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以學(xué)科競(jìng)賽為抓手 推進(jìn)新工科時(shí)代本科生計(jì)算思維培養(yǎng)*

2022-06-25 17:51:53武文娟周小明劉永剛陳旺焦敏
中國(guó)教育技術(shù)裝備 2022年15期
關(guān)鍵詞:學(xué)科競(jìng)賽本科生實(shí)踐教學(xué)

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(jì)算思維的培養(yǎng),滿足新工科時(shí)代對(duì)創(chuàng)新型人才的需求,探索并實(shí)踐以學(xué)科競(jìng)賽為抓手,培養(yǎng)本科生特別是非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新意識(shí)及使用信息技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)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(jì)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(jì)算思維;學(xué)科競(jìng)賽

中圖分類號(hào):G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):1671-489X(2022)15-0079-04

0? 引言

近年來(lái),大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等技術(shù)逐漸上升為國(guó)家戰(zhàn)略技術(shù),其巨大作用和深遠(yuǎn)影響已經(jīng)超出計(jì)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(jí),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(dòng)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(shí),掌握信息技術(shù),形成數(shù)據(jù)思維。

2017年,教育部啟動(dòng)新工科發(fā)展研究工作[1],先后發(fā)布“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”“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(guò)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(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略,把握高校人才培養(yǎng)工作的新形勢(shì)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(dòng)面向未來(lái),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(shí)代,非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生也必須具備相應(yīng)的計(jì)算思維素養(yǎng),掌握運(yùn)用信息技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的技能。計(jì)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(wèn)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(wèn)題的能力。因此,計(jì)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(jìng)賽可以在緊密結(jié)合課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上,以競(jìng)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(dòng)力,是實(shí)踐研究性學(xué)習(xí)的一種重要形式。因此,在對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生開(kāi)展信息技術(shù)專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)的同時(shí),以學(xué)科競(jìng)賽為抓手對(duì)學(xué)生的計(jì)算思維和動(dòng)手創(chuàng)新能力進(jìn)行全方位的訓(xùn)練,對(duì)于人才培養(yǎng)具有重要的意義。通過(guò)鼓勵(lì)學(xué)生參加大賽,激發(fā)各專業(yè)學(xué)生對(duì)于信息技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣,在提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)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(duì)合作意識(shí),提高學(xué)生運(yùn)用信息技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的綜合實(shí)踐能力。

1? “中國(guó)大學(xué)生計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽”項(xiàng)目

“中國(guó)大學(xué)生計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽”(以下簡(jiǎn)稱“大賽”)是2012—2018年全國(guó)普通高校學(xué)科競(jìng)賽排行榜第26號(hào)賽事(中國(guó)高等教育學(xué)會(huì)確認(rèn)),是中國(guó)高等教育學(xué)會(huì)發(fā)布的《高校競(jìng)賽評(píng)估排行榜》統(tǒng)計(jì)賽事之一,是由教育部高等學(xué)校大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)中國(guó)大學(xué)生計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽組織委員會(huì)主辦,面向全國(guó)高校在校本科生的非營(yíng)利性的公益性、科技型群眾性活動(dòng)。大賽賽事采用三級(jí)賽制:校級(jí)初賽(基層動(dòng)員)、省級(jí)賽區(qū)(或省級(jí)直報(bào)賽區(qū))復(fù)賽、國(guó)家級(jí)現(xiàn)場(chǎng)決賽。大賽在全國(guó)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(kāi)發(fā)、數(shù)字媒體設(shè)計(jì)、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(guó)人民大學(xué)自2008年大賽開(kāi)辦之初即組織隊(duì)伍參賽,歷年來(lái)取得豐碩成績(jī),獲獎(jiǎng)等級(jí)及數(shù)量屢創(chuàng)新高。大賽項(xiàng)目的建設(shè)獲得中國(guó)人民大學(xué)信息技術(shù)與管理國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心及中國(guó)人民大學(xué)基于大數(shù)據(jù)文科綜合訓(xùn)練國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心兩個(gè)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的支撐。學(xué)科競(jìng)賽是“實(shí)驗(yàn)教學(xué)、學(xué)科競(jìng)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(gè)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(tái)建設(shè)、師資力量、多渠道設(shè)立學(xué)生課題、實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放、管理體制等多個(gè)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(gè)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(guó)人民大學(xué)專門設(shè)立“中國(guó)大學(xué)生計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽”學(xué)科競(jìng)賽項(xiàng)目,于秋季學(xué)期開(kāi)始在相應(yīng)的課程中設(shè)置第二課堂;每年11月開(kāi)始,成立競(jìng)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(gè)參賽隊(duì)伍,成員由對(duì)計(jì)算機(jī)競(jìng)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(shí)間內(nèi)集中完成項(xiàng)目全階段開(kāi)發(fā),包括需求確定、代碼編寫(xiě)、系統(tǒng)測(cè)試、項(xiàng)目文檔編寫(xiě)、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(duì)全校參賽作品進(jìn)行篩選評(píng)比,選拔優(yōu)秀作品參加大賽的北京市級(jí)賽,通過(guò)評(píng)審的作品最終上推至國(guó)賽參與最終的激烈角逐。

2? 以學(xué)科競(jìng)賽為抓手的計(jì)算思維培養(yǎng)實(shí)踐教學(xué)框架

在多年的參賽過(guò)程中,依據(jù)“興趣驅(qū)動(dòng)、問(wèn)題驅(qū)動(dòng)、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”的培養(yǎng)模式,以學(xué)科競(jìng)賽為抓手,探索并實(shí)踐一套計(jì)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(wèn)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(wèn)題答案的欲望,促使學(xué)生自覺(jué)、主動(dòng)地尋求解決問(wèn)題的方法,這也是大學(xué)生計(jì)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(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)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(guò)程融入學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí),使學(xué)生參加比賽獲獎(jiǎng)成為一個(gè)水到渠成的過(guò)程,而非刻意追求的結(jié)果。將組織比賽作為一個(gè)全年不間斷的工作,加強(qiáng)平時(shí)的宣傳力度,使得學(xué)生平時(shí)能夠有意識(shí)地觀察生活,積極使用計(jì)算思維尋找解決方法,從而真正提高學(xué)生的動(dòng)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(jìng)賽指導(dǎo)教師隊(duì)伍

多年來(lái),中國(guó)人民大學(xué)建設(shè)了一支專業(yè)水平高,同時(shí)具備豐富參賽經(jīng)驗(yàn)、社會(huì)商業(yè)知識(shí)和文化知識(shí)的指導(dǎo)教師隊(duì)伍。指導(dǎo)教師在學(xué)科競(jìng)賽建設(shè)中發(fā)揮著舉足輕重的作用,要負(fù)責(zé)項(xiàng)目?jī)?nèi)容把控和設(shè)計(jì),為學(xué)生開(kāi)設(shè)第二課堂,組建團(tuán)隊(duì),并在項(xiàng)目的整個(gè)生命周期中指導(dǎo)學(xué)生規(guī)劃、開(kāi)發(fā)、部署以及實(shí)施項(xiàng)目。

2.3? 面向全專業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)培訓(xùn)類、競(jìng)賽類第二課堂

將學(xué)生分為計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)及非計(jì)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(zhǎng)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(kāi)始在相應(yīng)的課程中設(shè)置培訓(xùn)類、競(jìng)賽類第二課堂。面向計(jì)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(shí)。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(jìng)賽。面向非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生,其課程內(nèi)容則偏重于計(jì)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(duì)性。學(xué)生通過(guò)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(shí)完成相關(guān)內(nèi)容的文檔撰寫(xiě)。

2.4? 頭腦風(fēng)暴發(fā)現(xiàn)社會(huì)、現(xiàn)實(shí)問(wèn)題

在開(kāi)發(fā)任何產(chǎn)品的同時(shí),都要考慮為什么,干什么,能夠解決什么問(wèn)題,給人們的生活帶來(lái)什么便利。帶著這些問(wèn)題,在每年11月份,指導(dǎo)教師會(huì)組織學(xué)生頭腦風(fēng)暴,發(fā)現(xiàn)每個(gè)人身邊未解決的問(wèn)題。通過(guò)問(wèn)題讓團(tuán)隊(duì)成員充分理解需求,并以功能點(diǎn)的形式描述出來(lái)。此后在項(xiàng)目會(huì)議上,團(tuán)隊(duì)成員報(bào)告自己所理解的軟件功能,其他成員也可以隨時(shí)打斷并提出自己的疑問(wèn),以供大家一起討論。頭腦風(fēng)暴、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的方法,可以將集體智慧最大化。最后,爭(zhēng)論問(wèn)題則由指導(dǎo)教師作出決定。

2.5? 組建跨學(xué)科、跨年級(jí)的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)

學(xué)生必須以團(tuán)隊(duì)(三人)形式報(bào)名參賽,因此,準(zhǔn)備報(bào)名時(shí)就需要考量團(tuán)隊(duì)組建和協(xié)作溝通等要素。鼓勵(lì)參賽團(tuán)隊(duì)跨學(xué)科、跨年級(jí)自由組合,既能充分互補(bǔ)各個(gè)專業(yè)學(xué)生在知識(shí)領(lǐng)域、技能特長(zhǎng)方面的不足,也促進(jìn)團(tuán)隊(duì)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(guò)程中接觸更廣泛的知識(shí)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(duì)建設(shè)中加入不同專業(yè)的學(xué)生,組成團(tuán)隊(duì)專業(yè)化結(jié)構(gòu)合理的項(xiàng)目隊(duì)伍,完成項(xiàng)目的整個(gè)生命周期,并有針對(duì)性地指導(dǎo)項(xiàng)目參賽。比賽指導(dǎo)教師應(yīng)該對(duì)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(shí)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(shí),教師要能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)糾正并引導(dǎo)學(xué)生,給出合理的建設(shè)性意見(jiàn),防止學(xué)生做無(wú)用功。

3? 人才培養(yǎng)成效分析

以學(xué)科競(jìng)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(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)示范中心,以一個(gè)綜合的創(chuàng)新性競(jìng)賽參賽作品開(kāi)發(fā)為切入點(diǎn),在半年時(shí)間內(nèi),為計(jì)算機(jī)專業(yè)與非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生提供一個(gè)接觸自身專業(yè)之外的領(lǐng)域知識(shí)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐機(jī)會(huì)。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(shí)的宣傳力度,引導(dǎo)學(xué)生有意識(shí)地觀察生活,積極尋找解決方法。通過(guò)第二課堂的設(shè)置以及參賽作品全周期的開(kāi)發(fā),將比賽融入學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí),使學(xué)生參加比賽獲獎(jiǎng)成為一個(gè)水到渠成的過(guò)程,從而真正提高學(xué)生的動(dòng)手能力,達(dá)到學(xué)科競(jìng)賽培訓(xùn)的目的。

以學(xué)科競(jìng)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(lái),碩果累累。以大賽為例,自2008年第一屆大賽舉辦以來(lái),中國(guó)人民大學(xué)已連續(xù)13年參賽,參賽成績(jī)屢獲突破。目前,中國(guó)人民大學(xué)累計(jì)共有23位教師指導(dǎo)117位學(xué)生參加大賽國(guó)賽,獲獎(jiǎng)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(jì)算思維的培養(yǎng),使學(xué)生成為專業(yè)水平過(guò)硬、符合社會(huì)就業(yè)需要、具有團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)的復(fù)合型、應(yīng)用型人才,從而提高了新工科和新文科時(shí)代人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

4? 結(jié)束語(yǔ)

“中國(guó)大學(xué)生計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽”項(xiàng)目的建設(shè)與實(shí)踐,是中國(guó)人民大學(xué)開(kāi)展全專業(yè)本科生計(jì)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(guò)長(zhǎng)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(shí)代,學(xué)科競(jìng)賽是人才能力培養(yǎng)工作的重要載體,學(xué)科競(jìng)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(gè)環(huán)節(jié)。通過(guò)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(shí)與技能,培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科、綜合應(yīng)用學(xué)科知識(shí)解決問(wèn)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(jìng)賽為著力點(diǎn),將面向全專業(yè)學(xué)生的計(jì)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(jì)算思維培養(yǎng)模式的有益嘗試,對(duì)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(guó)人民大學(xué)信息技術(shù)與管理國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的支持。)

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[9] 吳愛(ài)華,侯永峰,楊秋波,等.加快發(fā)展和建設(shè)新工科 主動(dòng)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(lái)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(guó)高等教育學(xué)會(huì)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(guó)人民大學(xué)信息學(xué)院,工程師,博士,研究方向?yàn)橛?jì)算機(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(guó)人民大學(xué)信息學(xué)院,工程師,中國(guó)大學(xué)生計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽組委會(huì)賽務(wù)委員會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng),研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)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(guó)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(guó)人民大學(xué)信息學(xué)院,工程師,2021年中國(guó)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(guó)人民大學(xué)信息學(xué)院,高級(jí)工程師,博士,研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)、OLAP(100872)。

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