新工科背景下跨學(xué)科跨專業(yè)一流選修課程建設(shè)研究

曹海英 元 元

河套學(xué)院數(shù)學(xué)與計算機系，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000

一、課程建設(shè)背景

建設(shè)新工科的主要動因就是新一輪產(chǎn)業(yè)革命的出現(xiàn)，現(xiàn)階段全球進入第四次工業(yè)革命，包含我國在內(nèi)的很多國家紛紛提出戰(zhàn)略計劃，從世界工業(yè)革命發(fā)展進程來看，每一次工業(yè)革命都會引起社會對人才質(zhì)量、結(jié)構(gòu)要求的變化，從而引起工程教育人才培養(yǎng)方案、理念的變革［1］。

國外對工科人才的培養(yǎng)研究成果較豐富，主要集中在兩個方面：一是工科人才具備的核心能力素養(yǎng)，代表人物有美國學(xué)者Ernst 和Lars。MIT 也提出了新工科人才應(yīng)具備的包含有創(chuàng)造性思維、計算性思維等12 種思維能力。二是在人才培養(yǎng)模式上，美國麥克萊蘭教授提出能力導(dǎo)向教育；美國工程教育模式研究采用成果導(dǎo)向教育模式；加拿大滑鐵盧大學(xué)研究采用合作教育人才培養(yǎng)模式等。我國專家和學(xué)者的研究主要圍繞著新工科背景，從工程教育理念、學(xué)科專業(yè)結(jié)構(gòu)、人才培養(yǎng)模式、教育教學(xué)質(zhì)量等對工程教育展開探索研究和實踐［2］。如楊宗仁等提出新工科教育理念培養(yǎng)的是工程實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備學(xué)科交叉知識的高素質(zhì)復(fù)合型人才［3］。葉青等針對專業(yè)結(jié)構(gòu)，提出了專業(yè)集群建設(shè)，面向產(chǎn)業(yè)需求，適時調(diào)整專業(yè)結(jié)構(gòu)，堅持特色引領(lǐng)，打造專業(yè)集群。人才培養(yǎng)模式上學(xué)者研究的較多，孟祥斌、王國胤等提出了創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)模式；李麗娟、龐嵐等提出多學(xué)科交叉融合人才的培養(yǎng)模式；姚佼、唐娜等按照各個專業(yè)細化人才培養(yǎng)模式。對于提升人才培養(yǎng)質(zhì)量的研究，大多聚焦于課程，其主要集中在課程的設(shè)置，以及課程與課程之間的融合上，如吳賀俊提出在專業(yè)建設(shè)中應(yīng)該將新科目和基礎(chǔ)科目有機融合。

目前，國內(nèi)外學(xué)者對新工科教育的研究都非常重視，在新工科人才培養(yǎng)上都認可，以跨學(xué)科、跨專業(yè)交叉培養(yǎng)新工科人才。通過學(xué)科專業(yè)交叉融合培養(yǎng)人才的方式，可以讓學(xué)生習(xí)得一種跨學(xué)科跨專業(yè)的視角，用創(chuàng)新性的方法來分析問題和解決問題，有利于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。未來的人才應(yīng)具有“學(xué)科專業(yè)交叉融合”的特征，而這一特征正是我國現(xiàn)在高校學(xué)生普遍缺乏的。耶魯大學(xué)校長理查德·萊文曾指出：與美國學(xué)生相比，中國學(xué)生普遍缺乏跨學(xué)科的廣度和創(chuàng)造性思維。中國學(xué)生進入大學(xué)之后，沒有積極學(xué)習(xí)本專業(yè)之外的內(nèi)容。他認為中國需要創(chuàng)設(shè)跨專業(yè)選修課程，讓學(xué)生能接觸多種學(xué)科知識。

目前我國大多數(shù)高校都認識到跨學(xué)科跨專業(yè)課程開設(shè)的重要性，在人才培養(yǎng)方案里面規(guī)定了學(xué)生必須選修夠一定的課程學(xué)分。雖然都在選學(xué)課程，但是這些課程大都沒有實現(xiàn)對學(xué)生跨專業(yè)、多學(xué)科融合的交叉教育培養(yǎng)。其主要體現(xiàn)在：開設(shè)為跨專業(yè)選修課程之后，部分教師沒有考慮到選課的學(xué)生來自全校不同的專業(yè)，選修知識情況不一，未對教學(xué)內(nèi)容進行調(diào)整優(yōu)化，選修課程的專業(yè)性太強，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，不能主動學(xué)習(xí)，沒能達成培養(yǎng)目標；課程建設(shè)質(zhì)量不高，優(yōu)質(zhì)的教學(xué)、實驗資源未能得到共享，大多數(shù)的學(xué)院、部系都重視專業(yè)課程的教學(xué)，把優(yōu)質(zhì)的教學(xué)、實驗資源都放在專業(yè)課程上，對跨學(xué)科跨專業(yè)選修課程不重視、不建設(shè)。

“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”構(gòu)成了新工科建設(shè)的“三部曲”，從中可以認識到提高學(xué)生跨學(xué)科教育質(zhì)量，培養(yǎng)具有多學(xué)科背景、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的高層次復(fù)合型技術(shù)人才，已逐步成為工科教育改革發(fā)展的主要方向。提高學(xué)生跨學(xué)科教育質(zhì)量，實現(xiàn)學(xué)科專業(yè)交叉融合的人才培養(yǎng)，最終的落腳點必定為課程，課程是人才培養(yǎng)的主要載體，關(guān)系到人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)和專業(yè)培養(yǎng)標準的落實。而目前培養(yǎng)“具備學(xué)科、專業(yè)交叉融合”特征人才最主要、直接的課程是跨學(xué)科跨專業(yè)選修課程，新工科背景下建設(shè)一流、高質(zhì)量的跨學(xué)科跨專業(yè)選修課程迫在眉睫。

二、課程建設(shè)內(nèi)容

在新工科背景下建設(shè)跨學(xué)科跨專業(yè)一流選修課程?？鐚I(yè)課程學(xué)時緊張，學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)不同，能力不同，要較好習(xí)得跨專業(yè)課程知識，單純一刀切的面授難以滿足教學(xué)需求，可考慮進行分層次的線上線下混合式一流選修課程建設(shè)。

分層次將教學(xué)內(nèi)容分層為基礎(chǔ)知識和高階知識，圍繞內(nèi)容展開的實踐教學(xué)分層為基礎(chǔ)實踐、專業(yè)實踐和創(chuàng)新實踐。教學(xué)時分層、漸進地提升知識的難度和深度，讓所有的學(xué)生都能夯實基礎(chǔ)，在跨學(xué)科、專業(yè)知識基礎(chǔ)上以新的思維方式，力求能夠從不同的角度利用新的知識、方法等創(chuàng)新性地解決問題。

Python 程序設(shè)計語言被廣泛用于數(shù)據(jù)處理、科學(xué)計算、機器學(xué)習(xí)、可視化、圖像處理、人工智能等領(lǐng)域，為多學(xué)科融合提供了基礎(chǔ)，本文以《Python 程序設(shè)計》課程為例進行課程建設(shè)，在進行課程建設(shè)時可從以下方面著手：

（一）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，將內(nèi)容分層。深入挖掘課程，注重與其他不同領(lǐng)域知識、技術(shù)的交叉融合，凝練知識點，形成基礎(chǔ)知識和高階知識。將教學(xué)內(nèi)容分層，由易到難，分層次可以兼顧學(xué)生的基礎(chǔ)和能力，以學(xué)生為中心，讓不同層次的學(xué)生都能夠獲得成就感、收獲感，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的欲望，都能有興趣忙起來，動起來，參與到教學(xué)中。

（二）對分層內(nèi)容，進行教學(xué)設(shè)計。針對基礎(chǔ)知識點，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計，對于基礎(chǔ)知識可以考慮設(shè)計線上教學(xué)資源［4］。對線下實體課堂進行高階知識的教學(xué)優(yōu)化設(shè)計。設(shè)計時結(jié)合學(xué)生線上學(xué)習(xí)問題，針對需要掌握的高階知識，基于問題、任務(wù)解構(gòu)新知識；通過提問、討論、任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，在拓展基礎(chǔ)知識點的難度、深度和廣度基礎(chǔ)上，形成高階知識；注重整合不同學(xué)科視角用來分析解決具體問題，讓學(xué)生加深對知識的聯(lián)系、運用，提高其創(chuàng)新性分析問題解決問題的能力。

（三）設(shè)計基礎(chǔ)實踐、專業(yè)實踐和創(chuàng)新實踐項目。為了提高學(xué)生的實踐應(yīng)用與創(chuàng)新能力，使其以新的學(xué)科、專業(yè)視野考慮、解決問題，在實踐教學(xué)中設(shè)計形成與其學(xué)科、專業(yè)知識交叉融合的實踐內(nèi)容，將實踐內(nèi)容分為：基礎(chǔ)實踐、專業(yè)實踐和創(chuàng)新實踐?；A(chǔ)實踐為驗證性、專業(yè)實踐為設(shè)計性、創(chuàng)新實踐為最具挑戰(zhàn)性的跨專業(yè)跨學(xué)科綜合性實踐。設(shè)計實踐項目時可思考項目的延續(xù)性與知識的遞進性，力求讓項目在實際應(yīng)用基礎(chǔ)上，具備連貫性。確定一個項目實現(xiàn)的功能為主線、貫穿多次實踐過程。教師能夠啟發(fā)、引領(lǐng)學(xué)生循序漸進地思考并利用難度不斷加深的知識技能完善項目功能。通過遞進加深項目難度可實現(xiàn)編程解決實際問題的技能水平的逐步遞進提升。這樣進行實踐教學(xué)，在訓(xùn)練技能的同時，循序漸進地培養(yǎng)學(xué)生的分析問題、解決問題的能力，有利于學(xué)生形成選用最優(yōu)方案解決問題的良好素養(yǎng)。實踐教學(xué)中，可以嘗試組建跨專業(yè)實驗小組，創(chuàng)新實踐項目由不同專業(yè)的學(xué)生組成的團隊共同完成，力求形成多專業(yè)融合、跨專業(yè)互動、全程實驗項目驅(qū)動的全新實踐模式。既可以將知識、技能、素質(zhì)進行提升拓展，又可以充分共享、利用高校的實驗室資源。

（四）挖掘課程內(nèi)容的德育元素，研究實現(xiàn)課程育人。從課程所涉及的專業(yè)行業(yè)、家國情懷、傳統(tǒng)文化等角度，充分挖掘和運用學(xué)科、專業(yè)、課程內(nèi)蘊含的德育內(nèi)容、元素，通過隱性教育與顯性教育相結(jié)合的方式，實現(xiàn)課程育人［5］。做好教學(xué)環(huán)節(jié)上課程思政的融合，力求激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)動力，實現(xiàn)課程的育人功能，培養(yǎng)理想信念堅定、愛國主義情懷深厚、奮斗精神不懈、德智體美勞全面發(fā)展的社會主義事業(yè)的建設(shè)者和接班人。

（五）嘗試構(gòu)建以自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)為主、以視頻資源學(xué)習(xí)為核心的線上線下混合式教學(xué)模式，確定教學(xué)的流程以及線上線下任務(wù)。

（六）結(jié)合線上考核和線下考核自身的優(yōu)勢和特點，研究制定符合課程考核方案。線上考核注重知識的掌握檢驗，可以精確地實現(xiàn)客觀評價，線下考核注重知識的應(yīng)用檢驗，提升知識應(yīng)用評價的比重。同時注重過程性考核，讓考核評價機制能夠促進學(xué)生日常學(xué)習(xí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)課程知識的積極性、主動性，也能實現(xiàn)對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的全面評價以及促進教學(xué)的改進。力求實現(xiàn)通過課程評價促進學(xué)生學(xué)習(xí)，以課程評價促進課程教學(xué)的改進，提高教學(xué)的效果。

（七）在教學(xué)中做好答疑和教學(xué)反思。學(xué)生在線上和線下提出、反饋的問題，教師及時解答，學(xué)生間亦可相互討論解決。教師分享答疑內(nèi)容，學(xué)生可從信息共享中受益；教師匯總問題，進行分析，診斷出學(xué)生掌握薄弱的知識點，找出授課的不足，反思改進教學(xué)。

三、課程教學(xué)實踐

課程教學(xué)在實施過程中，應(yīng)針對實際選擇合適的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺如超星學(xué)習(xí)通、雨課堂等，進行線上、線下混合式教學(xué)。教師針對課程在課前進行基礎(chǔ)知識或?qū)嶒灥木€上課程教學(xué)資源的構(gòu)建，學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)、交流學(xué)習(xí)等多種方式學(xué)習(xí)內(nèi)容。學(xué)習(xí)中通過思考、交流、查閱資料后仍然存在疑問，可向教師尋求答疑，教師可以對學(xué)生的問題進行匯總、分析，確定教學(xué)資源的不足，改進教學(xué)資源。在課堂教學(xué)中，應(yīng)該注重拓展知識深度與廣度，注重實踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)。比如可選擇解決具體任務(wù)的“基于工作過程”的任務(wù)驅(qū)動教學(xué)，基于問題求解的問題驅(qū)動教學(xué)?？捎扇蝿?wù)、問題導(dǎo)入；任務(wù)、問題分析；知識點深入擴展講解；任務(wù)、問題解決；知識總結(jié)組成。本文以“文件讀寫操作”為例，分析教學(xué)實施過程。

（一）任務(wù)導(dǎo)入。導(dǎo)入任務(wù)，提出問題，如何統(tǒng)計一篇專業(yè)知識文章、報道中的高頻詞？如何獲取其次數(shù)？……通過解決具體的實際任務(wù)，引起學(xué)生的興趣，將其注意力集中在課堂，引導(dǎo)學(xué)生進入構(gòu)建的學(xué)習(xí)任務(wù)情境中。學(xué)生可以根據(jù)自己的專業(yè)特點，選擇文章進行統(tǒng)計。

（二）任務(wù)分析。教師幫助學(xué)生梳理課前學(xué)習(xí)的知識，引導(dǎo)學(xué)生思考利用已有知識解決問題的邏輯思路，組織學(xué)生分組討論，分析完成任務(wù)的基本步驟與所需知識，將任務(wù)進行分解，分別為：讀取文件內(nèi)容；分詞、統(tǒng)計詞頻；將高頻詞統(tǒng)計的結(jié)果寫入文件。

（三）知識點講解。針對問題需求，引入文件操作知識點。打開文件、讀取文件；處理文件；寫入文件。在學(xué)生課前學(xué)習(xí)知識的基礎(chǔ)上拓展知識的難度，結(jié)合重、難點以及之前學(xué)習(xí)過程中學(xué)生的薄弱點，進行深入淺出的講授。

（四）解決任務(wù)。使用逐步漸進方式啟發(fā)學(xué)生編寫程序解決問題。分析任務(wù)涉及知識主要為文件操作，其次為字符串等知識，具體涉及：

1.讀取文件內(nèi)容。利用文件讀入函數(shù)read（ ）或readlines（ ）等讀取文章內(nèi)容。

2.處理文件內(nèi)容，統(tǒng)計詞頻。導(dǎo)入jieba 庫然后利用cut（ ）函數(shù)將讀取內(nèi)容分解成詞語，靈活運用str（ ）、count（ ）等字符串處理函數(shù)，以及列表、字典等知識，編程統(tǒng)計詞頻。

3.將結(jié)果寫入文件。利用write（ ）或writelines 函數(shù)將統(tǒng)計結(jié)果寫入文件，永久保存。

以逐步漸進方式啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生編程解決問題。學(xué)生在編輯程序和調(diào)試代碼過程中可能存在有提示信息的語法錯誤或沒有提示信息的邏輯錯誤等，需要其不斷修改錯誤、完善代碼、調(diào)試程序。鼓勵其排錯要依靠錯誤提示、同伴糾錯完成。

（五）知識總結(jié)。總結(jié)任務(wù)與知識點。引導(dǎo)、鼓勵學(xué)生自主探索，創(chuàng)新解決問題。通過查詢資料亦可更好地完善、拓展、創(chuàng)新任務(wù)功能，比如可用圖形，詞云等可視化方式顯示詞頻。

在教學(xué)實施過程中，線上課堂學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識，實體課堂“基于問題、討論等”互動拓展、提升知識；線上學(xué)習(xí)實踐內(nèi)容，線下進行體驗、驗證和探究完成實踐。教學(xué)要以學(xué)生為中心，激發(fā)學(xué)生的探究興趣，引導(dǎo)學(xué)生積極主動地參與教學(xué)，教學(xué)過程中注重知識的聯(lián)系、內(nèi)化、遷移，需聚焦學(xué)習(xí)成效以及是否達到預(yù)期的教學(xué)目標。

四、結(jié)束語

人才的培養(yǎng)，需要提升課程的質(zhì)量，跨選課程是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科交叉融合思維非常重要的課程。以“引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，力求培養(yǎng)學(xué)生以跨學(xué)科或?qū)I(yè)的視野或思維解決問題”為理念；以線上線下混合式教學(xué)實施為主線，梳理、凝練、歸類形成理論教學(xué)知識；對培養(yǎng)學(xué)生實踐能力的實踐教學(xué)，設(shè)計基礎(chǔ)知識實踐、與專業(yè)相關(guān)的實踐等內(nèi)容，讓不同學(xué)科專業(yè)的學(xué)生結(jié)合自身專業(yè)知識，以全新的視角完成實踐內(nèi)容；從這些方面積極進行課程建設(shè)，讓理論知識精，讓實踐知識實，讓理論和實踐充分結(jié)合。充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，使面向新工科的教學(xué)改革進一步深入，經(jīng)過對課程建設(shè)的不斷探索與實踐，培養(yǎng)出更多的優(yōu)秀的新工科人才。