吳洪狀 程誠 楊聰 彭濤

摘要：“新工科”建設旨在培養(yǎng)具備跨學科知識和綜合技能的工程科技人才，更多地強調了創(chuàng)新能力、實踐經驗、團隊合作能力等綜合素質，對工科人才的要求顯著提高。程序設計類課程是計算機類、機電類等眾多工科專業(yè)的必修課，是培養(yǎng)學生計算思維、實踐創(chuàng)新能力的核心課程。然而，傳統(tǒng)的程序設計類課程教學存在教學模式與學生能力需求不匹配、考核評價方法與學生培養(yǎng)目標不匹配、課程思政建設不足等問題。因此，文章從教學模式、考核評價方法、課程思政三方面進行程序設計類課程教學改革研究，以培養(yǎng)學生實踐創(chuàng)新、團隊協(xié)作等綜合能力，更好地適應現代科技領域的需求。

關鍵詞：新工科；程序設計；教學改革；教學模式；考核評價方法；課程思政

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）08-0162-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

0 引言

2017年，教育部通過“復旦共識”“天大行動”以及“北京指南”，探索形成了“新工科”建設理念，并開啟了“新工科”建設模式[1]。在當前時代背景下，工科人才的跨學科知識技能、實踐經驗、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、團隊合作能力、國際視野、社會責任感、自主學習和問題解決能力等綜合素質受到更多的關注，成為人才評價的重要組成要素，“新工科”建設是適應時代需求，推動工程教育創(chuàng)新的一項重要戰(zhàn)略舉措。2023年2月，教育部等五部門印發(fā)《普通高等教育學科專業(yè)設置調整優(yōu)化改革方案》，提出“推動高校積極主動適應經濟社會發(fā)展需要，深化學科專業(yè)供給側改革，全面提高人才自主培養(yǎng)質量，建設高質量高等教育體系”等改革指導意見。

程序設計類課程在高等工科教育中具有重要的意義，因為它們不僅培養(yǎng)了學生在計算機科學和軟件工程領域的核心技能和知識，還能夠有效培養(yǎng)學生在各個科學領域的計算思維，提高問題解決能力，適應科技行業(yè)的需求，促進創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，推動各種產業(yè)的數字化轉型。另一方面，在當前人工智能、大數據、科學計算、智能化等領域的技術風暴下，掌握并靈活運用一種或幾種計算機編程語言是當代工科人才必備的能力。然而，目前部分高校在教授C/C++、Python、Java等計算機程序設計類課程時，還保留著傳統(tǒng)的灌輸式授課方式以及常規(guī)的考核評價體系，不利于工科學生開拓思維、靈活掌握知識、創(chuàng)造性地運用知識[2]。因此，在“新工科”建設背景下，對計算機程序設計類課程進行教學改革具有重要的意義。

為了滿足“新工科”背景下多樣化、實踐創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)訴求，程序設計類課程教學改革勢在必行。近年來，許多教育者對程序設計類課程進行了教學改革研究。于莉莉等[3]針對非計算機專業(yè)的計算機C語言程序設計課程如何融入專業(yè)知識問題，提出了合理選擇案例教學的改革重點。趙滿坤等[4]提出基于學生中心、產出導向、持續(xù)改進理念的程序設計類課程教學改革方法，以解決學生個體差異大、理論與實踐脫節(jié)等問題。張學欽等[5]提出基于“OBE+課程思政”的教學理念，用于Java語言程序設計課程改革，以培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力以及創(chuàng)新思維。童宇等[6]以Python程序設計為例，從教學目標、教學內容、教學模式和考核方式四個方面進行教學改革，提出了能力培養(yǎng)為主，融入思政元素，契合社會需求，解決復雜問題，以學生為中心，能力與知識考核并重等改革思想。這些改革都取得了一定的成效，并對未來進一步改革的方向具有指導作用。然而，在當代科技發(fā)展現狀下，對工科人才提出更高的要求，課程改革需緊跟時代的步伐；另一方面，思政內容還需進一步融入，潛移默化地培養(yǎng)學生的工匠精神。

該文章以蘇州大學未來科學與工程學院“新工科”建設實踐為背景，以多學科交叉創(chuàng)新為載體，以培養(yǎng)符合時代發(fā)展與國家未來需求的拔尖創(chuàng)新人才為導向，致力于解決程序設計類課程在教學目標、教學內容、教學方法、考核評價等改革中遇到的關鍵問題，進行課程教學模式與考核評價方法改革，并加入課程思政建設，總結出一套適用于“新工科”建設創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的程序設計類課程教學體系，以鼓勵學生更加深入思考，提高學生團隊協(xié)作能力與解決問題的能力，培養(yǎng)符合需求的工科人才。最終，以Python程序設計課程教學改革為例，進行實踐研究。

1 程序設計類課程教學現狀及分析

在“新工科”建設背景下，當前的計算機程序設計類課程教學體系主要存在以下問題：

1）教學模式與學生能力需求不匹配。計算機程序設計類課程與其他專業(yè)課不同，具有抽象概念理解難度大、知識點多且雜的特點，編程涉及很多抽象概念，如變量、函數、對象、類等，初學者可能需要時間來理解這些概念，尤其是沒有編程經驗的學生，在不理解教學內容的情況下會使學生失去學習興趣和積極性。傳統(tǒng)的教學注重理論知識的講解，以教師講授為主，學生被動接受知識，缺乏與學生的互動交流，缺乏對學生學習主動性的積極引導，難以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和實踐能力，所涉及的實驗案例也往往是“為了實驗而實驗”，保留著應試教育的特征，無法滿足“新工科”建設背景下對工科人才實踐創(chuàng)新能力等綜合素質培養(yǎng)的需求。另外，對于程序設計類課程，學生層次化明顯，傳統(tǒng)的教學方法很難根據學生已有的知識體系進行個性化培養(yǎng)。

2）考核評價方法與培養(yǎng)目標不匹配。在當前“新工科”建設背景下，計算機程序設計類課程的人才培養(yǎng)目標應該更加貼近行業(yè)需求和技術發(fā)展趨勢，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維與問題解決能力、跨學科知識融合能力、團隊合作與溝通能力等綜合素質。然而，當前程序設計類課程考核方法一般沿用傳統(tǒng)方法，即以上機考試的形式對課程基礎理論與方法進行考核，主要包括選擇題、填空題和編程題，其中編程題大多是脫離生產實際的、為了考察特定知識點而設計的問題。這種考核方式較為單一，只能考查學生對于知識點的接受能力，無法考查學生對于知識的運用能力、實踐創(chuàng)新能力，導致學生動手能力較弱、解決實際問題的能力無法得到培養(yǎng)。

3）課程思政建設不足。課程是提升高等教育質量的根本元素，專業(yè)課程是課程思政建設的基本載體，然而，思政教學融入計算機程序設計類專業(yè)課面臨著以下困難：課程建設與課程思政脫節(jié)，教師往往關注教學內容的完善性和邏輯性、教學方式的可行性與先進性等，而對課程的育人功能重視不夠，造成“教書”與“育人”不同；課程思政實踐中生搬硬套，無法將思政元素有機融入課堂教學中。

2 程序設計類課程教學改革

針對“新工科”背景下計算機程序設計類課程存在的教學模式與學生能力需求不匹配、考核評價方法與學生培養(yǎng)目標不匹配以及課程思政建設不足等問題，研究致力于程序設計類課程教學模式與考核評價方法改革，并將思政元素有機融入課堂教學中。在教學模式上，構建“教師-學生中心過渡”型課堂教學模式；在考核評價方法上，設計“個人考核+團隊項目”的考試結構；在課程思政建設上，開展基礎知識、案例探究、綜合訓練三位一體思政元素融入設計。

1）“教師-學生中心過渡”型教學模式。對于程序設計類課程，以教師為中心的課堂教學具有以下優(yōu)勢。①結構明確：由教師按照既定的教學計劃和大綱來組織課程，確保課程內容的有序傳授。②有效教授專業(yè)知識：教師通常具有深厚的專業(yè)知識和經驗，可以向學生傳授重要的編程概念和技巧。③有效控制課堂：教師可以更好地控制教學過程，確保學生學習到必要的內容，并且可以快速解決學生的疑問。④適用于基礎知識教授：更適合向學生傳授基礎的編程知識和技能，特別是對初學者。而以學生為中心的教學具有以下優(yōu)勢。①學生參與度高：這種教學方法鼓勵學生積極參與學習過程，提問問題，討論和分享觀點，從而增強學習動力。②促進學生自主學習：學生有更多的自主權，可以選擇自己感興趣的項目和學習路徑，有助于培養(yǎng)獨立學習的能力。③適用于實踐和項目導向：學生可以參與實際項目和科技競賽，通過實際操作來鞏固所學知識。④個性化學習：更好地滿足不同學生的學習需求，因為每個學生的背景和學習速度都不同。⑤培養(yǎng)問題解決能力與實踐創(chuàng)新能力：學生為中心的教學鼓勵學生獨立思考和探索問題解決方法，培養(yǎng)了實踐創(chuàng)新能力。

僅使用以教師為中心的教學模式無法滿足“新工科”建設下對工科人才實踐創(chuàng)新能力的要求，且僅使用以學生為中心的教學模式會導致課堂的不可控性，尤其是在學生還沒有學習大量基礎知識時，找不到學習方向，很難進行自主探討式的學習。因此，提出“教師-學生中心過渡”型教學模式：在計算機程序設計類課程中，可以首先以教師為中心，建立堅實的基礎，然后逐漸過渡到以學生為中心的教學，鼓勵學生應用所學知識來解決實際問題。對于基礎知識教授，采用以教師為中心的模式，但需要基于實際生產生活，設計具有趣味性、涵蓋主要知識點的教學案例，引出并總結主要知識點，使學生潛移默化地掌握知識；在后續(xù)的綜合性教學和實驗教學中，采用以學生為中心的模式，基于工程需要、比賽項目等設計具有層次性的問題案例，以師生研討和學生小組討論的方式，引導學生思考，一步一步地解決綜合問題，提高新工科背景下學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

2）個人考核與團隊項目并重的考核評價方法。個人基礎知識考核旨在評估學生對計算機程序設計的核心概念和技能的理解與掌握程度，主要包括基礎知識的考核和簡單的編程應用考核。個人基礎知識考核方法一般通過期末考試完成，其能夠有效評估個人能力，有助于教師確定每個學生在課程核心概念方面的獨立水平；可以提供有針對性的反饋，幫助學生了解自己的強項和弱點；考核方式相對公平，每個學生都有機會在獨立環(huán)境下展示自己的技能。但是這種考核方式無法體現學生的實踐創(chuàng)新能力以及團隊協(xié)作和溝通能力。

團隊項目考核是對學生團隊合作環(huán)境下運用程序設計知識與技巧解決實際問題的能力進行評估，學生需要清晰地表達項目設計和實施過程，演示項目成果，并且說明他們在項目中的角色和貢獻。其可以考查學生在項目實踐中的團隊協(xié)作、溝通和解決問題的能力；展示學生的實踐能力，為學生適應當代社會生產模式奠定基礎。然而僅使用這種考核方法無法準確評估個人能力，如不同成員的代碼編寫能力、算法設計能力等。

因此，針對當前考核評價方法與學生培養(yǎng)目標不匹配的問題，提出個人考核與團隊項目并重的考核評價方法。對于個人考核，建立一個能力與知識考核并重的多元化考核評價體系，以考試的形式，對學生的知識掌握與應用情況進行考核，以保證學生的知識水平；對于團隊項目考核，以學生自行組建團隊、自擬課題、老師審核可行性的方式進行，以路演及答辯的形式完成考核，根據團隊成員分工與完成情況進行打分，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、團隊協(xié)作能力等綜合素質。

3）深化課程思政立德樹人建設。圍繞社會主義核心價值觀教育、法治教育與中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化教育，展開程序設計類課程思政元素設計。在基礎知識教授、師生案例探究、綜合實驗訓練三方面的教學過程中，精心選擇既能涵蓋核心知識點，又能履行思政教育使命的案例任務，能讓學生在完成課程知識學習的同時，在案例分析中受到教育和啟發(fā)，以培養(yǎng)學生精益求精、堅韌不拔的大國工匠精神，潛移默化地提高學生的思想水平、政治覺悟、道德素質與文化素養(yǎng)。

在基礎知識教授方面，為核心知識點設計課程思政教學案例，例如，在函數講解時，通過軟件模塊的耦合介紹人與人、人與社會的關系，一個完整程序是整體，每個函數是局部，演示局部對整體的影響，幫助學生建立積極正確的社會認知。在師生案例探究方面，設計具有思政教學意義的應用舉例，例如，在開發(fā)一個社交網站時，需要考慮用戶言辭的合適性，需對關鍵字做出過濾，防止用戶發(fā)布過激、不當的言論，引導學生尊重他人的感情與個人隱私，并且學會做一個對自己負責的人。在綜合實驗訓練方面，考慮思政元素，設計團隊項目實驗內容，例如，以小組的形式進行垃圾識別與分類項目，項目本身能夠激發(fā)學生的環(huán)保意識，引導學生保護環(huán)境。另外，項目需要進行模塊化編程，每人負責不同的模塊，一個模塊存在問題，會導致整個項目的失敗，幫助學生培養(yǎng)社會責任感，同時也能培養(yǎng)學生互相幫助、協(xié)作共贏的精神。

3 結束語

在“新工科”建設背景下，針對計算機程序設計類課程存在的教學模式與學生能力需求不匹配、考核評價方法與學生培養(yǎng)目標不匹配以及課程思政建設不足等問題，進行教學模式和考核評價方法改革，并深化課程思政建設，提出“教師-學生中心過渡”型教學模式、個人考核與團隊項目并重的考核評價方法，促進“新工科”建設下工科人才實踐創(chuàng)新能力、團結協(xié)作和解決問題能力等綜合素質的培養(yǎng)。進行了Python程序設計課程教學改革實踐，實踐表明，課程教學改革對教學起到了促進作用，好評率達到99.2%，學生上課積極性和教學效果顯著提高。

參考文獻：

[1] 王春，肖建于，沈龍鳳，等.新工科背景下Python語言課程教學改革[J].淮北師范大學學報（自然科學版），2021，42（4）：88-91.

[2] 閔源， 許春冬. 人工智能時代的《Python程序設計》課程教學改革與實踐[J]. 科教導刊-電子版（下旬）， 2022（12）：187-189.

[3] 于莉莉， 蘇曉光， 李晶. 新工科背景下計算機程序設計類課程案例教學改革研究[J]. 電腦知識與技術， 2018，14（15）：158-159.

[4] 趙滿坤， 徐天一，張文彬， 等. 新工科背景下程序設計類課程教學改革探索[J]. 計算機教育， 2023（2）：149-152.

[5] 張學欽，賈媚媚. 新工科背景下基于“OBE+課程思政”理念的教學設計與實施——以“Java語言程序設計”為例[J]. 南陽師范學院學報， 2023，22（1）：60-63.

[6] 童宇， 張明鍵. 面向新工科的Python課程改革探析[J]. 科技視界， 2022（21）：95-98.

【通聯(lián)編輯：王 力】