新工科背景下高等教育计算机课程教学体系改革

赵永华　李志慧　贾洪飞

摘要：随着产业的巨大转型、升级和各专业的深度融合与交叉，传统的工科教育已不足以应对时代变革。计算机基础课程为工科专业学生通识教育的一部分，是非计算机专业教学体系的重要组成部分。为此，本文对新工科背景下的高等教育计算机课程体系进行改革，以完善、提高大学生知识结构，满足新工科的需求。

关键词：高等教育；计算机课程；新工科；教学体系

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）27-0254-02

新工科自提出以来，便受到各高校、教育部、各产业的巨大关注和研讨，但各专家学者的研讨主要集中在“新工科”框架层面，鲜有高等教育计算机课程体系的设置、学生应具有的基本知识结构等具体操作层面，而具体操作层面的研究对促进“新工科”建设尤为重要。

智能化和信息化作为“新工科”的重要特征之一，计算机通识课程体系是培养工科专业学生的信息化与智能化的重要手段和渠道。但是，目前许多高校的计算机课程体系在总体上仍然沿用旧的计算机课程知识层次结构，并且在课程设置和教学安排上没有进行深入的探讨，常常是把全日制教育的课程安排进行简化、压缩，甚至直接套用，出现教学与实际应用脱离的现象。显然，现有计算机课程的教学目的、要求等难于满足新工科对计算机技术的要求，尤其是“大数据”、“物联网”、“人工智能”、“交通智能控制”等知识需求。

综上所见，为促进“新工科”建设，迫切需要研究“新工科”背景下高等教育计算机题体系构建问题。

一、课程体系改革思想

本文紧紧围绕“新工科”的“新理念、新结构、新模式、新质量、新体系”科学内涵，以新工科需求为导向，结合工科各专业需求案例与工科相关企业、行业调查走访和问卷调查，获取新工科对计算机专业知识需求，建立工科专业学生计算机课程体系，合理调整计算机课程的知识结构，引导计算机选修与必修课程的合理结合，工科专业需求案例与计算机知识应用的有机融合，开放创新实验与基础实验的有效搭配，网络MOOC与课堂讲授的优化分配，以达到大学生拥有智能化、信息化、知识综合化的能力培养目标，以满足新工科建设的需求。

计算机科学作为新工科的重要技术支撑，原有的课程教学体系已难以较好地满足新工科的专业需求，为满足新工科的新需求，必须建立有效的新工科课程教学体系以及教学模式，设计计算机教学平台。

二、课程体系改革内容

为满足新工科的新需求，本文拟建立有效的新工科课程教学体系以及教学模式，设计计算机教学平台，对新工科背景下的工科专业学生的计算机课程体系进行改革与实践，具体内容如下。

1.建立新工科背景下的工科专业学生的计算机课程体系。在新工科背景下的计算机课程体系下，除了一些计算机知识的必修课外，学生还可以根据专业需求和自身实际情况来选择相关的选修课程学习，开阔自己的知识范畴和视野，能够继续深入学习计算机理论的最新知识、能够跟踪计算机相关理论的科学前沿。为中国在智能制造、智能控制、大数据等领域培养高技术、高能力人才。为满足新工科的新需求，本文建立的计算机课程体系结构具体如下图1。

2.构建有效的新工科课程教学模式。采用题启发式和基于现实案例主导的教学思路，利用网络信息化，在课程理论知识方面采用以课堂授课为主，网络资源—在线MOOC为辅，在课程实验环节以实际案例为主导，引导学生在一定的实验平台下根据不同专业，选取各自专业相关的软件编程、硬件开发、智能控制等一系列可操作性实例，通过实例让学生了计算机基础课程在智能控制、智能制造等工程实践中的应用，发现目前工程实践中存在的问题，培养学生解决问题的能力，适应新工科需求。（1）启发式教学理念。运用启发式教学方法的核心在于启发式问题的设计，通过问题驱动来启发学生思考，使其对问题感兴趣，能够在寻求答案的过程中掌握理论知识的核心内容、体会理论知识的重要性及其与工程实践之间的联系。这样的启发式问题可能来自现实需求，也可能来自理论需要。因此，有必要根据每一知识点的特点设计合适的启发式问题来引入这一知识点。（2）利用实验平台设计应用性课程案例。计算机课程是实践性很强的课程。在这些课程教学过程中，案例教学方法具有重要作用。鉴于课堂教学的时限性，利用学校提供的先进实验平台、实验设备进行科学、合理地设计教学案例。①虚拟案例：在计算机课程中，有一些课程中的实验部分要使用计算机软件设计问题进行编制虚拟案例，通过虚拟案例增强学生对理论模型和算法的理解与运用。②实际案例：介绍计算机软件中已有案例或来自工程实践的课程案例，通过这些实际案例让学生了解基于计算机知识的问题及其实际来源，从实际问题中感受理论发展的需要和必要性以及计算机基础课程理论对工程实践或现实生活的指导作用和意义。然后利用实验平台设计解决现实问题的课程案例，今进验证实验平台的性能，进一步完善和改进实验平台。

3.利用在线MOOC进行辅助教学。在网络信息发达的时代，在线MOOC在学生自主学习过程中起到很大的作用。目前，本教研室已有多门课程进行了MOOC建设，像微机原理与接口技术、C语言程序设计教程、计算机网络等都已建设完成并投入使用。在这个资源平台下，学生可以自主地学习和课程相关的理论知识、完成一些老师布置的作业，可以和自己的任课教师进行互动，学生之间也可以相互讨论等。

4.设计满足新工科背景下的工科专业学生的计算机基础教学平台。基于对工科专业学生计算机教学目标与定位的认识，针对计算机科学新技术的发展的现状，考虑到计算机科学技术在各应用领域的深入应用，结合计算机教学的特点，以及各专业对计算机应用水平的不同要求，本项目设计计算机课程教学平台，该平台的设计充分考虑了各专业的培养目标，力图找出共同的、最基本的要求，同时可以满足不同层次学生的需求。

我们面向全校工科专业学生提供4个课程教学平台。计算机知识，主要涉及计算机硬件结构、计算机网络、常用软件使用等方面的基础知识和应用技能。计算机程序设计，主要涉及程序设计基本方法、算法与数据结构等内容。

三、总结与今后工作

基于对工科专业学生计算机教学目标与定位的认识，针对计算机科学新技术的发展的现状，考虑到计算机科学技术在各应用领域的深入应用，结合计算机教学的特点，以及各专业对计算机应用水平的不同要求，本文建立有效的新工科课程教学体系以及教學模式，设计计算机基础教学平台，对新工科需求导向的工科大学生计算机基础课程体系进行改革与实践。

为进一步完善计算机基础课程的网络资源，辅助计算机基础课程的在线MOOC的混合式教学，今后的重要工作是基于MOOC环境下的计算机课程的实验教学平台的开发与研究。

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