基于“三能導向”的計算機類課程教學模式改革探索與實踐

謝丹艷，任向民

（泰州學院 信息工程學院，江蘇 泰州 225300）

0 引言

教育部在“復旦共識”［1］“天大行動”［2］“北京指南”［3］等一系列會議的基礎(chǔ)上形成了《新工科研究與實踐項目指南》［4］，提出新工科建設(shè)指導意見，進一步推動新工科建設(shè)，探索形成中國特色、世界水平的工程教育體系。地方本科高校是高等教育工程中的重要組成部分，也是注入“新工科”改革的一股新鮮血液［5］。在新時期國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略背景下，地方高校的計算機科學與技術(shù)專業(yè)如何培養(yǎng)符合社會經(jīng)濟發(fā)展需求的能夠解決復雜工程問題的應用型人才是必須要解決的問題，其中教學模式改革是主要路徑之一。

1 相關(guān)研究

為建設(shè)符合“新工科”要求的計算機類課程，目前眾多本科高校對課程模式改革進行了探索。例如，蔣宗禮［6］基于新工科建設(shè)的基本思想討論計算機類專業(yè)如何更新基本的教育理念，加強產(chǎn)學合作，從多方面入手實現(xiàn)增量優(yōu)化、存量調(diào)整和交叉融合；曹來成［7］提出基于新工科的計算機科學與技術(shù)專業(yè)教學模式，從學科布局、學生綜合素質(zhì)培養(yǎng)等方面進行了闡述；黃玉坤等［8］提出項目沉浸與競賽驅(qū)動的計算機與數(shù)據(jù)科學專業(yè)課程混合式教學模式；張策等［9］提出嵌入式系統(tǒng)貫通式教學模式，將課堂教學與實踐教學緊密結(jié)合，采用線上—線下混合式教學模式，將線上自主學習與以翻轉(zhuǎn)課堂為主的互動式教學相融合，幫助學生建立系統(tǒng)計算思維，培養(yǎng)解決復雜計算機系統(tǒng)問題的能力；萬爛軍等［10］提出依據(jù)工程教育專業(yè)認證的通用標準，緊扣“以產(chǎn)出為導向、以學生為中心、持續(xù)改進”的思路，以提升學生的自主學習能力和工程實踐能力為目標，建立適合地方高校的計算機類課程實踐教學改革方案；王志英等［11］通過分析計算機技術(shù)發(fā)展的特點，提出系統(tǒng)能力培養(yǎng)的主要內(nèi)涵及需求，闡述系統(tǒng)能力培養(yǎng)和課程體系設(shè)置的總體思路。

泰州學院計算機專業(yè)課程存在教學資源單一，課外教學資源缺失；教學模式單一，學生學習主動性和創(chuàng)新性不足；學生評價體系單一等問題。為此，在以上研究的基礎(chǔ)上，本文提出以計算機系統(tǒng)能力、計算思維能力以及創(chuàng)新創(chuàng)造能力培養(yǎng)為導向的計算機類課程模式，該模式有以下特點：①理實一體、混合教學、多元評價。依托立體化教學資源，在理論知識學習中采用線上線下混合式教學方法提升學生學習的主動性，培養(yǎng)學生遇到困難自主查閱資料的能力；在實踐能力培養(yǎng)中采用理實一體化課堂與虛擬仿真實驗有機結(jié)合，突破課堂界限，突破知識點理實劃分，有機融合，從而做到學習環(huán)境和與學習環(huán)節(jié)的全面貫通。通過混合式教學評價和項目制學習評價實現(xiàn)課程的基礎(chǔ)目標，通過多能考核要求實現(xiàn)課程的高階挑戰(zhàn)目標，建立多元化評價體系；②軟硬融合、創(chuàng)新創(chuàng)造、三能導向。培養(yǎng)學生軟件編程思維和硬件設(shè)計能力，增加創(chuàng)新項目訓練環(huán)節(jié)，采用項目制學習法，以小組為單位，在成員配置中綜合考慮學生的特長，確保團隊成員個性多樣化，采用項目促進學生學習，培養(yǎng)其實踐應用能力和創(chuàng)新思維。注重創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化，在開放實驗室中延續(xù)項目作品，鼓勵申報各種專利、軟件著作權(quán)和參加各類比賽，以賽促賽，以賽促學，實現(xiàn)學生計算機系統(tǒng)能力、計算思維能力和創(chuàng)新創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。

2 “三能導向”教學模式改革

從課程內(nèi)容重塑出發(fā)，建立融合理論知識學習、實踐能力訓練和創(chuàng)思能力培養(yǎng)三大板塊的立體化教學資源，具體路徑為理實一體化教學內(nèi)容設(shè)計、立體化教學資源建設(shè)、混合式教學模式改革、多元化學生評價體系建設(shè)。經(jīng)過6年的探索，以“三能導向”為目標，在課程教學模式改革中逐漸形成了具體可實施的一系列辦法。

2.1 理實一體化教學內(nèi)容設(shè)計

調(diào)整課程教學內(nèi)容，采用理實一體化課堂和項目制學習方法，在課程思政引領(lǐng)下，注重計算思維能力、計算機系統(tǒng)能力和創(chuàng)新創(chuàng)造能力培養(yǎng)，同時重視軟硬件能力的融合應用，解決課堂知識難以與實際應用相結(jié)合的問題。根據(jù)新工科建設(shè)指導意見，重視基礎(chǔ)、突出應用，以計算機組成原理課程為例重塑教學內(nèi)容，具體如表1所示。強調(diào)基礎(chǔ)理論板塊的知識體系為實踐技能培養(yǎng)要求服務，使理論與實踐緊密結(jié)合；創(chuàng)新設(shè)計板塊的內(nèi)容充分體現(xiàn)與時俱進和服務社會的要求，能夠在理論知識和實踐應用的基礎(chǔ)上進行項目設(shè)計和實現(xiàn)，體現(xiàn)高階性和挑戰(zhàn)度。

Table 1 Remolding the teaching content of computer composition principle course表1 計算機組成原理課程教學內(nèi)容重塑

采用理實一體化教學內(nèi)容設(shè)計培養(yǎng)學生計算思維和計算機系統(tǒng)能力，具體設(shè)計如表2所示。利用項目制教學設(shè)計教學內(nèi)容，大幅度提高學生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力。通過不斷強化思政元素與專業(yè)課知識的緊密結(jié)合，從計算機發(fā)展的前沿科技、瓶頸技術(shù)強化學生的理想信念、拓展學生國際視野、激發(fā)家國情懷，培養(yǎng)嚴謹?shù)膶I(yè)態(tài)度和較強的社會責任感。

Table 2 Teaching content design of the integration of theory and experiment with "three-ability orientation"表2 “三能導向”的理實一體化教學內(nèi)容設(shè)計

2.2 立體化教學資源建設(shè)

為滿足符合新工科教學的教學內(nèi)容，通過自建、引進、共享3種方式匯聚混合式線上線下理論教學資源和實驗實踐資源，顯著提升教學資源規(guī)模和數(shù)量，解決課程教學資源單一、課外教學資源缺失的問題。目前已完成6門課程的數(shù)字化建設(shè)；引進智慧樹、超星爾雅、愛課程（中國大學慕課）等教學平臺中的優(yōu)質(zhì)課程30余門；通過希冀實驗平臺共享10余門課程的課程資源，打破學院之間以及學校之間的課程資源壁壘；引入計算機類課程仿真實驗平臺、CG實驗、Python123等軟件編程練習平臺；建設(shè)了四大實體教學實驗室，包括軟件工程與技術(shù)實驗室、網(wǎng)絡(luò)感知與應用實驗室、大數(shù)據(jù)管理與應用實驗室以及大學生創(chuàng)新實驗室，下設(shè)共19個子實驗室，全面滿足學生計算機類課程的實驗要求。“三能導向”的立體化教學資源建設(shè)如表3所示。

2.3 混合式教學模式改革

推行線上線下一體的混合式教學模式，通過課前、課中、課后教學組織顯著提升學生學習的主動性和創(chuàng)新性，解決教學方法枯燥、教學模式單一的問題。針對學生被動學習、課堂知識難以與實際應用結(jié)合、缺乏學習內(nèi)驅(qū)力的問題，采用混合式教學模式提高學生學習的主動性，圍繞三能培養(yǎng)導向在教學形式和學生參與程度等方面作出調(diào)整。通過加強師生互動，通過翻轉(zhuǎn)課堂等手段引導學生參與課堂，完成以教為主向以學為主、課堂教學為主向課內(nèi)外結(jié)合的教學轉(zhuǎn)變。在創(chuàng)新項目環(huán)節(jié)，借助開源硬件，通過頭腦風暴產(chǎn)生金點子，通過項目制方法［12］實施教學。由于各組項目不同，通過小組討論，利用教師提供的多樣化課程資源和學生自行查閱資料等方法完成相關(guān)軟硬件設(shè)計，課中以實踐操作和項目展示、討論為主，引導學生對創(chuàng)意進行成果轉(zhuǎn)化，進一步鼓勵學生學以致用，通過參加雙創(chuàng)、撰寫論文、申請專利、軟件著作權(quán)等進一步提升實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)造力。“三能導向”的混合式教學模式改革如表4所示。

Table 4 Reform of mixed teaching mode with "three-ability orientation"表4 “三能導向”的混合式教學模式改革

2.4 多元化評價體系改革

采用線上線下混合式評價、項目制學習評價以及軟硬件融合能力評價體系實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)的過程性、發(fā)展性評價，顯著提升學生成績和能力評價的準確性，解決以往課程評價機制單一、學生應用能力關(guān)注不足的問題。這里的評價主要指對學生的評價，充分利用信息化手段，有機結(jié)合混合式學習效果評價中的線上學習效果評價、線下課堂表現(xiàn)評價，項目制學習評價中的團隊和個人評價、創(chuàng)新項目設(shè)計與實踐評價。“三能導向”的多元化評價體系改革體系的基礎(chǔ)評價如表5所示，高階評價如表6所示。

Table 5 Diversified evaluation system with "three-ability orientation"——basic evaluation表5 “三能導向”的多元化評價體系之基礎(chǔ)評價

Table 6 Diversified evaluation system with "three-ability orientation"——high order evaluation表6 “三能導向”的多元化評價之高階評價

以計算思維能力和計算機系統(tǒng)能力的培養(yǎng)為導向進行軟件編程思維培養(yǎng)和硬件設(shè)計能力的培養(yǎng)，增加創(chuàng)新項目訓練環(huán)節(jié)，采用項目制學習法，以小組為單位，在成員配置中綜合考慮學生的特長，確保團隊成員個性多樣化，用項目促進學生學習的動力，培養(yǎng)學生的實踐應用能力和創(chuàng)新思維，增強學生的獲得感和成就感。注重創(chuàng)新成果的轉(zhuǎn)化，在開放實驗室中延續(xù)項目作品，鼓勵申報各種專利、軟件著作權(quán)和參加各類比賽，以賽促賽，以賽促學。

3 教學改革成效

以江蘇省計算機基礎(chǔ)實驗教學示范中心、“互聯(lián)網(wǎng)+智慧泰州”實踐平臺、“泰州學院—騰翔信息”聯(lián)合創(chuàng)新實驗室為依托，以“雙師雙能型”實踐教學團隊為支撐進行了為期6年的改革與建設(shè)，課程建設(shè)成果顯著，人才培養(yǎng)質(zhì)量優(yōu)異。

3.1 豐碩的課程建設(shè)成果

建設(shè)形成了完整的計算機類課程群，課程群中3門課程被評為省級一流本科課程線上課程，1門課程被評為省級一流本科課程混合課程，1門課程被推薦至國家級一流本科課程評選。課程群中有2門課程被評為省高校在線開放課程建設(shè)課程。多門微課程、微課在江蘇省高等學校微課教學比賽中獲獎，1本課程教材被評為省高校重點建設(shè)教材。團隊目前承擔8項教育部產(chǎn)學合作協(xié)同育人項目，1項江蘇省教育教改研究項目，1項泰州學院教育教學改革重中之重研究項目，隨著這些項目的進一步研究，課程建設(shè)成果將進一步豐富。

3.2 豐富的學生競賽獎項

近5年共完成國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目12項，省級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目40余項；學生在“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、中國大學生服務外包創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、“藍橋杯”軟件與信息技術(shù)大賽等競賽中獲國家級獎項3項、省級獎項3項；學生申請并獲授權(quán)專利20件、申請軟件著作權(quán)16件。

3.3 優(yōu)異的人才就業(yè)質(zhì)量

通過課程改革培養(yǎng)出了理論基礎(chǔ)扎實、實踐能力強、具有創(chuàng)新精神的高素質(zhì)應用型人才，人才培養(yǎng)質(zhì)量優(yōu)異，就業(yè)質(zhì)量高。5年來，本科生就業(yè)率一直保持在98%以上，深造率超過13%。作為地方本科院校，泰州學院大量學生在中國電信泰州分公司、江蘇云涌電子、泰州騰翔信息等地方知名企業(yè)就業(yè)，在管理培訓生、技術(shù)崗位貢獻著自己的智慧和力量，為服務地方智能制造產(chǎn)業(yè)提供人才支持，畢業(yè)生就業(yè)滿意度達95%。

4 結(jié)語

針對新工科建設(shè)指導意見和教學改革中需要解決的實際問題，本文提出基于“三能導向”的教學模式改革，實現(xiàn)了學生計算機系統(tǒng)能力、計算思維能力和創(chuàng)新創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。總體來說，課程改革使學生從學習中獲得了成就感，激發(fā)了科技報國的使命擔當，引導其正確應用專業(yè)知識和技能服務于國家。目前課程改革尚存在不足，需要根據(jù)計算機硬件的不斷發(fā)展及時增加新的教學板塊，例如智能硬件方面以及軟硬件結(jié)合的人工智能應用的內(nèi)容，再如隨著國際化的進展開展雙語教學等，同時需要不斷更新線上資源，進一步強化課程對學生“雙創(chuàng)”能力培養(yǎng)的支撐作用。