基于计算机教学在新工科方向的探索①

张 磊, 孟宇慧祉, 姜鑫桐, 王炜淇, 艾欣燃, 李书馨, 杨瑾铭, 韩镒光

(佳木斯大学信息电子技术学院,黑龙江 佳木斯 154007)

0 引 言

由于新的科技革命和信息产业的高速发展,迫使教育尤其是工科教学面对重大变革、机遇与挑战,国家战略发展明确提出以新工科建设为主的新一轮高等教育教学的发展理念。新工科这一概念一经提出,就在国内各高校引起广泛的关注[1]。这种基于工程学科,并对其注入新内涵的新型专业教育改革,被认为是自 “复旦共识”和 “天大行动”之后,工程类专业教育改革的新阶段[2]。

新工科的新主要体现在新兴、新型和新生等三个方面[3]。对于计算机类课程来说,很多新兴、新型和新生产业如物联网工程、人工智能、语音识别、智能驾驶等均依赖与计算机专业中的信息科学相关技术的发展与创新。这使得计算机专业这一与新工科最为贴近也最具发展潜力的专业成为了新工科建设的排头兵和试验田。因而,在计算机类相关专业向新工科发展,尤其是使其课程建设、教学改革适应这样一种发展成为了计算机相关教学人员关注的重点。

在计算机相关专业向新工科转变方面,物联网工程和朝阳产业人工智能已相继提出了其实践平台建设和人才培养模式向着新工科方向的发展规划。并形成了在实践平台基础上的新工科评价体系和发展对策[4],以及以智能化、自动化和类人化为目标的人工智能人才培养发展目标[5]。而在传统的计算机专业这一范畴,则利用教学理念更新、加强产学研合作来提升并换发这一传统专业在新工科背景下的活力[6]。

但是,以上新工科建设的观点多集中在目标建设和专业建设上,对于具体的课程建设尤其是如何加强教学效果方面的探索相对较少,仅存在杜娟等人[7]提出的体验式教学方法这一种方式来加强新工科的教学效果。且吴晓雨等人[8]的探索则主要集中在实验教学方面,未能将计算机类课程与项目式教学有效结合。因此,基于项目式教学能够提升学生自主学习的积极性,培养学生实践教学能力这一优势,提出在新工科背景下计算机类课程项目式教学的项目制定模式,为新工科发展和项目式教学的结合创新提供有益的探索。

1 新工科与项目式教学

在新工科背景下,新型的工科建设所遵循的主要原则是将产学研一体化和学生创业创新能力融合与教学过程中,使学生在掌握基础知识尤其是多学科基础知识的前提下,能够将其融入到自身的创新创业能力发展上,以适应当前科学技术高速发展的需要。因此,不仅需要在专业建设和课程建设上体现这一原则,更需要在授课形式以及授课内容方面有所转变。

项目式教学是一种能够提升学生自主学习的积极性,培养学生实践教学能力有效教学手段。该方法通过将日常的教学内容融入到项目开发环境中,使学生在项目实践中学习课程内容。这样一种教学手段在传统专业教学中,尤其是计算机传统教学中,一方面可通过项目实现了学生与实际工作中的项目开发、项目实践接轨,提升就业核心竞争能力;另一方面也可通过这种项目开发中的角色扮演,增强学生的带入理念,提高知识学习的积极性。

由于新工科所涉及的多是一些交叉学科或者说是一些学科内容的前沿发展,这使得学生面临着学习科目增多、内容难度增大、实验测试困难等一系列学习过程中的障碍。这些障碍更容易造成学生学习过程中的厌学情绪和学习效果的不自信,需要在教学过程中提升授课内容的生动性,在学习效果中增加更为科学规范的效果评测。因此,基于这几个方面的考虑,提出了在新工科背景下的计算机类课程项目式教学的项目设计模式,并借此对新工科教学的发展和教学改革进行有益的探索。

2 新工科背景下的计算机类课程项目设计模式

新工科的课程建设需要在课程讲授的过程中充分体现出课程内容的融合性、创新性以及前瞻性,同时利用项目式教学,提升学生的自主学习能力,提高学习积极性,并通过形成性的教学效果评测,反馈学生对教学过程中项目内容和项目涵盖知识面的学习掌握情况,并及时的进行项目调整,最终通过项目式教学达到新工科教育教学的目的。因此,制定了如图1所示的新工科背景下的计算机类课程项目设计模式。

图1 新工科背景下的计算机类课程项目设计模式

在该模式下,着重关注对学生团队训练、技术融合、创新能力等三个方面的培养,具体表现为项目设计应遵循的三个原则,分别是团队训练原则、技术融合原则和创新原则。其中,团队训练原则要求设计的课程项目需要能够培养学生的配合能力、沟通能力、协调能力、妥协能力、折中能力等多方面能力,这不仅是提升学生对当前课程下的知识能力的培养,也是对学生综合素质尤其是创业创新能力的潜移默化。满足新工科对学生基础知识掌握和创业创新能力等方面的要求。

新工科中的很多发展方向都是对多种存在技术的跨界融合,体现一种多学科的交叉发展,例如人工智能在物联网方面的应用所表现的无人驾驶和智能收费等等。因此,在计算机类课程项目设计的过程中,还需要考虑技术融合原则,即在设计项目的过程中综合考虑项目对基础知识、关键技术、系统集成、工程实施、跨界融合等几个方面的知识传递与创新意识。形成学生能力培养基础上的专业知识和专业技术水平的提升,保障新工科专业融合方面的优势,提升学生的核心竞争能力。

新工科的新更多需要体现在学生的创新能力上,利用学生的能力和专业技术知识,形成创新型的发展方向。因此,在项目设计上,还应兼顾创新原则,在研究创新、实践创新、创新质量层级、发展前景评测、创新效果反馈等多个方面对学生的创新能力和创新目标进行培养。使学生在项目教学的过程中,自觉的建立创新意识,具有自主创新能力,能够利用所学知识,提出创新思想和创新目标,提高创新创业的成功概率。

最后,通过形成性的教学效果检测获得当前项目的教学效果,并及时与学生反馈挂钩,按照反馈意见对项目的标准、内容进行整改,使设计的项目更具有吸引学生的能力、创新意识培养能力,调动学生学习的积极性,提高教学水平。

3 结 语

新工科教学改革是适应当前社会科学技术高速发展的必然,如何在新工科背景下突出教学的重要性和提升教学效果,成为了当前新工科教学改革着重关注的对象。针对这一观点,结合项目式教学这一有效提升学生学习自主性的教学方式,提出了新工科背景下计算机类项目式教学的项目设计模式,并通过该模式下的三个项目设计原则,对新工科背景下的计算机类项目式教学展开了研究与探索,为新工科课程改革的发展与完善进行了有益的探索与实践。