新工科背景下跨學(xué)科實踐類課程探索

孫恒

摘? 要：當(dāng)前，“雙萬計劃”已將突出新工科的示范領(lǐng)跑作用作為核心任務(wù)之一。在各類高校鼓勵課程分類發(fā)展、特色發(fā)展之際，探索跨學(xué)科實踐課程的開設(shè)為跨領(lǐng)域復(fù)合型人才的培養(yǎng)提供基礎(chǔ)。區(qū)塊鏈技術(shù)及應(yīng)用正是順應(yīng)行業(yè)當(dāng)前發(fā)展新設(shè)的專業(yè)課程，涵蓋信息、經(jīng)濟(jì)、知識產(chǎn)權(quán)、網(wǎng)絡(luò)安全等學(xué)科，在課程設(shè)置和學(xué)生培養(yǎng)中占有重要地位。根據(jù)課程的特點，將理論教學(xué)與項目實踐有機結(jié)合，制訂符合專業(yè)現(xiàn)狀的教學(xué)優(yōu)化方案。項目型實踐教學(xué)以學(xué)生項目團(tuán)隊為單位，模擬實際企業(yè)中為特定客戶開發(fā)、運營區(qū)塊鏈系統(tǒng)的過程，在實戰(zhàn)中掌握和鞏固課程知識的方法。這種方法對本科生綜合素質(zhì)和能力的培養(yǎng)有積極的意義。通過合理地項目組織、規(guī)劃和實踐，順利地完成了教學(xué)實踐，取得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：新工科;跨學(xué)科課程;實踐類教育;區(qū)塊鏈;項目實施過程

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）04-0075-03

Abstract： At present， the "Double Ten Thousand Plan" has made it a core task to highlight the leading role of new engineering disciplines.With encouraging the classified and characteristic development of college courses， various universities are exploring the offering of interdisciplinary practical courses which provide the knowledge basis for inter-field talents. Blockchain technology is a new professional course with current industry development. It involves information， economy， intellectual property rights， network space security and other disciplines. This course plays an important role in course arrangement and undergraduate training. According to the characteristics of this course， the theory and practical teaching has been combined to formulate the teaching optimization program which conforms to the professional status. Project-based practical teaching method divides students into several project teams. This course simulates the processes of developing and operatingblockchain system for specific customers in real enterprises. This practical method has positive significance for the cultivation of undergraduate's comprehensive abilities. Through course organization， planning and practice， the teaching practice has been successfully completed and achieved positive effect.

Keywords： new engineering; interdisciplinary course; practical education; blockchain; project implementation process

區(qū)塊鏈技術(shù)及應(yīng)用課程是普通高等學(xué)校計算機科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)空間安全、法學(xué)、應(yīng)用經(jīng)濟(jì)學(xué)等眾多一級學(xué)科新設(shè)的跨專業(yè)選修課程。通過區(qū)塊鏈理論、開發(fā)工具、使用方法的講授，該課程讓本科生掌握數(shù)字資產(chǎn)、初步編程、密碼技術(shù)、分布式一致性等基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)其應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)，準(zhǔn)確分析各行業(yè)中存在的去中心化信任、公開透明、不可篡改、不可偽造以及跟蹤溯源等安全問題，并能設(shè)計和使用區(qū)塊鏈以實現(xiàn)各行業(yè)的數(shù)字資產(chǎn)配置。

然而，作為一種新型的底層架構(gòu)，區(qū)塊鏈系統(tǒng)包含了許多重要的技術(shù)成果，因此理解區(qū)塊鏈底層技術(shù)是掌握去中心化分布式系統(tǒng)的核心。當(dāng)前的眾多跨學(xué)科課程講授方式以理論教學(xué)為主。由于涉及跨學(xué)科知識，教師在基礎(chǔ)理論講授時往往集中于方法的傳授，以使跨專業(yè)的學(xué)生能掌握、理解。然而，離開了實踐教學(xué)，往往使學(xué)生不能充分理解復(fù)雜的技術(shù)結(jié)構(gòu)，缺乏應(yīng)用與實踐能力。對于區(qū)塊鏈技術(shù)及應(yīng)用課程來說，實踐能使學(xué)生快速掌握區(qū)塊鏈理論體系及其應(yīng)用場景。因此，在講授基礎(chǔ)理論、工具和方法的同時，更要注重對學(xué)生實際運用能力的培養(yǎng)，提升學(xué)生實踐能力。

針對這些問題，區(qū)塊鏈技術(shù)及應(yīng)用課程進(jìn)行相關(guān)的教學(xué)實踐改革是必要的。當(dāng)前，讓跨學(xué)科的學(xué)生在實踐中掌握課程內(nèi)容、方法和技能是一件極具挑戰(zhàn)性的工作。從區(qū)塊鏈行業(yè)對本學(xué)科應(yīng)屆生的反饋信息來看，智能合約（鏈碼）開發(fā)、鏈的改造、互聯(lián)網(wǎng)法院的建設(shè)、企業(yè)資產(chǎn)數(shù)字化以及系統(tǒng)性能優(yōu)化是實際企業(yè)和事業(yè)單位所需區(qū)塊鏈人才必須具備的重要技能。為此，需要探索新的教學(xué)方法，將課堂教學(xué)與企業(yè)化項目中實際的鏈改造、場景應(yīng)用開發(fā)和性能分析有機地聯(lián)系起來。

一、區(qū)塊鏈教學(xué)存在的問題

區(qū)塊鏈技術(shù)涉及密碼學(xué)、分布式存儲、點對點傳輸?shù)刃畔⒓夹g(shù)，以及經(jīng)濟(jì)學(xué)、知識產(chǎn)權(quán)、傳播學(xué)的多學(xué)科融合，這使得區(qū)塊鏈軟件項目本身是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。區(qū)塊鏈課程實踐性很強，同時課程涉及的內(nèi)容多、發(fā)展快，對教與學(xué)都是挑戰(zhàn)。

在實際教學(xué)中，本文發(fā)現(xiàn)存在以下諸多問題：

1. 缺少實踐、應(yīng)用。課程涉及的眾多學(xué)科包含了大量的教學(xué)內(nèi)容，許多知識點需要具備或掌握復(fù)雜的先修課程，但受限于教學(xué)課時，缺少讓學(xué)生對知識的運用和實踐的環(huán)節(jié)。理論教學(xué)以課堂問答、課后習(xí)題為主，學(xué)生只需要記憶相應(yīng)的理論知識，缺乏參與軟件系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)和運營的機會，理論與實踐脫節(jié)。

2. 技術(shù)體系復(fù)雜，難以理解。在現(xiàn)行教學(xué)中，教師多是以課本為主，缺乏與實際運用相關(guān)的實踐式教學(xué)。應(yīng)結(jié)合當(dāng)下司法存證、溯源等熱門場景應(yīng)用，將抽象的區(qū)塊鏈理論具體化。

3. 缺乏整體框架，忽略知識點之間的關(guān)系，不能成為一個完整的知識體系。學(xué)生無法將教授的密碼學(xué)、程序設(shè)計、內(nèi)存數(shù)據(jù)庫、共識機制以及點對點傳輸技術(shù)轉(zhuǎn)化為自己的知識，達(dá)不到授課目的。

4. 學(xué)科背景千差萬別?？鐚W(xué)科學(xué)生本科階段對知識的理解不同，先修課程的設(shè)置不同，導(dǎo)致學(xué)生理論基礎(chǔ)上的差異。應(yīng)設(shè)置不同難度梯度，對基礎(chǔ)不同的學(xué)生提供區(qū)塊鏈系統(tǒng)開發(fā)、應(yīng)用開發(fā)、平臺運營等不同的引導(dǎo)。

5. 軟件開發(fā)是一種智力勞動，生產(chǎn)中人力資本起決定性作用。早期的區(qū)塊鏈開發(fā)的個人單打獨斗的軟件開發(fā)方式導(dǎo)致項目開發(fā)與管理過程不規(guī)范。

6. 區(qū)塊鏈系統(tǒng)源代碼高度精煉，其閱讀與理解需要具有較為豐富的知識儲備，學(xué)生理解困難。

7. 軟件系統(tǒng)的實踐與開發(fā)主觀性太強，設(shè)計與實現(xiàn)結(jié)果以源代碼形式為主。除部分學(xué)生外，不少學(xué)生從互聯(lián)網(wǎng)抄襲源代碼，實踐效果難以得到保證。

針對這些問題，區(qū)塊鏈技術(shù)及應(yīng)用課程的教學(xué)更加要注重實踐，通過實踐操作使學(xué)生真正掌握相關(guān)內(nèi)容。

二、區(qū)塊鏈課程的教學(xué)實踐探索

（一）課程目標(biāo)

本課程的整體目標(biāo)是通過將實踐引入教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生對區(qū)塊鏈形成清晰的理解，對數(shù)字資產(chǎn)形成正確的認(rèn)識。在熟悉區(qū)塊鏈的具體技術(shù)細(xì)節(jié)的同時，掌握區(qū)塊鏈軟件系統(tǒng)開發(fā)的一般化方法，將軟件工程的規(guī)范化開發(fā)方法和加密技術(shù)融入?yún)^(qū)塊鏈智能合約的設(shè)計與開發(fā)，對實際軟件工程項目中出現(xiàn)的問題靈活應(yīng)對，為新業(yè)態(tài)、新模式數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做好技術(shù)準(zhǔn)備。在課程結(jié)束后，學(xué)生應(yīng)該具備的能力如表1所示。

（二）課程教學(xué)方式

在區(qū)塊鏈技術(shù)及應(yīng)用課程中，教師根據(jù)教學(xué)大綱要求，項目交由學(xué)生自己來開發(fā)和管理，但教師應(yīng)耐心、詳盡地解答學(xué)生提出的問題。本過程的教學(xué)難點在于教師指導(dǎo)學(xué)生如何依據(jù)需求完成鏈改或智能合約的開發(fā)，既使學(xué)生有足夠的自由度來充分完成創(chuàng)新性工作，又不至于范圍過大，以致不能按時完成實踐環(huán)節(jié)。

為此，課程給出學(xué)生在區(qū)塊鏈項目實施過程中必須完成的10項工作：

1. 角色選擇

為了模擬實際的企業(yè)環(huán)境，除了區(qū)塊鏈開發(fā)項目團(tuán)隊的CEO由教師來擔(dān)任，其他重要的角色均由學(xué)生負(fù)責(zé)。該工作能使學(xué)生掌握表1中A技能。

2. 召開項目會議

區(qū)塊鏈開發(fā)項目組安排定期的會議，以完成項目組成員間的協(xié)調(diào)和溝通工作。每日例會的與會人員包括所有成員和CEO，并要求撰寫會議紀(jì)要。該工作能使學(xué)生掌握B、C、D技能。

3. 需求捕獲

應(yīng)用場景的需求需要團(tuán)隊自己收集。因此，開發(fā)團(tuán)隊在掌握區(qū)塊鏈開發(fā)工具的基礎(chǔ)上，需要安排時間與客戶見面來獲取需求。客戶是由本團(tuán)隊的學(xué)生擔(dān)任，而且客戶的數(shù)量可能會多于1名。這樣，需求捕獲的難度將隨之增加，并且項目經(jīng)理需要針對不同客戶提出的需求進(jìn)行優(yōu)先級排序。該工作能使學(xué)生掌握B、C、D技能。

4. 可行性研究

可行性研究以業(yè)務(wù)案例作為交付件，該文檔提供了確定項目能否被立項的主要依據(jù)。為此，學(xué)生應(yīng)通過可行性研究來分析項目優(yōu)先級，以便在經(jīng)費和進(jìn)度均受限時，說服項目發(fā)起人，投資自己的項目。該工作能使學(xué)生掌握B、C、D技能。

5. 系統(tǒng)構(gòu)建

在業(yè)務(wù)案例評審結(jié)束后，學(xué)生被要求采用迭代化方法來進(jìn)行區(qū)塊鏈開發(fā)。在系統(tǒng)的設(shè)計形成階段、開發(fā)階段、測試階段和收尾階段均需完成迭代化的啟動、規(guī)劃、實施、監(jiān)控和收尾過程。迭代化方法能夠讓學(xué)生逐步掌握控制項目實施和獲取客戶反饋的技能。該工作能使學(xué)生掌握B、C、D技能。

6. 進(jìn)度報告

在區(qū)塊鏈項目全生命周期中，所有的學(xué)生需要對其在項目中所承擔(dān)的各項里程碑和交付件提交進(jìn)度報告。該文檔須反映出原規(guī)劃時間以及實際的進(jìn)度偏差，以此作為項目整體監(jiān)控的依據(jù)之一。進(jìn)度報告的制訂能讓學(xué)生在進(jìn)度資源受限的情況下，學(xué)習(xí)如何控制項目范圍以規(guī)避風(fēng)險。該工作能使學(xué)生掌握B技能。

7. 組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變

學(xué)生團(tuán)隊在組建的初期，通常會采用傳統(tǒng)的組織架構(gòu)，即假定成員來自不同的職能部門，例如項目管理辦公室、研發(fā)部、財務(wù)部等。此時，教師應(yīng)鼓勵團(tuán)隊采用混合架構(gòu)，該工作有助于學(xué)生了解不同的組織架構(gòu)，并能使學(xué)生掌握A技能。

8. 過程改進(jìn)

每次評審會議要著重讓學(xué)生討論工作完成情況，解決“哪些工作完成的不錯？”“存在哪些不足？”“在下次的過程迭代中如何改進(jìn)？”等問題。該工作能使學(xué)生掌握C技能。

9. 現(xiàn)場陳述

在項目收尾前，教師要求學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場陳述，以鍛煉其向客戶自信地展示區(qū)塊鏈系統(tǒng)的能力。該工作能使學(xué)生掌握B、C技能。

10. 組織資產(chǎn)管理

在項目收尾后，學(xué)生應(yīng)提交項目總結(jié)報告，以歸檔和分析項目經(jīng)驗、教訓(xùn)。本工作能有力地提升團(tuán)隊和個人的開發(fā)能力，并實現(xiàn)過程改進(jìn)。該工作能使學(xué)生掌握D技能。

課程考核則基于學(xué)生對區(qū)塊鏈開發(fā)技能的掌握來進(jìn)行。成績評定分為開發(fā)過程成績評定和交付件成績評定。對于過程評定，教師應(yīng)關(guān)注學(xué)生是否具備發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。這一評定應(yīng)在教師參與項目組的評審會議時完成。除此之外，過程評定的另一依據(jù)是學(xué)生提交的進(jìn)度報告。該文檔可反映出學(xué)生的工作情況，以及對進(jìn)度績效的控制能力。交付件評定不但關(guān)注實際交付區(qū)塊鏈系統(tǒng)的質(zhì)量和功能，而且需要評定學(xué)生所提交開發(fā)文檔的清晰性和正確性。

三、區(qū)塊鏈教學(xué)的效果分析

區(qū)塊鏈技術(shù)及應(yīng)用課程為2個學(xué)分，持續(xù)16周。在2019年春季的學(xué)生人數(shù)為43人，被分成7個項目團(tuán)隊。每個團(tuán)隊包括項目經(jīng)理、開發(fā)人員、產(chǎn)品銷售人員、財務(wù)人員、質(zhì)量保證人員、客戶等角色。每個學(xué)生被要求在課外每周至少花費4個小時完成軟件項目工作。這樣，學(xué)生實際投入課程的學(xué)習(xí)時間達(dá)96個小時。從學(xué)生性別來看，學(xué)習(xí)該課程的學(xué)生中，男生占79%、女生占21%;從學(xué)生專業(yè)來看，計算機類專業(yè)學(xué)生占40%、網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)學(xué)生占27%、經(jīng)管類專業(yè)學(xué)生占21%、知識產(chǎn)權(quán)類專業(yè)學(xué)生占9%、其他專業(yè)學(xué)生占3%;從生源地來看，內(nèi)地學(xué)生占67%、外招（含港澳臺）學(xué)生占33%。

本課程的理論教學(xué)與軟件實踐同步進(jìn)行。軟件項目的實踐包括司法存證、信息共享、鏈改、供應(yīng)鏈金融、資產(chǎn)數(shù)字化、物流鏈、版權(quán)保護(hù)，具體選題由各團(tuán)隊的項目經(jīng)理抽簽決定。開發(fā)人員負(fù)責(zé)完成本項目的設(shè)計、實現(xiàn)與部屬等工作。項目開發(fā)過程中涉及的具體工具和開發(fā)平臺則由各團(tuán)隊自行確定。

從教學(xué)效果來看，實踐教學(xué)有效地加深了學(xué)生對課程理論知識的掌握，并讓學(xué)生體會到了團(tuán)隊協(xié)作在項目實施過程中的重要性。通過近80小時的項目鍛煉，學(xué)生的開發(fā)能力有了顯著地提高，創(chuàng)新能力和學(xué)習(xí)的主動性也得到了增強。

四、結(jié)束語

實踐教學(xué)方法有利于培養(yǎng)高質(zhì)量的復(fù)合型人才。對本課程學(xué)生進(jìn)行調(diào)查，有93%的學(xué)生對該教學(xué)方法持肯定態(tài)度。實踐教學(xué)方法有效地解決了區(qū)塊鏈教學(xué)與工程實踐脫節(jié)的問題，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和項目開發(fā)能力，鍛煉了學(xué)生的溝通、團(tuán)隊協(xié)作和表達(dá)能力。在今后的教學(xué)過程中，為進(jìn)一步提高項目實施效果以及充分考慮各團(tuán)隊間的差異，可嘗試讓學(xué)生自行提出場景選題。

參考文獻(xiàn)：

[1]李玉倩，蔡瑞林，陳萬明.面向新工科的集成化產(chǎn)教融合平臺構(gòu)建——基于不完全契約的視角[J].中國高教研究，2018（3）：38-43.

[2]宮法明，李克文，崔學(xué)榮，等.新工科背景下IT類專業(yè)人才培養(yǎng)與教育改革[J].高教學(xué)刊，2018（15）：163-165.

[3]何敏.實踐類雙語課程教學(xué)改革探索——以《國際商務(wù)談判》課程為例[J].高教學(xué)刊，2015（14）：85-87.

[4]王曉明.基于學(xué)生自主和協(xié)作學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)模式探索與實踐[J].高教學(xué)刊，2015（22）：229-230.

[5]楊天奇.研究生課程的“任務(wù)驅(qū)動式”教學(xué)方法探索[J].暨南高教研究，2012（1）.

[6]Marques Maira. Enhancing the Student Learning Experience in Software Engineering Project Courses. IEEE Transactions on Education，2018，61（1）： 63-73.

[7]陸國棟，李拓宇.新工科建設(shè)與發(fā)展的路徑思考[J].高等工程教育研究，2017（3）：20-26.

[8]陳亞玲.論跨學(xué)科能力培養(yǎng)與我國工程實踐教育改革：以南京理工大學(xué)為例[J].高教探索，2015（10）：73-76.