新工科背景下计算机专业拓展类课程教学实践与研究

作者:未知

  摘要:新工科建设是应对新经济挑战而提出的国家重大战略。本文针对分析了新工科建设形势下,高等院校计算机科学与技术专业的拓展课程教学过程中存在的问题,进行了探索和实践。根据拓展类课程的特点和问题存在的原因,通过对课程内容的合理组织、教学措施的多方面改进,以实际应用作为任务驱动,综合运用示范教学、模拟教学和项目教学等多种方法,使学生变被动接收为主动探索,以提高学习的积极性和专业能力的培养。根据几年的教学实践,取得了不错的教学效果。
  关键词:计算机课程;拓展;教学研究;教学实践
  中图分类号:TP3      文献标识码:A
  文章编号:1009-3044(2021)09-0106-02
  开放科学(资源服务)标识码(OSID):
  在经济全球化的视角下,社会生产与经济生活都开始实现了新的转型。新工科建设,是从服务国家战略、满足产业需求和面向未来发展的高度,而提出的一项持续深化工程教育改革的重大行动计划。为了更好地满足产业的需求,近年来在计算机专业的人才培养中,许多高校在教学计划中除了专业基础课程或专业核心课程之外,还制定了一系列专业拓展课程。
  拓展课程与专业基础课程联系紧密,专业基础课程是拓展课程的基石和有力支撑,拓展课程是专业基础课程的外延、扩充和提升。二者相互结合,才能为当今时代培养出优秀的复合型新工科人才。
  相比较而言,专业基础课程内容相对稳定,教学方法也比较成熟,但专业拓展课程呈现出变化频繁、变化多样、应用性强的特点。因此在这类课程的教学中,应进一步考虑该类课程的特点,采取科学的教学方法,才能收到事半功倍的效果。本文分析了专业拓展课程的特点,根据教学实施过程中的问题,提出了相应的解决措施,并根据课程的特点综合采用先进的教学方法,实现了提高教学质量和教学效果的目的。
  1 课程的特点和存在的问题
  所谓专业拓展课程,是指根据社会和市场需要,以增强学生的职业能力为目标,达到拓宽学生的专业知识面为目的所开设的课程。在计算机科学与技术专业培养方案中,基础课程如高级程序设计语言、数据结构、数据库、计算机组成原理、计算机图形学等,这类课程在相当长的时间内,通常是相对固定的,或者内容进行少量的更新(主要是一些最新的研究成果的补充)。一般而言,这类基础课程经过多年的教学积累,已经形成了一些行之有效的教学方法。但对于专业拓展课程,随着时间的推移和技术的进步,在教学科目的设置上更易于变化。比如,最近几年比较热点的Web开发、移动应用开发、云计算技术、大数据处理等方面的课程。
  内容变化快、变化频繁是专业拓展课的第一大特点,究其主要原因是,计算机类专业与产业经济关系密切,随着产业需求的变化,为了更好地适应市场和用人单位需求,在制定培养目标和培养方案时,必须考虑产业的需求。专业拓展课程的第二个特点是,课程内容新颖。因为新技术催生的新课程,内容通常是与之前的课程有较大差别,对教师和学生来说都具有一定的挑战性,因此在教学实施过程中需要科学的方法。另外,在知识的接收和运用上,专业拓展课一方面可以使学生将专业基础课掌握和运用,另一方面对于拓展学生的综合专业能力和职业素养,起到了至关重要的作用。
  通过近几年对专业拓展课程教学研究,发现存在以下问题。首先是,学习新课程进入困难。每门专业课程在设置时,一般考虑其先修课程,这一点对新课程的教学效果至关重要。以Web开发课程为例,当教师讲动态网站构建[1]时,学生应具备网页编写的基础知识,因为动态网页生成的结果是一个个页面,而学生如果缺乏相应的页面编辑知识,则会一片茫然。另外一点,学完应用性的课程后,在较短时间内疏于实践。同样是Web开发类课程,当学生学习一段时间后,常常处于跃跃欲试的状态,但对课程的后续安排,缺乏对学生能力进一步提高的机会。
  根据上述问题,我们在拓展课程教学过程中对教学措施与教学方法进行了一定的改革和探索。
  2教学措施
  专业拓展课作为培养计划中专业基础课程的重要补充和完善模块,我们在专业拓展课程教学中,除了常规的教学安排和教学手段之外,我们还注意了以下一些教学措施的开展。
  2.1教学内容的合理组织
  因为专业拓展课需要学生具备一定的专业基础知识,因此在专业基础课程的教学内容组织上,除了基本理论和能力培养所需要的基础知识,教师还要在教学中从多方面渗透相关知识的扩展和应用。例如,计算机图形学[2]课程作为专业基础课程,在几何造型内容的讲授过程中,教师可根据三角网格这一几何表示方法对学生进行少量的扩展,例如编程实现模型的读取等。如此一来,学生在拓展课程如3D建模课程或UNITY课程中,对于模型的数据表示就轻松自然地接受掌握了。同时,在拓展课程的开展过程中,也需要经常回顾在基础科目中所学的相关知识,以更好地接收新的内容;通过课程之间的相互联系,学生在拓展课的学习中进一步巩固了基础课的知识。
  2.2充分发挥课程论文和学科竞赛的驱动作用
  在专业拓展课程教学过程中,要充分利用课程论文的促进作用,通过设置一些与拓展课程有关的课程设计题目,使学生参与到设计与开发中。教师在设置课程设计题目时,要考虑到题目的难度和题目之间的关联,使不同的学生从不同角度获得与课程有关的设计或开发经验。此外,因为专业的特点,要充分利用竞赛项目的驱动作用,鼓励学生参与参加一些竞赛,如软件设计大赛,电子设计大赛;通过科技学术节等类型,形成良好地学习和开拓创新的氛围。通过一些比赛作品的完成,使得学生对拓展课程提高兴趣,并通过强烈的需求,促进学生自我学习和主动学习,对拓展课程的教学效果起到了很好的促进作用。
  2.3产学研用相结合
  充分利用校企联合培养模式,发挥校地合作的优势,给学生提供足够多的实践机会。例如,通过引领学生参觀学习企业,邀请企业进行拓展类课程的培训,将业务中的实际问题引入课堂作为案例进行教学等方式。一些前沿性的课程则结合到科研过程中,通过前沿讲座的形式,或者在基础课程教学过程中进行涉猎,使学生提高探索的兴趣和学习的热情,这些做法都极大提高了拓展类课程的教学效果。   通过这种基础课程教学中渗透,竞赛项目驱动,产学研相结合多方位多层次的教学措施,在专业拓展课的教学质量提高方面起到了重要作用。
  3教学方法
  在专业拓展课的教学过程中,使用多种教学方法以提高教学质量和教学效果,我们借鉴了其他学科的一些教学方法,如示范教学方法、模拟教学方法和项目教学法。
  示范教学法就是有目的的以教师的示范技能作为有效的刺激,以引起学生相应的行动,使其通过模仿来掌握必要的技能。虽然这类教学方法被广泛用于动作示范(体育类课程)语音示范(外语,音乐)书写示范(书法、美术等)课程中,但在多媒体辅助教学普及的时代,我们很多的计算机课程也可采用示范教学法。以“Web编程”课程[1]为例,教师在课堂上一步一步动手操作一个案例,如实现一个验证码,以引起学生相应的好奇心和求知欲,然后教师启发学生思考其中的重点和难点,并做相应解释。学生在紧跟其后的实验中亲自验证类似问题。在实现中还可能发现更多的问题,教师再进一步解释。
  模拟教学法[3]是指在教师指导下,学生模拟扮演某一角色进行技能训练的一种教学方法。这类教学方法在医学类课程中常常被采用。在计算机类课程中,我们也可以借鉴使用。以“人机交互技术”课程[4]为例,其中大量是作为开发原则的内容,对学生来说,缺乏趣味性。教师在教学过程中,可以参考使用模拟教学法,结合实践,创造适当的场景,如多媒体控制台,某类软件界面等,使学生既能模拟用户又能模拟设计者,体会一些既有设计的缺点和优点,从而激发思考,对于一些界面设计存在的问题和指导性原则才会有更加深入的体会。随着5G时代的到来,模拟教学法和虚拟现实仿真可以进行有机的结合,充分利用5G网络的传输速度快、延时低及稳定等特點,运用虚拟现实技术,AI智能技术等实现远程互动、虚拟现实,让学生沉浸在课程内容之中,交互式的体验会加深学生对知识的理解,从多个视角去观察和学习课程的内容,直观地身临其境的感觉,新颖的学习方式和生动形象的场景会充分刺激学生兴奋的细胞,调动学生的学习积极性,从而会提供教学质量,达到较好的教学效果。
  5G网络的到来,手机等各种移动终端的普及,为更好地实现虚拟现实提供保障。教师针对不同的课程设置不同的虚拟环境,不同课程之间不是彼此孤立的,所以相关的设备和虚拟场景可以有效地融合使用,对于设备和虚拟环境的故障,其维护成本也比较低,这使得教学中的模拟教学法的实现更容易成为可能。
  项目教学法[5]在专业拓展课程教学中用得非常广泛。例如在课程基本内容完成之后,将一个相对独立的项目交由学生自己处理,信息的收集、方案的设计、项目实施及最终评价,都由学生参与。学生通过项目的实施,了解整个过程并把握每一个环节中的基本要求。例如,大部分的专业拓展课程结课之前安排实训相应的内容。在实训过程中,学生通过连续几天时间完成一个项目,项目可以来自企业需要解决的实际问题。在“构思-设计-实现-运行”的教学活动中,学生主动构建知识、运用知识,这也是将专业基础课程中的知识得以应用和巩固,在此基础上对知识的理解再提升;与此同时还锻炼了技能,有了一定的解决现实问题的能力,做到“知行合一”,学生在动手实践中边学习探索边延伸知识,提高了学习的兴趣,进而形成良性循环,提高了学生的成就感和自信心,提高学生的核心竞争力,这与信息化技术支撑之下的人才培养目标也是一致的,统一的。
  4教学效果
  项目教学法、示范教学法以及模拟教学法的结合、交叉使用,通过几年的教学实践,我们学院的专业拓展课程教学质量有了明显提高,表现在学生的动手实践能力显著提升,在各类省级、国家级的设计大赛中参与热情和获奖人次都有显著提高,学生在课程设计与毕业设计中作品也有了很大的改善,从作品的类型和作品的应用水平上都有前所未有的进步。培养的学生毕业后的从业能力较之以前也有较大提高。
  这些教学方法虽然形式不一,方法不同,都是顺应的时代的发展需求,是相互彼此的有效补充,综合用在学生身上,充分调动了学生学习专业知识的兴趣,增强了求知的欲望,在这个过程中,慢慢地也实现了对于传统课堂的“翻转”,以学生为中体,让学生变被动为主动,让“被动灌输”变为“主动探求”;5G和移动终端的普及,让学生可以线上、线下结合学习,可以利用碎片时间学习,充分利用、管理好时间,使学生做自己时间的主人,规划好人生,夯实专业基础知识,利用拓展课程开阔自己专业视野,提高专业素养,也使得拓展课程达到较好的教学效果。
  5 结语
  本文根据计算机类专业中的专业拓展课程的特点,分析了该类课程教学过程中存在的问题,探索了一些行之有效的教学措施和方法,来提升新工科背景下人才的创新创业能力,以适应当前中国对工科类人才的要求,为国家的发展提供相应的储备人才,为新产业和新经济的发展提供人才支撑和智力保障。
  参考文献:
  [1] 传智播客高教产品研发部. PHP网站开发实例教程[M].北京:人民邮电出版社,2015.
  [2] 孙家广,胡事民.计算机图形学基础教程[M].2版北京:清华大学出版社,2009.
  [3] 王水珍.情境模拟教学法:研究特点及未来展望[J].教师教育论坛,2017,30(11),30:74-78,94.
  [4] 孟祥旭,李学庆,杨承磊.人机交互基础教程[M].3版.北京:清华大学出版社,2016.[LinkOut]
  [5] 李春蓉,李文华,杨翠芳.基于项目教学法的网页设计基础课程改革探索[J].中国教育技术装备,2018,(14):91-93.
  【通联编辑:张薇】
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