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新工科理念下程序设计课程教改策略
发布时间:2020-09-14

  摘    要: 程序设计课程在计算机相关专业的课程体系中处于重要的地位,在创新能力、现代工程观中的作用更是不可或缺。但目前程序设计课程的教学与国家工程教育的要求还存在一定差距。本文基于新工科理念的教学改革,力求以面向未来能力框架的构建为基础,建立学生技术技能成长机制。通过六维度的教学设计、P2BL教学方法的实施以及角色实践的过程培养学生可持续发展的能力。

  关键词: 新工科; 程序设计; 能力框架; 课程教学;

  自2016年以来,基于新工科视角工程教育的讨论逐渐热烈起来,随着讨论深入,逐步形成“复旦共识”等纲领性文件[1]。新工科教育是对“互联网+”“中国制造2025”等国家重大战略的积极响应,是铸就中国工程教育强国梦的一项系统工程。古语讲“天下大事必做于细,天下难事必做于易”,新工科教育应该从专业课程教学改革入手。

  一、程序设计课程教学中存在的问题

  程序设计课程是计算机类相关专业必修的课程,是软件工程教育的起点,但目前该课程的教学与新工科教育的要求还存在一定差距。

  第一,重视知识教学轻视认知培养。

  过分注重语句、语法等知识的教学,讲的是知识,学的是知识,考的也是知识。认知过程在布卢姆的“记忆、理解、应用”低阶层次循环,向“分析、评价、创造”高阶层次进化的程度不够,创新思维、问题求解、决策和批判性思维能力培养执行的力度不够。

  第二,工程情境构建不够重视。

  偏重客观知识体系的建构,忽视个人知识体系的建构;教学过程中的问题导向不够,实际问题解决能力考核不够;教学内容与软件工程环境脱节,体验性差获得感弱,不利于知识向能力的转化,不利于未来职业岗位角色认知的形成。

  第三,教学设计的维度不够。

  重视知识的深度,忽视认知的高度,不重视应用的宽度,缺少思考的角度,没有充分考虑学生的差异程度。课堂上存在如傅斯年先生所说的中国学者之言“联想多而思想少,想象多而实验少,比喻多而推理少”的现象,不利于学生自拓展知识结构、可持续性发展能力的形成。
 

新工科理念下程序设计课程教改策略
 

  第四,实验教学重知识建构轻设计思维培养。

  实验设计多用于客观知识体系的建构,设计性、自主性、综合性实验设计相对不足。缺乏设计思维培养,不能从产品和用户需求的角度设计实验,从而影响了技术理解力、创新能力、领导能力、现代工程观的形成。

  二、基于新工科理念的教学改革

  (一)面向未来的应用能力框架

  第一,“卓越计划2.0版”(即新工科)的知识结构。

  课程不仅是代表学校对学生的要求;更是代表社会对学生的要求,课程不仅是学生与学校的联结点,同时也是学生与社会的联结点。课程的本体功能是培养人,课程的广度与深度决定着个人发展的广度与深度[2]。“卓越计划2.0版”需要从“面向”转向“引领”,从“适应”转向“带动”,从“跟踪”转向“领跑”[3],培养学生解决未来问题的能力。而解决未来问题的知识结构应该是一种“自拓展”式的,所谓的“自拓展”是指学生通过深度学习,深刻了解核心课程所蕴含的自然之理,从而具备了根据个人天赋和社会需求,自行向任何知识领域进行拓展的能力[4]。不仅包括课程的客观知识结构,还包括结构化思考、逻辑思考、辩证思考等思维方式,能够以产业和社会需求为导向促进客观知识向个人能力转化。

  第二,校本特色的LUIBE’S能力框架。

  一是Leadership(领导力):具有技术领导力与IT项目管理能力,即善于发现问题、提供问题解决的方案;具有良好的职业素养,能够激发团队成员的热情与想象力;具有学习力、决策力和执行力。二是Understanding(理解力):具有技术理解力与设计思维,即能够把所学知识、原理应用于实际问题的解决,具有产品思维和服务客户需求的意识。三是Innovative(创新能力):具有创造性人格,具有创新、创业意识;掌握创造技法,了解知本创业理论、“互联网+”创业实务。四是Business(商务能力):掌握技术经济学的知识,了解企业与商业环境,理解相关业务管理的流程、标准与规范。五是Engineering(工程能力):掌握软件工程技术与规范、工程观与方法论;具有家国情怀与工匠精神、项目管理与资源整合能力。六是Sustainability(可持续发展能力):具有自拓展的知识结构、过硬的技术水平;具有求真意志与至善信念、良好的思维品质;具有一定的艺术与人文素养、正确的价值观。

  (二)六维度的教学设计

  第一,教育态度。

  法国科学家巴斯德曾有名言:科学无国界,但科学家有祖国,因此要坚持把立德树人作为中心环节,把思想政治工作贯穿教育教学全过程,实现全程育人、全方位育人[5]。通过社会主义核心价值观引导人,通过深厚的家国情怀感化人,通过大国工匠精神激励人,通过中华传统文化塑造人,通过红色基因改变人,通过创新实践发展人,最基本的是要教会学生如何做人,在未来社会中扮演好各种角色。

  第二,目标高度。

  认知目标不能仅停留在记忆、理解和应用的水平,还要向分析、评价和创造进化。知识目标不仅要关注结论,还要关联工程情境;不仅要关注知识体系的构建,更要关注学习力的提高。能力目标不能仅限于解决问题,更要向领导力培养转化;不仅要能够提炼出问题解决的方法,更要具有指导他人工作的能力;不仅要关注核心竞争力,更要关注产业和创业;不仅要关注服务,更要关注行业引领;不仅要关注职业的发展,更要关注事业的成功。情感目标不仅要关注自我实现,更要能够成就他人的梦想;不仅要关注个性发展,更要关注协作精神;不仅要关注民族的复兴,更要肩负造福人类、塑造未来的使命责任。

  第三,知识深度。

  在“互联网+”时代,碎片化知识不是知识,因此教学设计要引导学生构建完整的知识体系,包括客观知识体系以及与个人相结合的体系[6]。要服务学生在头脑中建立的知识图谱,挖掘知识间的联系,支持学习向深度发展。知识不是力量,它只有得到良好的应用才是力量。客观的知识只有经过系统学习、实践和反思才能真正转化成个人知识。个人的知识体系与客观知识体系有密切联系,还与是否能满足工作需求、是否能真正支撑目标的实现息息相关。因此,要构建以问题解决为导向的基于职业需要、项目(任务)需要、岗位需要、基于角色扮演需要的应用技能体系。

  第四,应用宽度。

  引领产业行业未来发展是新工科建设的新起点[7]。新工科教育不仅要重视培养学生的工程技术,还要重视技术理解力和设计思维的培养,能够把所学之道明得之理转化为产品,运用所学之技习得之术服务于客户需求。因此,要引导学生了解企业和商业环境,重视程序设计思维、数理逻辑、问题解决策略与业务处理方法的联系,注意跨学科的交叉融合。以满足人民日益增长的美好生活需要为目标,广度对接产业行业中的实际问题,促进学生建设性思考问题、系统化分析问题、生态化解决问题。

  第五,思考角度。

  早在2010年,耶鲁大学校长理查德·莱文在“中外大学校长论坛”上曾一针见血指出,目前中国大学的本科教育缺乏两个非常重要的因素,第一个是缺乏跨学科的广度,第二个是缺少对于批判性思维的培养[8]。因此要加强思维活动的设计,特别要注意开发学生独立思考和批判性思维能力。要教育学生勇于挑战书本中的结论和教师观点,敢于置疑论据的可靠性、结论的适用性、案例的特殊性;培养学生高度谨慎的态度,重视论证、推理、实验过程的严谨性,能够理性看待分歧、辩证认识争议。促使学生能够从不同角度发现问题,从不同方向提出问题,运用不同的思维模式分析问题,能够整合各种资源、选择合适的工具解决实际问题。

  第六,教学温度。

  教学设计要重视师生间心灵上的沟通,注意点燃学生的社会责任感、求知欲、进取精神和求真意志。教学方法要体现因材施教的原则,符合学生的心智特点,注意挖掘学生的潜力。教学过程要以培养兴趣为主,激发学生探索未知的热情,避免学习态度不端正、情感不稳定、意志不坚定等现象的发生。教学任务的设计要体现多元性,教学进程要体现并行性,让学生有选择空间,支持学生的个性化发展。教学目标的实现要关注“最近发展区”,注意挖掘学生的潜力,让每个学生都有获得感。教学理念要以学生为本,不仅要关注岗位胜任能力,更要追求职业幸福感;不仅要关注成才,更要重视情感体验;不仅要关注成功,更要成就完美人生。

  (三)以问题解决为中心的角色实践

  第一,循序渐进的技术技能成长机制。从程序设计教学角度来讲,不仅要重视理念和规范,更应该关心如何实现。因此,要围绕“互联网+”产业构建实践教学链,建立校企等利益相关者参与的学生技术技能成长机制。课程体系的构建要突出工程主体性,做到理论与实践并重,学习与应用并重,服务于“做中学、学以致用,学中做、做以治学”知行合一的目标。教学内容要项目化、任务化,实践过程CDIO化。要促进教师角色的转变,工作重心从传授知识向答疑解惑、引领指导终身学习能力、适应快速变化的社会能力方面转变。

  第二,P2BL教学方法,即在理论教学中采用基于问题、在实践教学中采用基于项目的方法。该方法强调以问题解决为中心,将学习与问题或任务挂钩,强调把学习设置到有意义的问题情景之中,通过学习者的自主探究和合作来解决问题[9]。如在“小学期”综合实训中,将(问题)项目分解为若干个子问题(项目),形成问题体系链(项目块链),并将子问题(项目)分布到日常教学的进程之中。让学生从熟悉的项目开始学习调研、需求分析和总体设计;在基本算法教学的过程中学习详细设计;在数组、结构体等复杂数据类型教学的过程中学习优化项目。

  第三,软件工程中的岗位与角色。随着社会发展,社会分工越来越专业化,工作岗位职责也越来越精细。在当今大生产大协作的背景下,一个人要有能力扮演好多种角色。目前,大多软件开发企业的组织架构是矩阵型的,既有按管理层次、按工作属性纵向深入的职能部门,也有根据项目研发需要,由来自相关职能部门人员临时组建的团队。这些人员所扮演的角色随项目启动而开始,随项目结束而终止回到原岗位,是一种动态角色。软件工程师是否胜任岗位工作取决于其基本角色的扮演能力。而技术理解力的提高、设计思维的发展以及领导力的形成更多取决于动态角色的扮演能力。

  因此,在综合性实践课程教学中,要采用项目驱动、团队合作的方式,让学生通过角色定位了解与程序设计相关的职业与岗位,了解社会对该角色的期待以及所扮演角色的职业前景,发展路线图。通过角色扮演实践明确角色标准与规范、理解角色责任和义务,培养角色技能、团队合作能力、项目管理能力,提高专业的获得感和职业的认同感。最后要对学生角色扮演的效果以纵横两个维度进行科学评价,纵向基本角色的评价重在岗位技术技能,横向动态角色的评价则要突显学生的领导力,体现其在业务流程优化和创新中的价值。

  三、结语

  随着经济发展,我国将在许多领域逐渐起到引领未来发展的作用,承担为行业探路的责任,不仅需要理论上的突破,也需要技术上的革新与创造。“卓越计划2.0版”软件工程师的成长需要努力学习、潜心实践和深度思考。在信息融合的背景下,更需要良好的高等教育为他们的成长指明方向、提供专业发展的“路线图”,并整合社会资源为他们提供高水平的实践机会。新工科理念的程序设计课程教学改革意在通过CDIO教育模式引导程序设计课程教学由学科导向向工程导向转变,引导学生加强软件工程实践,培养软件工程领域的领导者和“卓越”的实践者。

  参考文献

  [1]赵志根,等.新工科背景下测绘工程专业人才培养方案修订[J].教育教学论坛,2020(11):293-294.
  [2]刘健,邹晓平.怎样构建“卓越”的知识结构[J].中国大学教学,2017(1):61-65.
  [3]刘志军,等.以卓越计划2.0版为契机推进高等工程教育改革[J].西北工业大学学报:社会科学版,2018(1):35-39.
  [4]于莉莉,等.新工科背景下高校创新人才能力培养研究[J].科技创业月刊,2018(1):87-89.
  [5]刘洋,等.高校基层党组织建设质量提升途径的研究与思考[J].高等农业教育,2019(6):50-53.
  [6] 田志刚.如何成为专家[M].北京:电子工业出版社,2018.
  [7]林健.新工科建设:强势打造“卓越计划”升级版[J].高等工程教育研究,2017(3):7-14.
  [8]王作权.我国现代大学制度改革的四维张力探析——基于西方大学理念的视角[J].徐州师范大学学报:哲学社会科学版,2011(1):146-150.
  [9]金花.探讨PBL教学法在手术室护理带教中的应用效果[J].中国社区医师,2020(4):183+185.

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