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新工科背景下多学科交叉融合的计算机科学与技术课程体系构建研究

李楚君
  
现代教育与实践
2024年10期
西安外事学院 民办教育研究中心 陕西 西安 710077

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【摘  要】:本文以西安外事学院为例,针对新工科背景下高校计算机科学与技术课程体系如何构建的问题,分析了计算机科学与技术专业人才培养存在的问题,结合学校办学定位和专业发展,构建了递进式专业课程体系,并从计算机科学与技术教学实际出发,阐述了计算机科学与技术课程体系的设置依据与改进教学模式,促进计算机科学与技术领域的多学科交叉融合,培养具备广泛学科知识的专业复合型人才。

【关键词】:计算机科学与技术;新工科建设;课程体系构建;学科交叉融合

DOI:10.12417/2705-1358.24.10.047

1 引言

在新一轮科技革命和产业变革加速推进的背景下,人工智能、5G通信、新能源和新材料等前沿技术正与计算机技术深度融合,推动了计算机产业迎来了一次升级换代的历史机遇,对高素质产业人才的需求也随之持续增长[1]。为响应这一挑战,支持国家战略需求,教育部自2017年起推动新工科建设,旨在创立全球领先的工程教育模式为高等教育在国家强国战略中的角色提供有力支持[2]。

2018年,教育部认定了612个新工科研究与实践项目,通过这些项目来探索新的理念、标准和教育模式。同时,教育部组建了人工智能、大数据等多个项目群,以加速各方面的交流与协同[3-4]。10月份,教育部等部门共同发布了《关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0》,推动高等院校建设新型高水平理工科大学、产业学院以及未来技术学院等[5]。2019年,教育部进一步成立了“全国新工科教育创新中心”,以探索中国特色的新工科教育体系,并致力于打造人才培养的高地[6]。

计算机科学与技术是本科专业,属于计算机类,兼顾计算机系统与网络,培养具有科学素养、自主学习和创新意识的高水平工程技术人才[7]。在新工科时代,计算机科学与技术专业需解决:如何以应用能力培养为核心,促进理论与实践、学术研究与产业应用、高校与企业的深度融合;如何以创新创业培养为核心,推动实践技术与前沿科学的结合、传承与创新的交融、以及多学科的跨界融合。如何重构课程教学,优化体系、改进手段、提高培养质量。这些问题对于专业的高质量发展至关重要,已成为高校教学改革的热点。

2 计算机科学与技术课程体系现状分析

近年来,新工科建设要求提出后,国内外学者进行了大量关于计算机科学与技术课程与教学的研究[8-12]。常大俊[13]提出了在课程设计中融入具有研究性、创新性和综合性的内容,同时探讨了复合型课程体系的教学实践。祝园园[14]利用机器学习和图形分析技术,构建并可视化分析了一个系统的课程知识图谱,有助于提高教学能力。黄秀竹[15]指出了课程体系存在的问题及策略,包括培养目标、模式层次、课程体系构建与优化。张水平[16]深入研究了基于“数学能力”、“编程能力”和“创新能力”的人工智能课程体系,提出了详细的课程设置和建设方案。刘黎志[17]阐述了课程体系的构建与持续改进过程,并分析了实施效果。邬雄[18]分析了当前课程体系存在的问题,如缺乏规划性和系统性,课程设计不理想,并在接受OBE理念的基础上,构建了模块化的课程体系。

尽管取得了一定成果,但课程体系仍存在以下问题:(1)教育滞后于行业发展;(2)重理论轻实践,难以满足行业需求;(3)教学手段单一,与社会发展脱节。当前的课程体系难以满足新工科建设及社会对人才的需求,亟需根据培养目标合理选择和组织课程内容,理清课程间逻辑关系,提高课程体系建设质量。

3 学科交叉融合背景下的计算机科学与技术课程体系改革思路

3.1从新工科培养人才需求出发,调研行业对专业发展要求

随着计算机技术的广泛应用和迅猛发展,计算机及相关行业急需具备开发、管理和维护能力的复合型技术人才。通过深入调研企业需求,结合区域经济社会发展需求以及计算机科学与技术专业特点,设计一个突出应用型人才培养的专业课程体系。该体系的构建应参照“工程教育专业认证”标准,整合新工科建设理念,充分体现学科前沿发展,打破学科界限,构建跨学科融合的课程体系,以推动创新型计算机科学专业人才的培养。

3.2以提升学生综合能力为主线,优化课程教学内容和课程体系

课程体系的构建应根据信息类人才培养需求和信息技术发展趋势而设计,这一体系以学生知识、能力和素质协调发展为出发点,系统地整合和优化相关课程。在确保学生完成学校规定的公共课、专业基础课和专业课程的基础上根据实际情况,并结合行业最新技术的指导,构建一个递进式的课程体系。这个体系以基本能力、工程能力和创新应用能力的提升为主线,培养学生全面发展的能力。

3.3以创新创业能力培养为导向,构建实践教学平台

考虑到新工科环境下对人才的特定需求,并结合计算机科学与技术专业的独特性,以培养学生的实践技能和创新创业能力为核心目标实施了“校企合作,协同育人”的人才培养策略,强化了校内实习实训实验室的建设。利用这些实验室和实训室积极与企业进行技术交流、软件开发的定向培训、实习实训、创新创业和就业指导等多种活动,能够有效提升校内教学,特别是实践教学的质量,并激发学生的学习和创新创业热情。

3.4以人为本,面向新工科人才培养组建教学团队

高质量课程体系的关键在于组建优秀师资团队,确保课程完整性与先进性。师资建设需完成校内多专业教师融合和企业技术人员协同合作。(1)打破学院内不同专业的学科界限以实现课程深度融合,并整合教学资源,定期开展教学反思和竞赛等活动,理清课程关联性,拓宽教学理念;(2)聘请理论水平高、实践经验丰富的企业技术人员与校内教师共同承担实验、设计和实训等课程的教学。这将提升课程质量,满足新工科人才培养需求。

4 学科交叉融合背景下的计算机科学与技术课程体系改革措施

(1)构建递进式专业课程体系。学校可以根据计算机科学与技术课程的培养目标来构建递进式的课程体系。通过对平台课、专业基础课和专业课这三个层次进行改革,从知识结构、教学内容、教学方式和考核方法等多个方面进行了综合性的创新设计。通过对现有课程的改进和新课程的整合,基于原有的“本”概念,构建一个交叉整合的计算机科学与技术专业的创新课程体系,该体系将课程划分为三个级别:基础技能课程、工程技能课程以及交叉整合课程,如图1所示。

(2)线上线下混合式教学模式。在计算机科学与技术的课程教学中需要确保其具有前沿性和交互性,并能够将现代信息技术与教学方法深度结合,同时鼓励学生进行探索性和个性化的学习。在传统课堂教学模式基础之上引入线上资源可以实现教学资源的共享与优化配置。西安外事学院采用“智慧教育平台”作为其线上教学平台,并结合“学生为核心,知识为主导,探究融合为目标,打造学习型课堂”的教育哲学,实行线上与线下相结合的混合教学模式。以《数据可视化技术》这门课程为背景,其线上与线下的混合教学模式涵盖了课前、课中以及课后的三个教学阶段,如图2所示。

课前,教师在“智慧教育平台”布置学习任务;学生完成课前学习;教师通过分析学生课前学习数据,了解学生预习情况,完成学生自我认知。课中,学生在“智慧教育平台”签到;教师采用“任务驱动”和“理论实操”引导讲解难点和重点知识,利用“智慧教育平台”完成课堂分组、讨论和课堂练习。课后,教师通过查看课堂作业,了解学生掌握情况;学生通过“智慧教育平台”完成课后拓展知识练习。

(3)创建开放式实践环境。实践训练是计算机科学与技术专业教育中极其重要的环节,西安外事学院设有两个实验中心,分别是计算机公共实验中心和工科实验中心。设有各类基础实验室、专业实验室、综合实验室、工程创新中心、双创交流中心和科技研发中心等,共35个用于实验、实训和科研的场所,以及11个学校和学院的学科竞赛基地。已经建立了一个集实践教学、科学研究、创新创业为一体的门类齐全、功能完善、性能优良的综合性实验研究中心。

(4)组建跨学科教学团队。作为教学改革的主要执行者,教师在确保改革效果上起到了至关重要的角色。学科交叉融合不仅要求教师持续深入研究计算机领域的尖端知识和技术,还要求他们掌握所教授专业的部分专业知识,突破跨专业的障碍,并引导学生运用计算思维来解决该学科的科学问题。西安外事学院开展“新工科大讲堂”活动,促进不同学科教师的沟通交流,以实现课程和教师的深度融合,整合教学资源和教师资源,推动具有多元知识背景的教师团队的建设。

5 结语

本文在新工科建设的背景下,分析了目前高校计算机科学与技术专业课程体系中存在的主要问题,以西安外事学院计算机科学与技术专业为例,着眼未来国家计算机行业发展目标,结合计算机科学与技术专业特征,探索多学科、多技术交叉融贯的创新型课程体系、线上线下混合式教学模式、创建开放式实践环境和组建跨学科教学团队等课程体系改革措施,为计算机科学与技术专业建设提供一定的参考。

参考文献:

[1] 刘坤;刘鑫桥;李妍.教育数字化下的新工科新形态教学资源——逻辑内涵、要素特征与建设路径[J].高等工程教育研究,2023,(04):22-26+99.

[2] 孙洪波.“中国制造2025”视域下应用型院校学生工匠精神的培育路径探索与实践[J].现代职业教育,2023,(09):147-152.

[3] 中华人民共和国教育部.教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知[EB/OL].http://www.moe.gov.cn/s78/A08/tongzhi/201702/t20170223_297158.html.

[4] 中华人民共和国教育部.教育部办公厅关于公布首批“新工科”研究与实践项目的通知[EB/OL].http://www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201803/t20180329_331767.html.

[5] 教育部.工业和信息化部.中国工程院.关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见的通知[EB/OL].http://www.moe.gov.cn/srcsite/A08/moe_742/s3860/201810/t20181017_351890.html.

[6] 中华人民共和国教育部.深入推进“新工科”建设的通知[EB/OL].http://www.moe.gov.Cn/jyb_xwfb/xw_fbh/moe_2606/2019/tqh20191031/sfcl/201910/t20191031_406260.html.

[7] 孙冬璞,唐远新,林克正.“一流本科教育”背景下计算机科学与技术专业学生创新实践能力培养模式探究[J].教书育人(高教论坛),2023,(33):53-56.

[8] 魏先勇.基于“岗课赛证”融通的高职计算机专业课程体系建设探究[J].商丘职业技术学院学报,2023,22(02):92-96.

[9] 陈洪敏.基于1+X证书的计算机课程体系教学设计[J].集成电路应用,2023,40(04):128-129.

[10] 桂小林,何钦铭,王移芝等.新一代信息技术赋能的大学计算机课程体系与内容改革[J].计算机教育,2022(11):20-24.

[11] Niu Q,Lin H,Ni Z,et al.Hierarchical Cultivation of Computational Thinking Based on College Computer Course[J].Adult and Higher Education,2022,4(13).

[12] Renza C,Donatella M,Cecilia M V.Analysing Computer Science Courses over Time[J].Data,2022,7(2).

[13] 常大俊.计算机科学与技术课程体系的教学分析[J].集成电路应用,2023,40(04):190-191.

[14] 祝园园,叶茫,彭敏.高校计算机课程体系知识图谱构建及可视化[J].信息与电脑(理论版),2023,35(04):254-256.

[15] 黄秀竹.计算机课程体系的融合与协同分析[J].集成电路应用,2023,40(01):330-332.

[16] 张水平,王海晖,刘黎志等.面向能力培养的人工智能计算机课程体系探索[J].中国新通信,2022,24(14):95-97.

[17] 刘黎志,章瑾,张水平.面向工程教育认证的计算机专业课程体系建设[J].福建电脑,2022,38(03):41-44.

[18] 邬雄,王宇.OBE理念下计算机科学与技术专业课程体系的构建研究[J].无线互联科技,2022,19(04):112-113.

基金项目:陕西省“十四五”教育科学规划2023年度课题“面向新工科的应用型本科高校计算机科学与技术专业课程体系构建研究”(SGH23Y2905);2023年西安外事学院民办教育研究中心“新工科背景下多学科交叉融合的计算机科学与技术专业课程体系构建研究”(23mjy04)

作者简介:李楚君,女,陕西西安人,讲师,主要研究方向为信息技术应用。

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