基于新工科的計算機專業(yè)教學模式研究

曹來成

（蘭州理工大學 計通學院，甘肅 蘭州 730050）

0 引 言

“新工科（new engineering）”這一概念自2016年提出以來，一年內形成了“天大行動”“北京指南”[1-3]和“復旦共識”。教育部高教司領導反復強調，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)展和建設新工科，主動面向未來，引領和適應新經濟[4-5]。新工科建設在我國高教界掀起了一場新的研究和改革熱潮，各高等學校紛紛響應，在工業(yè)界及國際社會也引起了巨大反響[6-8]。隨著我國經濟結構的轉型和全球經濟一體化發(fā)展，信息產業(yè)規(guī)模不斷擴大并深入滲透到各行各業(yè)，而且新經濟中不斷涌現(xiàn)出云計算、移動互聯(lián)網、物聯(lián)網、人工智能、大數(shù)據(jù)、電子商務等計算機類新興產業(yè)，這些領域都面臨著人才短缺的問題。同時，“互聯(lián)網+”時代對具有創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)能力的工程應用型特別是計算機科學與技術專業(yè)（computer science and technology）高級專門人才的需求與日俱增。傳統(tǒng)的教學方法側重于計算機科學與技術專業(yè)知識的掌握，而忽略了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)和對新技術的支撐，很容易造成課堂教學與市場需求脫節(jié)，創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)能力和新技術不能滿足新時代社會發(fā)展的要求，即使學生在課堂上掌握知識也很難應用于日后的工作中。因此，作為新工科中發(fā)展最為快速的計算機科學與技術專業(yè)的教學改革勢在必行。

文獻[9]針對高等學校工科專業(yè)計算機程序設計課程教學的現(xiàn)狀和存在的問題，依據(jù)新工科建設中工程專業(yè)對程序設計等信息技術的需求，探索了以計算思維為核心、以學科交叉融合案例研討為主的教學模式，提升了教學效果。文獻[10]針對當前傳統(tǒng)計算機專業(yè)的教學現(xiàn)狀，提出了新工科背景下傳統(tǒng)計算機專業(yè)轉型的策略，希望為我國的信息技術的發(fā)展提供人才保障。文獻[11]指出了目前影響計算機類專業(yè)人才培養(yǎng)的主要問題和基于新工科建設的基本思想，討論了計算機專業(yè)如何更新基本的教育理念，加強產學合作，按照新工科建設的要求進行改革，從多方面入手，實現(xiàn)增量優(yōu)化、存量調整和交叉融合。計算機科學與技術專業(yè)是國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)的相關專業(yè)，在各個專業(yè)的學科發(fā)展建設和改革創(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)中的基礎性地位，建設好計算機科學與技術專業(yè)對一個學校的發(fā)展變得非常重要，已經不再是專業(yè)本身的問題。要適應新的需要，必須大力推進計算機科學與技術專業(yè)全方位的建設與改革。

1 CSTBNE教學模式研究

1.1 研究方案

在新工科的影響下，要想培養(yǎng)出全面發(fā)展的符合社會需求的人才，就要對現(xiàn)有的教學模式進行改革創(chuàng)新，要研究課堂教學和實踐教學的模式。為此，本文提出基于新工科的計算機科學與技術專業(yè)（computer science and technology based on new engineering，CSTBNE）教學模式。

CSTBNE教學模式研究以蘭州理工大學計通學院2017級計算機科學與技術專業(yè)學生為研究對象，研究采用分析比較、總結抽象、總結提煉和融合抽象等方法。研究目標包括傳統(tǒng)專業(yè)學科布局的缺陷、新工科背景下合理專業(yè)學科布局、現(xiàn)有教學模式、教學模式改革、綜合素質內涵和綜合素質提升等。研究對象包括本校與其他學校專業(yè)學科布局、已有的文獻教學實踐、實踐教學校企合作、職業(yè)素養(yǎng)課程與教師的能力要求和教學實踐驗證等，如圖1所示。

1.2 專業(yè)學科布局

在新工科的背景下，要想培養(yǎng)出實用型的計算機科學與技術人才，就要對計算機科學與技術專業(yè)的學科布局進行適當?shù)恼{整，把“互聯(lián)網思維”作為計算機科學與技術專業(yè)新工科建設的核心，推動創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，學生需要在更廣泛的專業(yè)交叉和融合中學習。因此，探究基于新工科適合計算機科學與技術專業(yè)特色的學科布局是CSTBNE教學模式研究的關鍵研究內容，圖2所示是蘭州理工大學計通學院計算機科學與技術專業(yè)在CSTBNE教學模式下，第三學期到第七學期核心課程教學的布局情況。從中可以看出，除第一第二學期進行專業(yè)基礎課和公共必修課的教學外，從第三學期開始，每學期都開設具有新工科特色的課程“創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)”“第二課堂”和“通識類選修課”，第八學期組織學生進入與學院簽訂協(xié)議的實習基地實訓，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)實習實訓和畢業(yè)設計（論文）。

1.3 教學模式改革

CSTBNE教學模式主要包括教學目標設計、教學起點設計、教學內容設計、教學方法與教學媒體選用設計、教學評價設計、課堂教學結構設計、課內上機、實驗課與綜合實踐等，同時CSTBNE教學模式研究了能夠提高學生參與積極性的實訓和實踐的教學模式，一方面有效地激發(fā)了學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，另一方面提升了學生的獨立操作能力。為了能使學生更好地適應現(xiàn)代社會發(fā)展，了解社會發(fā)展的主要方向，以及人才需求的具體要求，CSTBNE教學模式也研究了校企合作的培養(yǎng)模式。依照計算機科學與技術人才培養(yǎng)的目標，結合課程教學計劃和大綱，探討了企業(yè)精英和學校共同為學生授課的培養(yǎng)模式，使學生從計算機開發(fā)技術方面實現(xiàn)學校到企業(yè)就業(yè)的零距離轉換。根據(jù)學生的特點，在實踐教學過程中引入前沿的技術和開發(fā)工具，讓學生掌握常規(guī)軟件開發(fā)技術的同時，接觸一些3D、物聯(lián)網、云計算、人工智能、網絡空間安全等前沿的IT熱點技術，培養(yǎng)了學生的技術研究能力和探求興趣。

圖1 CSTBNE教學模式研究方案

圖2 核心課程教學布局

1.4 學生綜合素質提升培養(yǎng)機制

CSTBNE教學模式需要實事求是，把握實踐與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、學與教、本土化與國際化的協(xié)調統(tǒng)一，需要在實踐中摸索，培養(yǎng)計算機科學與技術人才具有創(chuàng)新的思維稟賦、領導力和持續(xù)學習的能力，以及厚實的人文素養(yǎng)。除了開設計算機科學與技術的專業(yè)課程之外，還要開設計算機科學與技術專業(yè)職業(yè)素養(yǎng)的課程，我們針對計算機科學與技術專業(yè)開設了團隊合作讓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，實踐證明這些職業(yè)素養(yǎng)課程培養(yǎng)了學生的職業(yè)道德素質。另外，在培養(yǎng)學生職業(yè)素養(yǎng)的同時進行了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，依托學校的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學院，建立了系級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地，通過指導學生進行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的訓練，激發(fā)了學生各方面的自主學習能力。

2 CSTBNE教學模式改革的措施和建議

以新工科建設為契機，大力推進計算機科學與技術專業(yè)教學模式改革，建設好計算機科學與技術專業(yè)對一個學校的發(fā)展非常重要，甚至不再是計算機科學與技術專業(yè)本身的問題。要適應新工科發(fā)展的需要，必須大力推進計算機科學與技術專業(yè)教學模式全方位的建設與改革。

（1）需要分析調研計算機科學與技術專業(yè)的社會需求?？傮w上講，新工科建設要以教育培養(yǎng)滿足社會特定需求的人才為目標，要“問計算機產業(yè)需求建計算機專業(yè)”，要“問計算機技術發(fā)展改計算機教育教學內容”，要加大產學研合作的力度。一方面，我們定期派遣學生到知名IT企業(yè)實習，參與企業(yè)的項目研發(fā)；另一方面，定期舉行企業(yè)“培訓宣講周”活動，引進企業(yè)先進的研發(fā)技術和管理理念，進行產學研合作，培養(yǎng)滿足社會需求的計算機科學與技術人才。

（2）構建科學合理的人才培養(yǎng)方案。要有能挖掘出學生特長和體現(xiàn)學科優(yōu)勢的、適合于“問題子空間”的培養(yǎng)目標；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)道德素質為一體”的教學大綱；要有支持培養(yǎng)目標實現(xiàn)問題分析、工程知識、使用現(xiàn)代工具、研究、設計/開發(fā)解決方案、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展、工程與社會、個人和團隊、職業(yè)規(guī)范、項目管理、溝通和終身學習的專業(yè)畢業(yè)要求。對于每一門課程，我們按照以上12方面的培養(yǎng)目標制定了詳盡的教學大綱，取得了良好的教學效果。

（3）設置計算機科學與技術專業(yè)基本的師資隊伍需求和學科支撐的前置條件。要辦好計算機科學與技術專業(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)師資隊伍和支持師資隊伍發(fā)展提升的平臺，保證計算機科學與技術專業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，也能較好地引導學生發(fā)展。

（4）建設穩(wěn)步走向科學施教，徹底擺脫面向課程的教育，真正走向面向產出的教育機制。要將知識作為載體，向學生傳授解決計算機復雜工程問題的思想、方法和專業(yè)技能。

（5）建立產學合作，提升創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識和能力，進一步強化教育為產業(yè)發(fā)展培養(yǎng)人才的機制。除了“問產業(yè)需求建專業(yè)，構建工科專業(yè)新結構”外，更要積極推進產學合作育人，緊跟技術的發(fā)展，培養(yǎng)學生關注社會需求、積極引導探索，不斷提升學生的創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)意識和能力。

3 教學實踐分析

我們對2017級計算機科學與技術專業(yè)1、2班進行了教學實踐，其中1班58人采用原有教學方法教學（稱為非課改班），2班56人采用基于新工科的教學模式教學（稱為新工科課改班）。課程結束后，我們對兩個班的期末考試成績進行了對比，并問卷調查了同學們對基于新工科的教學模式的評價，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)計產品與服務解決方案）對問卷數(shù)據(jù)進行了分析，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）球形檢驗后得到顯著性概率值為0.001，達到顯著效果，表明數(shù)據(jù)樣本適宜作因素分析。

3.1 滿意度統(tǒng)計分析

滿意度調查數(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%的同學對新工科課改表示滿意，而非課改班僅有26.9%的同學對未課改教學表示滿意。很多新工科課改班的同學表示，基于新工科的教學模式教學能夠充分地利用教學時間進行有效地學習；而且能夠建立起同學、師生間的情感關系，通過不斷地交流互動教學，及時地評價反饋，能夠激發(fā)并保持對知識的追求欲望與動機。

3.2 期末考試成績對比分析

期末考試成績數(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模式對計算機科學與技術專業(yè)教學效果有顯著地促進作用，表明CSTBNE教學模式對計算機科學與技術專業(yè)的教學質量提升具有一定的效果。

圖3 CSTBNE教學模式教學效果滿意度對比

圖4 CSTBNE教學模式教學期末考試成績對比

4 結 語

在新工科建設背景下，只有進行CSTBNE教學模式改革，才能提高計算機科學與技術專業(yè)人才培養(yǎng)的水平、綜合能力和素質，使計算機科學與技術專業(yè)教育更好地服務國家新經濟發(fā)展的需要，迎接新工業(yè)革命的挑戰(zhàn)和新工科的建設與發(fā)展，使學生在國家經濟轉型升級中找到自己的職業(yè)理想，實現(xiàn)自己的人生價值。