序等進行優化。在改革編程類課程教學時，應積極采用案例、項目開發或小組開發、上機開始等方法，全面加強學生的大數據人工智能編程能力。并可以與國內相關領域的大型企業進行實訓合作，借助企業實際的技術環境培養學生的專業技能。具體改革措施如下。

1） 循序漸進開設Python數據分析、數據挖掘以及神經網絡深度學習等課程，保障學生能夠了解和掌握大數據人工智能的相關基礎知識，深入學習人工智能語言，促使學生形成計算機求解思維，以便于在人工智能和編程領域中積累豐富的知識經驗，掌握正確的實踐方法。同時高校應當面向新技術，合理規劃編程語言的必修課及選修課，形成必修與選修相輔相成的教學格局，如函數式編程及主流編程語言課程的開設等，為培養專業化人才奠定良好的理論和實踐基礎。

2） 合理調整計算機專業的教學計劃，確保程序設計等課程學習具有連續性和漸進性，即打造在校學習、出校實訓的教學體系，有效的銜接教學理論和實踐，完善計算機專業的教學計劃，使其具有全面性、覆蓋性和不間斷性。同時優化C語言、Java語言、Python語言以及數據設計和網絡程序設計等課程的課時及內容，結合學生學習特點以及教學目標，合理安排在校學習課程的開課時間，而且要科學安排實訓教學計劃，與理論知識構成相互交叉、相互融合的教學模式，從而長期、持續的培養學生編程能力。

3） 對于理論和實踐教學進行改革，主要是針對程序設計課程開展課程考核方式改革，在期中和期末考核中將上機編程作為主要考察方式，激發學生編程動手能力，強化其專業素養。在教學過程中，明確程序設計的重要地位，設立學習目標，調動學生積極性，同時要強化編程實驗教學，以上機編程倒逼學生提高編程動手能力。還要采用普遍案例開展編程訓練，并利用多媒體課件等演示程序設計算法，突出其核心地位。

4） 建立計算機專業人工智能與編程系統平臺。在新工科教學思想下，高校要摒棄傳統的專業教學方式方法，建立完善的系統平臺，將課程實驗盡量簡單化、生活化，拉近學生與人工智能和編程工程的距離，高校通過建立系統平臺，收納先進的人工智能和編程學科的前沿研究成果，進一步擴展學生的學習視野和創新思維，及時更新專業知識。并且通過系統平臺能夠更加深入地開展專業交流和活動，加快對新技術的接受能力，以彌補教學模式中存在的僵化知識體系。

4 結束語

綜上所述，以人工智能及編程能力為核心的計算機專業新工科教學改革，是在當前信息化、智能化時代培養專業計算機技術人才的重要手段，能夠提高畢業生的人工智能及程序設計能力，充分滿足現代化建設的優秀人才需求。因此計算機專業需要明確教學改革的重要性，結合實際情況，積極探索教學改革的內容和目標，從而通過合理有效的改革措施，加強對人工智能及編程專業人才的培養，充分提高其就業競爭力，增強教學改革的實效性，進一步推動我國工程教育水平的提升。

參考文獻：

[1] 周衛紅，蔣作，江濤，等.以人工智能及編程能力為核心的計算機專業新工科教學改革研究[J].云南民族大學學報（自然科學版），2020，29（2）：105-109.

[2] 劉輝，施惠鵬，龍治豪.新工科下“人工智能與無人駕駛”教學改革探索[J].教育現代化，2019，6（A5）：69-71.

[3] 高嚴.面向新工科電氣工程及其自動化專業實踐教學改革與探索[J].教育現代化，2019，6（A5）：111-112.

[4] 楊立，倪文彬，朱潤峰.新工科背景下課程教學改革與探索——《工業機器人技術》課程[J].低碳世界，2019（12）：331-332.

【通聯編輯：唐一東】