基于“三能導(dǎo)向”的計(jì)算機(jī)類課程教學(xué)模式改革探索與實(shí)踐

謝丹艷，任向民

（泰州學(xué)院 信息工程學(xué)院，江蘇 泰州 225300）

0 引言

教育部在“復(fù)旦共識(shí)”［1］“天大行動(dòng)”［2］“北京指南”［3］等一系列會(huì)議的基礎(chǔ)上形成了《新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目指南》［4］，提出新工科建設(shè)指導(dǎo)意見，進(jìn)一步推動(dòng)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(shí)期國家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略背景下，地方高校的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)如何培養(yǎng)符合社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求的能夠解決復(fù)雜工程問題的應(yīng)用型人才是必須要解決的問題，其中教學(xué)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(jì)算機(jī)類課程，目前眾多本科高校對(duì)課程模式改革進(jìn)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(jì)算機(jī)類專業(yè)如何更新基本的教育理念，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)合作，從多方面入手實(shí)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(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)模式，從學(xué)科布局、學(xué)生綜合素質(zhì)培養(yǎng)等方面進(jìn)行了闡述；黃玉坤等［8］提出項(xiàng)目沉浸與競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)科學(xué)專業(yè)課程混合式教學(xué)模式；張策等［9］提出嵌入式系統(tǒng)貫通式教學(xué)模式，將課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)緊密結(jié)合，采用線上—線下混合式教學(xué)模式，將線上自主學(xué)習(xí)與以翻轉(zhuǎn)課堂為主的互動(dòng)式教學(xué)相融合，幫助學(xué)生建立系統(tǒng)計(jì)算思維，培養(yǎng)解決復(fù)雜計(jì)算機(jī)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(rèn)證的通用標(biāo)準(zhǔn)，緊扣“以產(chǎn)出為導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、持續(xù)改進(jìn)”的思路，以提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和工程實(shí)踐能力為目標(biāo)，建立適合地方高校的計(jì)算機(jī)類課程實(shí)踐教學(xué)改革方案；王志英等［11］通過分析計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)，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(xué)院計(jì)算機(jī)專業(yè)課程存在教學(xué)資源單一，課外教學(xué)資源缺失；教學(xué)模式單一，學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)新性不足；學(xué)生評(píng)價(jià)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力、計(jì)算思維能力以及創(chuàng)新創(chuàng)造能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的計(jì)算機(jī)類課程模式，該模式有以下特點(diǎn)：①理實(shí)一體、混合教學(xué)、多元評(píng)價(jià)。依托立體化教學(xué)資源，在理論知識(shí)學(xué)習(xí)中采用線上線下混合式教學(xué)方法提升學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生遇到困難自主查閱資料的能力；在實(shí)踐能力培養(yǎng)中采用理實(shí)一體化課堂與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，突破課堂界限，突破知識(shí)點(diǎn)理實(shí)劃分，有機(jī)融合，從而做到學(xué)習(xí)環(huán)境和與學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的全面貫通。通過混合式教學(xué)評(píng)價(jià)和項(xiàng)目制學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)實(shí)現(xiàn)課程的基礎(chǔ)目標(biāo)，通過多能考核要求實(shí)現(xiàn)課程的高階挑戰(zhàn)目標(biāo)，建立多元化評(píng)價(jià)體系；②軟硬融合、創(chuàng)新創(chuàng)造、三能導(dǎo)向。培養(yǎng)學(xué)生軟件編程思維和硬件設(shè)計(jì)能力，增加創(chuàng)新項(xiàng)目訓(xùn)練環(huán)節(jié)，采用項(xiàng)目制學(xué)習(xí)法，以小組為單位，在成員配置中綜合考慮學(xué)生的特長，確保團(tuán)隊(duì)成員個(gè)性多樣化，采用項(xiàng)目促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)，培養(yǎng)其實(shí)踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新思維。注重創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化，在開放實(shí)驗(yàn)室中延續(xù)項(xiàng)目作品，鼓勵(lì)申報(bào)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(xué)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力、計(jì)算思維能力和創(chuàng)新創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。

2 “三能導(dǎo)向”教學(xué)模式改革

從課程內(nèi)容重塑出發(fā)，建立融合理論知識(shí)學(xué)習(xí)、實(shí)踐能力訓(xùn)練和創(chuàng)思能力培養(yǎng)三大板塊的立體化教學(xué)資源，具體路徑為理實(shí)一體化教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、立體化教學(xué)資源建設(shè)、混合式教學(xué)模式改革、多元化學(xué)生評(píng)價(jià)體系建設(shè)。經(jīng)過6年的探索，以“三能導(dǎo)向”為目標(biāo)，在課程教學(xué)模式改革中逐漸形成了具體可實(shí)施的一系列辦法。

2.1 理實(shí)一體化教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

調(diào)整課程教學(xué)內(nèi)容，采用理實(shí)一體化課堂和項(xiàng)目制學(xué)習(xí)方法，在課程思政引領(lǐng)下，注重計(jì)算思維能力、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力和創(chuàng)新創(chuàng)造能力培養(yǎng)，同時(shí)重視軟硬件能力的融合應(yīng)用，解決課堂知識(shí)難以與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的問題。根據(jù)新工科建設(shè)指導(dǎo)意見，重視基礎(chǔ)、突出應(yīng)用，以計(jì)算機(jī)組成原理課程為例重塑教學(xué)內(nèi)容，具體如表1所示。強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)理論板塊的知識(shí)體系為實(shí)踐技能培養(yǎng)要求服務(wù)，使理論與實(shí)踐緊密結(jié)合；創(chuàng)新設(shè)計(jì)板塊的內(nèi)容充分體現(xiàn)與時(shí)俱進(jìn)和服務(wù)社會(huì)的要求，能夠在理論知識(shí)和實(shí)踐應(yīng)用的基礎(chǔ)上進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)和實(shí)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(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)內(nèi)容重塑

采用理實(shí)一體化教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力，具體設(shè)計(jì)如表2所示。利用項(xiàng)目制教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，大幅度提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力。通過不斷強(qiáng)化思政元素與專業(yè)課知識(shí)的緊密結(jié)合，從計(jì)算機(jī)發(fā)展的前沿科技、瓶頸技術(shù)強(qiáng)化學(xué)生的理想信念、拓展學(xué)生國際視野、激發(fā)家國情懷，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶I(yè)態(tài)度和較強(qiáng)的社會(huì)責(zé)任感。

Table 2 Teaching content design of the integration of theory and experiment with "three-ability orientation"表2 “三能導(dǎo)向”的理實(shí)一體化教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

2.2 立體化教學(xué)資源建設(shè)

為滿足符合新工科教學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，通過自建、引進(jìn)、共享3種方式匯聚混合式線上線下理論教學(xué)資源和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐資源，顯著提升教學(xué)資源規(guī)模和數(shù)量，解決課程教學(xué)資源單一、課外教學(xué)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(jìn)智慧樹、超星爾雅、愛課程（中國大學(xué)慕課）等教學(xué)平臺(tái)中的優(yōu)質(zhì)課程30余門；通過希冀實(shí)驗(yàn)平臺(tái)共享10余門課程的課程資源，打破學(xué)院之間以及學(xué)校之間的課程資源壁壘；引入計(jì)算機(jī)類課程仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、CG實(shí)驗(yàn)、Python123等軟件編程練習(xí)平臺(tái)；建設(shè)了四大實(shí)體教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，包括軟件工程與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、網(wǎng)絡(luò)感知與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室、大數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室以及大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，下設(shè)共19個(gè)子實(shí)驗(yàn)室，全面滿足學(xué)生計(jì)算機(jī)類課程的實(shí)驗(yàn)要求?！叭軐?dǎo)向”的立體化教學(xué)資源建設(shè)如表3所示。

2.3 混合式教學(xué)模式改革

推行線上線下一體的混合式教學(xué)模式，通過課前、課中、課后教學(xué)組織顯著提升學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)新性，解決教學(xué)方法枯燥、教學(xué)模式單一的問題。針對(duì)學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)、課堂知識(shí)難以與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合、缺乏學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力的問題，采用混合式教學(xué)模式提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，圍繞三能培養(yǎng)導(dǎo)向在教學(xué)形式和學(xué)生參與程度等方面作出調(diào)整。通過加強(qiáng)師生互動(dòng)，通過翻轉(zhuǎn)課堂等手段引導(dǎo)學(xué)生參與課堂，完成以教為主向以學(xué)為主、課堂教學(xué)為主向課內(nèi)外結(jié)合的教學(xué)轉(zhuǎn)變。在創(chuàng)新項(xiàng)目環(huán)節(jié)，借助開源硬件，通過頭腦風(fēng)暴產(chǎn)生金點(diǎn)子，通過項(xiàng)目制方法［12］實(shí)施教學(xué)。由于各組項(xiàng)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(xué)生自行查閱資料等方法完成相關(guān)軟硬件設(shè)計(jì)，課中以實(shí)踐操作和項(xiàng)目展示、討論為主，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)創(chuàng)意進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化，進(jìn)一步鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)以致用，通過參加雙創(chuàng)、撰寫論文、申請(qǐng)專利、軟件著作權(quán)等進(jìn)一步提升實(shí)踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)造力。“三能導(dǎo)向”的混合式教學(xué)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(dǎo)向”的混合式教學(xué)模式改革

2.4 多元化評(píng)價(jià)體系改革

采用線上線下混合式評(píng)價(jià)、項(xiàng)目制學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)以及軟硬件融合能力評(píng)價(jià)體系實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)的過程性、發(fā)展性評(píng)價(jià)，顯著提升學(xué)生成績和能力評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性，解決以往課程評(píng)價(jià)機(jī)制單一、學(xué)生應(yīng)用能力關(guān)注不足的問題。這里的評(píng)價(jià)主要指對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)，充分利用信息化手段，有機(jī)結(jié)合混合式學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)中的線上學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)、線下課堂表現(xiàn)評(píng)價(jià)，項(xiàng)目制學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)中的團(tuán)隊(duì)和個(gè)人評(píng)價(jià)、創(chuàng)新項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)踐評(píng)價(jià)。“三能導(dǎo)向”的多元化評(píng)價(jià)體系改革體系的基礎(chǔ)評(píng)價(jià)如表5所示，高階評(píng)價(jià)如表6所示。

Table 5 Diversified evaluation system with "three-ability orientation"——basic evaluation表5 “三能導(dǎo)向”的多元化評(píng)價(jià)體系之基礎(chǔ)評(píng)價(jià)

Table 6 Diversified evaluation system with "three-ability orientation"——high order evaluation表6 “三能導(dǎo)向”的多元化評(píng)價(jià)之高階評(píng)價(jià)

以計(jì)算思維能力和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力的培養(yǎng)為導(dǎo)向進(jìn)行軟件編程思維培養(yǎng)和硬件設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，增加創(chuàng)新項(xiàng)目訓(xùn)練環(huán)節(jié)，采用項(xiàng)目制學(xué)習(xí)法，以小組為單位，在成員配置中綜合考慮學(xué)生的特長，確保團(tuán)隊(duì)成員個(gè)性多樣化，用項(xiàng)目促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新思維，增強(qiáng)學(xué)生的獲得感和成就感。注重創(chuàng)新成果的轉(zhuǎn)化，在開放實(shí)驗(yàn)室中延續(xù)項(xiàng)目作品，鼓勵(lì)申報(bào)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(xué)。

3 教學(xué)改革成效

以江蘇省計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、“互聯(lián)網(wǎng)+智慧泰州”實(shí)踐平臺(tái)、“泰州學(xué)院—騰翔信息”聯(lián)合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室為依托，以“雙師雙能型”實(shí)踐教學(xué)團(tuán)隊(duì)為支撐進(jìn)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(jì)算機(jī)類課程群，課程群中3門課程被評(píng)為省級(jí)一流本科課程線上課程，1門課程被評(píng)為省級(jí)一流本科課程混合課程，1門課程被推薦至國家級(jí)一流本科課程評(píng)選。課程群中有2門課程被評(píng)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(xué)校微課教學(xué)比賽中獲獎(jiǎng)，1本課程教材被評(píng)為省高校重點(diǎn)建設(shè)教材。團(tuán)隊(duì)目前承擔(dān)8項(xiàng)教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目，1項(xiàng)江蘇省教育教改研究項(xiàng)目，1項(xiàng)泰州學(xué)院教育教學(xué)改革重中之重研究項(xiàng)目，隨著這些項(xiàng)目的進(jìn)一步研究，課程建設(shè)成果將進(jìn)一步豐富。

3.2 豐富的學(xué)生競(jìng)賽獎(jiǎng)項(xiàng)

近5年共完成國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目12項(xiàng)，省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目40余項(xiàng)；學(xué)生在“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、中國大學(xué)生服務(wù)外包創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、“藍(lán)橋杯”軟件與信息技術(shù)大賽等競(jìng)賽中獲國家級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)3項(xiàng)、省級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)3項(xiàng)；學(xué)生申請(qǐng)并獲授權(quán)專利20件、申請(qǐng)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(shí)、實(shí)踐能力強(qiáng)、具有創(chuàng)新精神的高素質(zhì)應(yīng)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(xué)院大量學(xué)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(xùn)生、技術(shù)崗位貢獻(xiàn)著自己的智慧和力量，為服務(wù)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(dá)95%。

4 結(jié)語

針對(duì)新工科建設(shè)指導(dǎo)意見和教學(xué)改革中需要解決的實(shí)際問題，本文提出基于“三能導(dǎo)向”的教學(xué)模式改革，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力、計(jì)算思維能力和創(chuàng)新創(chuàng)造能力的培養(yǎng)?？傮w來說，課程改革使學(xué)生從學(xué)習(xí)中獲得了成就感，激發(fā)了科技報(bào)國的使命擔(dān)當(dāng)，引導(dǎo)其正確應(yīng)用專業(yè)知識(shí)和技能服務(wù)于國家。目前課程改革尚存在不足，需要根據(jù)計(jì)算機(jī)硬件的不斷發(fā)展及時(shí)增加新的教學(xué)板塊，例如智能硬件方面以及軟硬件結(jié)合的人工智能應(yīng)用的內(nèi)容，再如隨著國際化的進(jìn)展開展雙語教學(xué)等，同時(shí)需要不斷更新線上資源，進(jìn)一步強(qiáng)化課程對(duì)學(xué)生“雙創(chuàng)”能力培養(yǎng)的支撐作用。