計算機教育的科學(xué)研究（上）

鄭 莉 清華大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院

從基礎(chǔ)研究的角度來說，我們?nèi)绾螌⒔逃?，尤其是計算機教育學(xué)科規(guī)律中的基礎(chǔ)研究問題提煉出來，是非常重要的。“計算機”和“教育”是兩個關(guān)鍵詞，從這兩個關(guān)鍵詞來說，我們這些老師提出的建議應(yīng)該是關(guān)于計算機的，所以計算機學(xué)科本身的規(guī)律反映在教育中，有哪些最基礎(chǔ)的東西是我們要研究的，目前應(yīng)該引起我們的重視。

更基礎(chǔ)一點講，在計算機教育領(lǐng)域，連知識圖譜在人工智能領(lǐng)域的應(yīng)用都有人在研究。我自己的課題也是在研究知識圖譜，只不過是中小學(xué)的基礎(chǔ)教育知識圖譜，那么作為高等教育的研究來說，其實鮮有人研究到知識點、知識圖譜這么細致。大學(xué)課程的研究顆粒度比較粗，實際上我們在教學(xué)改革、課程體系改革中有一個重要的問題，就是相關(guān)課程之間的相關(guān)度是什么，該不該合并，該不該拆分？如果增加一個新課，它跟原有的課有什么關(guān)系？各個課按專業(yè)分的課組有什么關(guān)系？課程之間的先修關(guān)系、替代關(guān)系是怎樣的？在這些方面我們?nèi)狈毣脑O(shè)計，只是大面上根據(jù)任課老師和教學(xué)管理人員、教學(xué)主管領(lǐng)導(dǎo)的經(jīng)驗，先形成一個團隊或課程委員會，確定一下，但這只是個大致。

當(dāng)課程體系再需要改的時候，實際上是非常難的，“我的課不許取消”“我的課不想和他的課合并”“我還要開新課”等等理由就會出現(xiàn)，每個老師會從自己理解的角度，從自己對計算機學(xué)科課程體系理解的角度去發(fā)表自己的意見。但是，如果我們有一個最基礎(chǔ)的、定位到具體知識單元或者知識點的知識圖譜，知識點與知識點的關(guān)系就是可以說得清楚的了。

課與課之間的關(guān)系往往有太多知識點的相關(guān)性，最后都說不清楚。單個知識點跟另外一個知識點之間是什么關(guān)系，每個老師都有話說。如果我們能把這個體系研究清楚的話，那老師在上課中用人大的課程體系也好，用清華的、用北大的、用復(fù)旦的，甚至用哪個課程體系也好，都會變成一個明確的事情。每個學(xué)校的老師如果牽頭一個項目，他肯定認為自己學(xué)校的課程體系是最好的，因為那是他參與做的。這里面，我不認為老師是有私心的，但是先入為主，一定就會有這個問題。所以，我們將來研究課程體系的這個團隊不管納入多少老師，總有更大范圍的老師沒有納入進去。別人會覺得你們一流大學(xué)的課程體系也許并不適合我們，各種觀點都會有。

我在跟其他學(xué)校的老師聊起來的時候，他們很多人都說你們清華的東西不適合我們。確實，每個學(xué)校都有自己的特點。但是，如果我們把知識點的體系弄清楚了，根據(jù)知識點的體系，每個學(xué)校在組課的時候，遵循每個知識單元與知識單元間的科學(xué)結(jié)構(gòu)、科學(xué)關(guān)系，這樣的話，整個課程體系到底幾門課，合成一門課還是拆成3門課，開不開這個課，先開哪個后開哪個，這些問題都會變得清晰，我覺得這個沒辦法標(biāo)準(zhǔn)化。

每個學(xué)校都有自己的特點，但是我們要求教學(xué)過程必須遵循最基礎(chǔ)知識點的體系結(jié)構(gòu)，即它的科學(xué)原理。比如某個知識點，先修課里還沒有修的你就要用，不是說這樣不可以，因為大學(xué)課程的臺階不是必須一級一級地上去，從一級上到三級，三級到七級之間并不是沒有臺階了，你可以自己找臺階去，這樣是可以的。但是，很多課程中有一些知識點，沒有任何一門課先修它，這樣的知識點老師必須先摘出來，列清楚，跟學(xué)生說明白，另外老師要建議學(xué)生去參考哪些資料、學(xué)習(xí)哪些知識，能夠去補這幾級臺階。課程中這樣的邏輯關(guān)系要把它分析清楚，我覺得這是一個很宏大的工程。

以上的例子是從計算機科學(xué)體系本身的角度來思考問題，但是回歸到計算機教育，我們還有一個關(guān)鍵詞是“教育”。我覺得有些問題，我們計算機領(lǐng)域的專家來研究，不管你是以從事科研為主還是以從事教學(xué)為主，本身都是一個計算機科學(xué)的研究人員。在教育學(xué)這個領(lǐng)域，我們都沒有受過科班的訓(xùn)練，但我們是教育者，根據(jù)這么多年當(dāng)教育者的經(jīng)驗，我們總結(jié)歸納了一些樸素也具有實踐意義的東西，就要真正把它作為一個基礎(chǔ)學(xué)科來研究。我認為它應(yīng)該是一個交叉學(xué)科。

我們在談話中提到了團隊設(shè)在哪，也談了人的問題，但我覺得這個團隊里應(yīng)該有教育學(xué)的專家。當(dāng)然，如果我們研究計算機學(xué)科的技術(shù)類問題，比如大數(shù)據(jù)分析等，其實也需要教育學(xué)家做分析模型。如果真的研究特別基礎(chǔ)的教育問題的話，我覺得應(yīng)該要求有關(guān)的教育學(xué)專家一起合作，以對待交叉學(xué)科的態(tài)度來對待這個問題。

另外我們談到了做這個事情的團隊在哪、什么人去做，這確實是一個問題?，F(xiàn)在各個學(xué)校都在做一定程度的人事制度改革，清華應(yīng)該算是教學(xué)改革的先行者。清華大學(xué)專門提出了教學(xué)系列這個概念。這一系列老師的教學(xué)工作量是最大的，而且是真正的一線老師。如果這些老師能夠獲得基金的支持，好好地做教學(xué)和教育學(xué)研究，對學(xué)校來說，是造福學(xué)生的。因為大量的專業(yè)基礎(chǔ)課、公共基礎(chǔ)課都是教學(xué)崗的老師來教，這些老師去申請自然科學(xué)基金研究的時候適合研究比較基礎(chǔ)的類別，即不需要大量技術(shù)開發(fā)和編程、實現(xiàn)系統(tǒng)的東西。

清華大學(xué)目前不讓教學(xué)系列的老師帶研究生，因此對基礎(chǔ)教育研究項目的支持力度并不是很大，因為力度大就意味著要求教師產(chǎn)出成果的水平高且工作量大。水平高體現(xiàn)在要在國際頂級期刊發(fā)表文章，這就要求基礎(chǔ)教學(xué)老師的研究要一步到位，因為做一個一般項目就發(fā)到頂級期刊去是有一定難度的。另外，教學(xué)系列的老師產(chǎn)生出大的驗證性或者實用性系統(tǒng)的可能性也不大。

這種情況下，可能項目支持的錢數(shù)不一定多，但是他的研究一定要有意義、有基礎(chǔ)性。這樣的話，一個老師、一個教研室團隊核心的三五個老師就可以把項目做出來，不需要借助研究生團隊去做系統(tǒng)開發(fā)。這種教育的基礎(chǔ)研究，讓在學(xué)的研究生去做也不合適，他們可以寫程序，但他們真的不懂從教師的角度思考教育學(xué)原理，他的身份還是學(xué)生。所以，這種情況下，如果有些題目能支持這些做教學(xué)的老師，就是老師親自做研究，而不是研究生去做。事實上，像清華大學(xué)這樣的學(xué)校，教學(xué)系列的教師也沒有研究生。

另一部分就是教學(xué)與研究并重的老師。這樣的老師，他們也有相應(yīng)的教學(xué)任務(wù)。各個學(xué)校的教授、院士都是要給本科生講課的，這些老師是不是我們課題以后預(yù)期的申請對象？我覺得不主張是。當(dāng)然，有一些東西，比如大數(shù)據(jù)分析等，可能會是做數(shù)據(jù)分析的資深專家參與這個課題，這個我同意，還有教育學(xué)的資深專家也會研究這個課題。

清華以科研為主的老師教學(xué)都是很好的，他的教學(xué)中規(guī)中矩，首先內(nèi)容肯定正確，前沿性也沒問題，理論扎實，所有的指標(biāo)都是沒有問題的。但是，他在教學(xué)研究上花費了多少時間呢？可能也沒有。但是即使這樣，培養(yǎng)出來的學(xué)生也是不錯的。這應(yīng)該就是目前一流大學(xué)的現(xiàn)狀。因為做科研的老師本身的素質(zhì)和水平使得他講課沒問題、學(xué)術(shù)報告沒問題，他不可能講不清楚科學(xué)問題。這些老師科研很棒，教學(xué)平平常常也還不錯。如果他們作為主體去搶這些教育科學(xué)研究，也就是計算機教育研究的項目，那么一線教學(xué)體系教師肯定是搶不過他們的，但他們會不會靜下心來去做最基礎(chǔ)的教育學(xué)問題的研究呢？他會盡量以教育作為場景，比如電子商務(wù)，商務(wù)是場景，電子是關(guān)鍵；物聯(lián)網(wǎng)，物是場景，聯(lián)網(wǎng)是關(guān)鍵。將來他們做計算機教育，教育變成了場景和背景，是他分析的數(shù)據(jù)和樣本，最后他還是在自己的專業(yè)領(lǐng)域出成果。那么，這個對教育有沒有用呢？非常有用，他們的研究成果將來也會回饋到教育，以突破教育的關(guān)鍵理論和技術(shù)的瓶頸問題。

但是，這樣的項目支持已經(jīng)不少了。比如國家對大數(shù)據(jù)方面的支持，教育大數(shù)據(jù)做起來很容易，起碼不難立項。然而，我們一線的教師能不能有一批人把計算機和教育本身最基礎(chǔ)的根本問題提出來做一些研究，里面需要哪些技術(shù)支撐，把這些思考以報告的形式提出，再作為技術(shù)領(lǐng)域課題讓那些的專家研究。這樣的話，錢投下去，領(lǐng)這個任務(wù)的隊伍會真正去研究教育，而不是把教育當(dāng)個噱頭，我還是研究我的專業(yè)去，而且那種貌似有用、實則還是技術(shù)的成果很多，卻忽略了那些基礎(chǔ)的教育。

我自己目前在做知識圖譜。我經(jīng)常思考一些問題，比如知識點之間的關(guān)系。其實計算機教育中類似的基礎(chǔ)問題有很多，可能在不同的一線老師腦袋里有不同的問題，他以一己之力沒有力量去研究，其實他需要組織團隊，但目前的實際狀況是，這樣的研究既沒有名目也沒有經(jīng)費支持，然后很多的想法就晾在一邊。為什么我們做課程體系的時候總覺得做得不那么盡如人意,其實里面有很多基礎(chǔ)的問題，包括講公共基礎(chǔ)教育時的計算思維問題。很多老師教學(xué)時嚷著計算思維，但最后計算思維到底落實成什么樣子，你是否有一個充分的基礎(chǔ)理論的支撐觀點，其實也沒有做出來。這些東西應(yīng)該是老師親自做的，而不是我們大牛們帶著一群沒有經(jīng)驗的年輕老師和研究生們?nèi)ラ_發(fā)項目時順帶做的事情。

秦磊華 華中科技大學(xué)計算機學(xué)院 副院長

人才培養(yǎng)是一個系統(tǒng)工程，涉及教與學(xué)的方方面面，圍繞如何提高計算機類專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的研究，可以從如下3個層面來考慮。

第一個層面是計算機類專業(yè)自身人才培養(yǎng)的問題，圍繞如何培養(yǎng)滿足經(jīng)濟社會發(fā)展所需要的計算機類專業(yè)人才展開系列研究，包括適應(yīng)產(chǎn)業(yè)需求和技術(shù)發(fā)展的計算機類專業(yè)工程人才的知識體系、課程體系、教學(xué)設(shè)計、教學(xué)模式、教學(xué)方法、教學(xué)資源建設(shè)、師資隊伍與教學(xué)團隊建設(shè)等方面的內(nèi)容。

第二個層面是智能學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建，包括3個方面的研究內(nèi)容：①如何開發(fā)或應(yīng)用現(xiàn)代化信息工具構(gòu)建智慧課堂，包括自動考勤、隨堂測試及成績自動評測、教學(xué)在線調(diào)查、在線交流與答疑等；②虛擬實驗系統(tǒng)開發(fā)，尤其是具有自動檢測功能的計算機類專業(yè)系列硬件課程實驗及其綜合實驗系統(tǒng)的開發(fā)。

第三層面是基于教育大數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)學(xué)業(yè)指導(dǎo)，研究內(nèi)容包括應(yīng)用于學(xué)業(yè)精準(zhǔn)指導(dǎo)的大數(shù)據(jù)收集方法、大數(shù)據(jù)有效性評測與過濾、基于大數(shù)據(jù)的學(xué)業(yè)精準(zhǔn)指導(dǎo)模式與方法等內(nèi)容。

我本人從事本科教學(xué)已有8年，在這個過程當(dāng)中，對于計算機的教育教學(xué)研究有一些思考。教育教學(xué)研究跟科學(xué)研究現(xiàn)在其實是趨同，都需要轉(zhuǎn)化，教學(xué)、科學(xué)研究如果只停留在論文階段是失敗的，但是，成果要轉(zhuǎn)化，最終應(yīng)該落實到課程、教師、學(xué)生的學(xué)習(xí)上去。我主要從4個方面來講，第一是要圍繞課程體系做研究；第二是教師培訓(xùn)，教學(xué)的實施是教師做的，因此教師的培訓(xùn)很重要；第三是要圍繞學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建我們想做的事情；第四是學(xué)業(yè)評價，哪些事是過去做的，哪些事未來要做，得分清楚。

在課程體系上我們做了這些事，我們學(xué)校在1997年做了一個信息學(xué)科平臺的課程體系，即所有的信息學(xué)院必須開同樣的課程，統(tǒng)一備課、分散上課，當(dāng)時我們的課業(yè)負擔(dān)比較重，我們要把教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)大綱、教學(xué)方法全部更新，我們對教師也做了培訓(xùn)。為了做這個事情，我們在實踐教學(xué)體系也做了更改，平臺一體化、內(nèi)容一體化、實驗指導(dǎo)的精準(zhǔn)化、實驗考核的工程化。

我們提出要有效教學(xué)，有效學(xué)習(xí)，并力圖把它落到實處。每個學(xué)生要有這樣的體驗，我們也是要求全體學(xué)生都要有這個體驗。我們圍繞新工科做了非計算機專業(yè)的通識課。在新的生態(tài)環(huán)境中，學(xué)生應(yīng)該具備數(shù)字化思維能力和信息化融合能力。從中國制造2025來看，有一條主線上非常強調(diào)信息化，所以我們就強調(diào)數(shù)字化思維能力和信息化融合能力。在智能硬件方面，原有通識課的體系軟件偏強，而硬件，尤其是數(shù)字化設(shè)計這塊偏弱，這是我們想做的事情。

在教師培訓(xùn)方面，其實渠道很多?，F(xiàn)在我們就是要把教育思想普及，老師的思維要跟上，技巧要跟上，技能要跟上。我們學(xué)校的所有老師，要求是你不能做、不能講，你就不允許進。關(guān)于教師海外本科教學(xué)研修，我們從2012年到現(xiàn)在共有30幾名老師去培訓(xùn)，他們在MIT、CMU做了3個月以上的教學(xué)研究，包括企業(yè)培訓(xùn)。

關(guān)于教學(xué)團隊的建設(shè)和課程群組的建設(shè)，我有一個體會，就是現(xiàn)在名師要變成名師工作室，也就是要建團隊。我認為這是很重要的，是一定要做的。

另外，學(xué)習(xí)評價一定要有數(shù)據(jù)，特別是要有過程數(shù)據(jù)，僅有考試結(jié)果是不夠的。我們基于微助教的隨堂測試結(jié)果中，每個點、每個題，你是誰，哪個題錯了，每道題錯了多少人，這些細節(jié)的東西一下子就統(tǒng)計出來了，這些數(shù)據(jù)都有利于后期教學(xué)。我們還做了自測平臺，軟件內(nèi)的作業(yè)一提交，有哪里不對，很快也有了數(shù)據(jù)。通過這些渠道，我們可以把學(xué)習(xí)的過程拿出來，清晰地知道學(xué)生的問題在哪里，這為后面的大數(shù)據(jù)學(xué)業(yè)精準(zhǔn)指導(dǎo)提供了一個好的支持。這些事情我們還在探索，我們的團隊也在研究精準(zhǔn)指導(dǎo)需要哪些大數(shù)據(jù)、從哪些平臺獲取這些數(shù)據(jù)使數(shù)據(jù)更有效。