新工科背景下计算机课程的项目驱动式教学

苏树智 谢玉麒 蒋社想

（安徽理工大学计算机科学与工程学院 安徽·淮南 232001）

随着计算机技术的飞速发展，以人工智能、云计算、信息技术、大数据技术为代表的现代计算机前沿技术正逐渐成为衡量一个国家跟上时代潮流与否的标准。目前，我国正处于产业结构的转型期，为实现从“中国制造”到“中国创造”的转变，在复杂多变的国际形势中立足，近年来我国对于掌握计算机技术人才的需求逐渐扩大。高校作为培养人才的主要基地，担当者为国家输送新鲜科技人才血液的重要角色，因此，“新工科”背景下的计算机课程教学的优化改革将成为当代高校的工作重心之一。

1 新工科背景下工程教育环境

为了适应时代发展特点对高校工科教育的要求，培养满足新时代要求的创新实践人才，“新工科”思想应运而生。2017年2月18日，教育部在复旦大学召开“高等工程教育发展战略研讨会”，与会专家对新时期工程人才培养进行了深入探讨，并最终达成了十点“新工科”建设意见共识，称为“复旦共识”。从此，“新工科”建设活动全面开展，为工程教育改革创新提供一个全新视角和中国模式。新工科建设是我国工程教育改革的重大战略，是今后我国工程教育发展的新思维新方式、新理念、新结构、新模式新质量新体系。

“新工科”背景下的课程改革要求学生全面发展，其中不仅包括理论知识的学习和基本动手能力，更是对学生独立的分析和解决问题的能力做出了更高的要求。新工科的内涵是：以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才。“工科”是本质，“新”是取向，要把握好这个“新”字，但又不能脱离“工科”

2 我国计算机课程教育现状

我国是工程教育大国，作为以工程教育主体内容的计算机专业教育的需求日益增长，近年来，随着高校的不断扩招，对于高校学生的计算机相关综合素质要求也相应提升，计算机教育受到了前所未有的挑战。目前，绝大多数高校采取的依旧是传统以课堂理论教学为主的人才培养的模式。但随着知识的迭代，传统的教学方法难以达到时代是需求。具体来说，对比新工科对高校教育提出的要求，目前计算机专业课程存在以下不足：

2.1 偏重理论，缺乏实践教学

一般情况下，大多数高校采用以书本为主的“课程主线教学模式”，通过教师讲授课本的知识，学生记住书本上的内容为教学的目标。这种教学方式的特点是偏重理论知识的记忆。新工科要求工科教育不局限于书本，要求在具体的实践环境中培养学生的知识实际运用和分析解决问题等综合能力，偏重理论而忽视实践的教学思想无疑与新工科思想背道而驰。

2.2 课程内容陈旧，未体现多元化

当前高校对在校学生的能力要求仅限于掌握理论知识和一定程度的实际动手能力，因此学校开设的课程也以基础知识和导论性质为主。在传统计算机高校课程教学中，教学程序体系以数学类教材为先导知识和基础内容，辅以计算机知识介绍，随着年级的增加逐渐介绍各种编译语言、计算机原理和编译思想。这种知识教学体系直接导致了高校教材都会按照上述思路进行配置，因此不同学校的学生拿到的教材大同小异。

然而，随着知识的迭代更新，这种老传统教学法存在难以进行特色教学、实际应用效果差、学生积累经验难等问题。“新工科”教学理论体系要求高校注重教育的创新，这里的创新不仅是培养学生的创新的能力，更在于学校教育体系自身的改革。同时，“新工科”要求培育多元性人才，要求学生既有明确的专业学习方向，又能灵活多变，适应环境的变化和知识技能的更新迭代。显然，目前的传统教育思想难以培养符合新工科要求的学生。

2.3 “政校企”功能定位不明确

目前，高校教学培育的主要环境依然是学校，然而学校难以像企业一样提供实际项目供学生实际操作。部分学校虽和企业有一些合作，但企业大多没有结合高校特色和高校实习生的具体情况，忽视了学生的具体实习需求，在这种情况下，学生无法将高校学习到的知识和企业的实际运用有机的结合。为解决这个问题，新工科提出高校学生实践能力和培养需要政府职能的参与，由政府为学校和企业的合作牵线搭桥，增强校企之间的合作性。

为了顺应新工科的大方向，培养理论扎实且具备实践和创新能力人才，需要将实际的项目融合日常的教学过程中，形成以项目驱动的计算机课程教学体系。

3 项目驱动式的计算机课程教学

新工科建设要面向产业需求，落实到专业教学实践中，提高人才培养供给侧于需求侧之间的契合度。基于CDIO（Con-ceive、Design、Implement、Operate，即构思、设计、实现、运行）理念的项目驱动式教学是近年来活跃在教育教学舞台上的当代教学模式。项目驱动式教学以项目作为任务主体、实现项目要求为目标，实施以学生为主导的创新能力培养，让学生在项目过程中对已经学到的知识进行查缺补漏，提高学生创新能力和实际解决问题的能力。在计算机课程中，项目驱动式教学主要步骤如下：

3.1 项目设计与成立阶段

项目驱动式课程教学思想适用于实际应用型学科，教学的第一阶段是设计项目。以编译语言为例，项目一般的设计形式是应用该课程编译语言设计一个拥有某个完整功能的程序。根据“新工科”对人才培训的要求，项目的设计与指派应更加灵活，项目任务可以根据学生能力灵活指派。教师在教授课程的同时以小组的形式分派具体的项目驱动式教学目的在于培养学生自主完成项目全过程，因此也鼓励学生自己设计项目，随着能力的加强，项目的设计工作也由学生自主完成。

3.2 项目分析与求解阶段

学生被分配到项目后，凭借已有知识和查阅相关资料对项目主题和要求进行理解和分析的阶段称为项目分析阶段。该阶段由学生独立完成，在对项目的分析和理解的过程中，学生的思考能力得到了锻炼，由于受限专业课知识的不足，学生通常会带着自己项目中的问题和瓶颈来进行理论的学习，从而激发学生学习的主动性。在对项目有一个整体的分析后，项目驱动式教学要求学生以文档的形式给出问题解决的具体方法和思路，通过文档的写作，学生的写作能力也得到了锻炼。

3.3 项目编程与测试阶段

该阶段是项目驱动式教学的核心阶段，通过上一阶段对项目的具体分析和给出的解决思路，学生按照项目要求使用课程要求语言进行编程。对于功能较为复杂的系统，可将其划分为多个子级任务分派给同组的不同学生编码，各自完成不同的功能，待功能完成后统一进行调试。编码完成后即可进入测试阶段，测试环节是软件项目不可缺少的重要环节，测试结果直接决定了程序是否满足项目的要求。由于各个任务之间存在连贯性，组内的各个成员不是独立的个体，项目的顺利完成需要成员之间的交流和合作，该环节锻炼了学生的组织交流能力和团结合作能力。

3.4 项目创新拓展阶段

为响应“新工科”对计算机课程的相关要求，高校在监督、辅导学生完成学习和项目的同时，有意识的引导学生对自己的项目进行创新拓展。学生可通过阅读新的期刊和文献，学习计算机领域的新知识和新思想，再尝试使用学到的思想对自己的项目的进行优化和改进。“新工科”环境要求学生不再受到传统编译思想的束缚，不应停留在完成功能的阶段，要以对自己项目的理解和运用新知识开拓创新。

3.5 总评阶段

项目完成后，由教师对于项目进行考查。从总体上来说，考核的标准是学生小组所提交的程序是否基本完成了项目所需求的基本功能、是否能正常运行、文档写作是否合乎规范等。由于项目驱动的特点和计算机课程的特殊性，评价方式也不应是单一的理论考核和线性的功能演示，应该契合新工科背景的特点，进行多元的、灵活的、过程性的考核。通过将算法，程序设计，项目解决思想作为考核重点，强化程序设计中独立性、实践能力、创新能力等，引导学生如何高效进行程序设计。学习成绩考核组成部分中，应重点评估学生日常学习中获取新知识的检索、整合、融会贯通能力，包括阅读习惯、学习习惯、专注度（持续性）及学习成果等。综合性质的评价体系可以更加客观的体现出学生在项目中所学到的知识，让学生对课程学习过程有一定的认知和总结，为接下来其他课程的学习打下基础。

4 思考与总结

项目驱动式课程教育思想早在 2013年就已经被提出，CNKI数据显示，过去近7年来关于项目驱动式的讨论文献期刊已超过5000篇，学术讨论规模如此强大，但时至今日高校的主要教学方法仍停留在理论为主的课堂知识教学，其原因主要为缺乏实际应用价值。然而，随着“新工科”的要求，项目驱动式教学有了扎实的时代背景与理论基础。

综上所述，“新工科”时代背景下，传统的以重理论，轻实践的计算机课程教学很难培养出一批跟得上时代发展脚步的新时代计算机专业技术人才。“项目驱动式”的实践课堂教学模式的建立需要各个方面共同发力，改变传统课堂教学的困境，使得学生真正成为课堂教学的参与者和主体，使教师成为了学生自主参与课堂教学的推动者，积极调动学生对于探索知识的研究积极性和自主创造能力，增强学生在课堂中解决实际问题的意识和能力，真正地让学生成为“新工科”环境所要求的社会需要应用技术型专业人才。