基于新工科的计算机专业教学模式研究

2019-07-01曹来成

计算机教育 2019年6期

曹来成

（兰州理工大学计通学院，甘肃兰州 730050）

0 引言

“新工科（new engineering）”这一概念自2016年提出以来，一年内形成了“天大行动”“北京指南”[1-3]和“复旦共识”。教育部高教司领导反复强调，要聚焦我们国家的发展战略，全面提升高等工程教育改革，加快发展和建设新工科，主动面向未来，引领和适应新经济[4-5]。新工科建设在我国高教界掀起了一场新的研究和改革热潮，各高等学校纷纷响应，在工业界及国际社会也引起了巨大反响[6-8]。随着我国经济结构的转型和全球经济一体化发展，信息产业规模不断扩大并深入渗透到各行各业，而且新经济中不断涌现出云计算、移动互联网、物联网、人工智能、大数据、电子商务等计算机类新兴产业，这些领域都面临着人才短缺的问题。同时，“互联网+”时代对具有创新和创业能力的工程应用型特别是计算机科学与技术专业（computer science and technology）高级专门人才的需求与日俱增。传统的教学方法侧重于计算机科学与技术专业知识的掌握，而忽略了创新创业能力的培养和对新技术的支撑，很容易造成课堂教学与市场需求脱节，创新和创业能力和新技术不能满足新时代社会发展的要求，即使学生在课堂上掌握知识也很难应用于日后的工作中。因此，作为新工科中发展最为快速的计算机科学与技术专业的教学改革势在必行。

文献[9]针对高等学校工科专业计算机程序设计课程教学的现状和存在的问题，依据新工科建设中工程专业对程序设计等信息技术的需求，探索了以计算思维为核心、以学科交叉融合案例研讨为主的教学模式，提升了教学效果。文献[10]针对当前传统计算机专业的教学现状，提出了新工科背景下传统计算机专业转型的策略，希望为我国的信息技术的发展提供人才保障。文献[11]指出了目前影响计算机类专业人才培养的主要问题和基于新工科建设的基本思想，讨论了计算机专业如何更新基本的教育理念，加强产学合作，按照新工科建设的要求进行改革，从多方面入手，实现增量优化、存量调整和交叉融合。计算机科学与技术专业是国家战略性新兴产业的相关专业，在各个专业的学科发展建设和改革创新中具有非常重要的作用，再加上本科教育在人才培养中的基础性地位，建设好计算机科学与技术专业对一个学校的发展变得非常重要，已经不再是专业本身的问题。要适应新的需要，必须大力推进计算机科学与技术专业全方位的建设与改革。

1 CSTBNE教学模式研究

1.1 研究方案

在新工科的影响下，要想培养出全面发展的符合社会需求的人才，就要对现有的教学模式进行改革创新，要研究课堂教学和实践教学的模式。为此，本文提出基于新工科的计算机科学与技术专业（computer science and technology based on new engineering，CSTBNE）教学模式。

CSTBNE教学模式研究以兰州理工大学计通学院2017级计算机科学与技术专业学生为研究对象，研究采用分析比较、总结抽象、总结提炼和融合抽象等方法。研究目标包括传统专业学科布局的缺陷、新工科背景下合理专业学科布局、现有教学模式、教学模式改革、综合素质内涵和综合素质提升等。研究对象包括本校与其他学校专业学科布局、已有的文献教学实践、实践教学校企合作、职业素养课程与教师的能力要求和教学实践验证等，如图1所示。

1.2 专业学科布局

在新工科的背景下，要想培养出实用型的计算机科学与技术人才，就要对计算机科学与技术专业的学科布局进行适当的调整，把“互联网思维”作为计算机科学与技术专业新工科建设的核心，推动创新创业教育，学生需要在更广泛的专业交叉和融合中学习。因此，探究基于新工科适合计算机科学与技术专业特色的学科布局是CSTBNE教学模式研究的关键研究内容，图2所示是兰州理工大学计通学院计算机科学与技术专业在CSTBNE教学模式下，第三学期到第七学期核心课程教学的布局情况。从中可以看出，除第一第二学期进行专业基础课和公共必修课的教学外，从第三学期开始，每学期都开设具有新工科特色的课程“创新与创业”“第二课堂”和“通识类选修课”，第八学期组织学生进入与学院签订协议的实习基地实训，如创新创业的创客空间等IT 企业，从而完成专业实习实训和毕业设计（论文）。

1.3 教学模式改革

CSTBNE教学模式主要包括教学目标设计、教学起点设计、教学内容设计、教学方法与教学媒体选用设计、教学评价设计、课堂教学结构设计、课内上机、实验课与综合实践等，同时CSTBNE教学模式研究了能够提高学生参与积极性的实训和实践的教学模式，一方面有效地激发了学生的创新创业能力，另一方面提升了学生的独立操作能力。为了能使学生更好地适应现代社会发展，了解社会发展的主要方向，以及人才需求的具体要求，CSTBNE教学模式也研究了校企合作的培养模式。依照计算机科学与技术人才培养的目标，结合课程教学计划和大纲，探讨了企业精英和学校共同为学生授课的培养模式，使学生从计算机开发技术方面实现学校到企业就业的零距离转换。根据学生的特点，在实践教学过程中引入前沿的技术和开发工具，让学生掌握常规软件开发技术的同时，接触一些3D、物联网、云计算、人工智能、网络空间安全等前沿的IT热点技术，培养了学生的技术研究能力和探求兴趣。

图1 CSTBNE教学模式研究方案

图2 核心课程教学布局

1.4 学生综合素质提升培养机制

CSTBNE教学模式需要实事求是，把握实践与创新创业、学与教、本土化与国际化的协调统一，需要在实践中摸索，培养计算机科学与技术人才具有创新的思维禀赋、领导力和持续学习的能力，以及厚实的人文素养。除了开设计算机科学与技术的专业课程之外，还要开设计算机科学与技术专业职业素养的课程，我们针对计算机科学与技术专业开设了团队合作让1+1＞2、工作方法决定工作效率、行业≠岗位、执行力、企业文化、不做情绪的奴隶等选修课程，实践证明这些职业素养课程培养了学生的职业道德素质。另外，在培养学生职业素养的同时进行了创新创业能力的培养，依托学校的创新创业学院，建立了系级创新创业基地，通过指导学生进行创新创业的训练，激发了学生各方面的自主学习能力。

2 CSTBNE教学模式改革的措施和建议

以新工科建设为契机，大力推进计算机科学与技术专业教学模式改革，建设好计算机科学与技术专业对一个学校的发展非常重要，甚至不再是计算机科学与技术专业本身的问题。要适应新工科发展的需要，必须大力推进计算机科学与技术专业教学模式全方位的建设与改革。

（1）需要分析调研计算机科学与技术专业的社会需求。总体上讲，新工科建设要以教育培养满足社会特定需求的人才为目标，要“问计算机产业需求建计算机专业”，要“问计算机技术发展改计算机教育教学内容”，要加大产学研合作的力度。一方面，我们定期派遣学生到知名IT企业实习，参与企业的项目研发；另一方面，定期举行企业“培训宣讲周”活动，引进企业先进的研发技术和管理理念，进行产学研合作，培养满足社会需求的计算机科学与技术人才。

（2）构建科学合理的人才培养方案。要有能挖掘出学生特长和体现学科优势的、适合于“问题子空间”的培养目标；要有“融传道授业解惑，创新创业能力培养和提高职业道德素质为一体”的教学大纲；要有支持培养目标实现问题分析、工程知识、使用现代工具、研究、设计/开发解决方案、环境和可持续发展、工程与社会、个人和团队、职业规范、项目管理、沟通和终身学习的专业毕业要求。对于每一门课程，我们按照以上12方面的培养目标制定了详尽的教学大纲，取得了良好的教学效果。

（3）设置计算机科学与技术专业基本的师资队伍需求和学科支撑的前置条件。要办好计算机科学与技术专业，必须有图2所示的基本主干课程支撑，它们既便于教学管理人员和教师深入理解专业，也便于形成基本的创新创业人才培养师资队伍和支持师资队伍发展提升的平台，保证计算机科学与技术专业的可持续发展，也能较好地引导学生发展。

（4）建设稳步走向科学施教，彻底摆脱面向课程的教育，真正走向面向产出的教育机制。要将知识作为载体，向学生传授解决计算机复杂工程问题的思想、方法和专业技能。

（5）建立产学合作，提升创新创业意识和能力，进一步强化教育为产业发展培养人才的机制。除了“问产业需求建专业，构建工科专业新结构”外，更要积极推进产学合作育人，紧跟技术的发展，培养学生关注社会需求、积极引导探索，不断提升学生的创新、创业意识和能力。

3 教学实践分析

我们对2017级计算机科学与技术专业1、2班进行了教学实践，其中1班58人采用原有教学方法教学（称为非课改班），2班56人采用基于新工科的教学模式教学（称为新工科课改班）。课程结束后，我们对两个班的期末考试成绩进行了对比，并问卷调查了同学们对基于新工科的教学模式的评价，共发放问卷46份，回收有效问卷45份。采用SPSS（Statistical Product and Service Solutions，统计产品与服务解决方案）对问卷数据进行了分析，问卷Cronbachα（克朗巴哈）系数值为0.863，KMO（Kaiser-Meyer-Olkin）为0.910，由Bartlett（巴特利特）球形检验后得到显著性概率值为0.001，达到显著效果，表明数据样本适宜作因素分析。

3.1 满意度统计分析

满意度调查数据如图3所示，其中新工科课改班和非课改班的非常满意度分别为48.6和18.1，而满意度为35.5和8.8，说明新工科课改班84.1%的同学对新工科课改表示满意，而非课改班仅有26.9%的同学对未课改教学表示满意。很多新工科课改班的同学表示，基于新工科的教学模式教学能够充分地利用教学时间进行有效地学习；而且能够建立起同学、师生间的情感关系，通过不断地交流互动教学，及时地评价反馈，能够激发并保持对知识的追求欲望与动机。