計算機專業(yè)新工科教學(xué)改革研究

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1教學(xué)改革的內(nèi)容和意義

1．1教學(xué)改革的內(nèi)容．教學(xué)改革的目的是為更好地實現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標，不同的培養(yǎng)目標需要不同的課程體系來實現(xiàn)，計算機專業(yè)培養(yǎng)目標的課程體系主要由專業(yè)基礎(chǔ)課／專業(yè)課程組成．專業(yè)基礎(chǔ)課包括離散數(shù)學(xué)／數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)／算法設(shè)計與分析等主要的基礎(chǔ)課程．專業(yè)課程又可以分為軟件能力培養(yǎng)和硬件設(shè)計能力培養(yǎng)兩個主要方面，軟件能力培養(yǎng)由一系列的語言課程來完成，包括C／C＋＋程序設(shè)計／Java／面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計／net程序設(shè)計．項目的主要研究內(nèi)容在于如何對相應(yīng)的軟件能力培養(yǎng)方案部分以及相應(yīng)的程序設(shè)計課程進行優(yōu)化改進，強化計算機專業(yè)學(xué)生的編程能力，以適應(yīng)新的智能時代的要求．程序設(shè)計的核心是算法，大數(shù)據(jù)人工智能時代后，大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘、智能控制、智能算法等算法逐漸成為程序設(shè)計的核心．近年來，人類逐漸進入人工智能時代，而人工智能時代的基礎(chǔ)就是程序設(shè)計，特別是基于智能算法的軟件程序設(shè)計．教學(xué)改革的一個重要措施就是在計算機專業(yè)的程序設(shè)計課程中，引入智能算法的內(nèi)容．教學(xué)改革計劃在教學(xué)計劃中適當增加一些人工智能（AI算法的學(xué)習(xí)，嘗試開設(shè)MATLAB／Python數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)等課程，使學(xué)生具備一定的大數(shù)據(jù)人工智能算法基礎(chǔ)．這樣也帶來一些新的問題，首先是在計算機程序設(shè)計的教學(xué)上，如何合理的安排和設(shè)置新的程序設(shè)計課程體系，加入新的智能程序設(shè)計課程；其次是隨著智能算法等算法的出現(xiàn)，算法的理論和實踐復(fù)雜度和難度大大提升，這就給程序設(shè)計的學(xué)習(xí)帶來了新的困難，如何運用直觀地、動態(tài)地、圖示化的方式來講解算法，讓學(xué)生能更好的掌握智能算法，是我們教學(xué)改革研究的重要內(nèi)容之一．其次，不管是傳統(tǒng)軟件程序設(shè)計還是新興的智能算法程序設(shè)計，程序設(shè)計能力的核心是實際動手編程能力，如果學(xué)生只聽課，不加強實驗，根本無法達到學(xué)習(xí)目的．因此課程的實驗環(huán)節(jié)設(shè)計是課程質(zhì)量的核心．如何采用各種方法提高學(xué)生的實際動手編程能力是研究的重點．另一方面，我們認為程序設(shè)計能力的培養(yǎng)是一個長期漸進的提高過程，我校計算機專業(yè)的程序設(shè)計課程從大學(xué)一年級就開始開設(shè)，大學(xué)一年級開設(shè)“C語言程序設(shè)計”，后續(xù)會繼續(xù)開設(shè)“面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計（C＋＋”以及“Java程序設(shè)計”，“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計”，以及現(xiàn)在新增的“Python程序設(shè)計”等．目前存在的一個主要問題是，教師和學(xué)生都對程序設(shè)計能力培養(yǎng)的連續(xù)漸進提高認識不足，對這些課程的教學(xué)和學(xué)習(xí)往往像完成孤立的任務(wù)一樣，學(xué)生拿到學(xué)分就結(jié)束了，持續(xù)性的關(guān)注不夠，培養(yǎng)效果不理想，需要進行相應(yīng)的教學(xué)改革來加強．1．2教學(xué)改革的作用和意義．1發(fā)展以智能算法編程能力為核心的計算機專業(yè)新工科建設(shè)改革，使學(xué)生在人工智能（AI時代具備較強的就業(yè)能力和良好的職場生存和發(fā)展能力．適當開展基于人工智能算法的程序設(shè)計，開設(shè)MATLAB、Python等人工智能語言的課程，適應(yīng)大數(shù)據(jù)人工智能時代的人才要求．2程序設(shè)計作為一種思維訓(xùn)練的手段被學(xué)界廣泛承認．學(xué)習(xí)編程不但能培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力，邏輯思考能力，不能使學(xué)生做事專注細心，提高學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造能力和綜合素養(yǎng)并使學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣．3程序設(shè)計是計算機學(xué)科的大多數(shù)其它專業(yè)課程，如操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、編譯原理、人工智能等課程必要的實踐環(huán)節(jié)基礎(chǔ)，學(xué)生程序設(shè)計能力差，這些后續(xù)課程都不可能學(xué)好．提高學(xué)生程序設(shè)計能力，能有效提高后續(xù)課程的學(xué)習(xí)效果．

2教學(xué)改革擬解決的問題和達到的目標

2．1存在的問題．1優(yōu)化本科培養(yǎng)方案中的程序設(shè)計課程設(shè)置，鑒于學(xué)生的程序設(shè)計能力的提高是一個連續(xù)漸進的過程（全周期4年，再加上新加入的智能語言如Python等，在教學(xué)計劃的安排上突出程序設(shè)計能力鍛煉課程的連續(xù)性，在一些程序設(shè)計空白學(xué)期可以考慮安排增加程序設(shè)計的課程設(shè)計課等小課程或者項目實習(xí)課，讓學(xué)生專注于程序設(shè)計能力的持續(xù)提高．2為提高學(xué)生程序設(shè)計的興趣和動力，要有一個好的開端，抓好一年級的“C語言程序設(shè)計”課程，因為“C語言程序設(shè)計”是學(xué)生接觸的第一門程序設(shè)計課，大多數(shù)學(xué)生都反映難學(xué)，小部分學(xué)生在學(xué)習(xí)中期就有了放棄繼續(xù)學(xué)習(xí)下去的念頭，沒有信心與動力，而學(xué)生反映的難點主要在動手編程方面，如何在C程序設(shè)計課以及后續(xù)的程序設(shè)計課程中采取多種手段提高學(xué)生的動手編程的興趣、動力是難點．3具體課程教學(xué)中存在的其他問題．如教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)課時之間的矛盾；教師的綜合業(yè)務(wù)水平有待提高；教學(xué)方法、方式有待改進；改變重課堂教學(xué)，輕實驗教學(xué)的教學(xué)模式．學(xué)生方面要改進的問題有：程序設(shè)計能力的重要性認識不足，學(xué)習(xí)目的不明確，學(xué)習(xí)動力壓力不足；邏輯思維能力較弱，想象空間較窄；初學(xué)者易產(chǎn)生厭學(xué)情緒；重教輕學(xué)，重理論輕實踐；考試能力強，編程能力弱．4開設(shè)Matlab／Python數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)等課程，有一定深度和難度（很多原來是研究生課程．如何結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、機器人、大數(shù)據(jù)相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，開展人工智能算法的程序設(shè)計能力培養(yǎng)，是一個需要考慮的新的領(lǐng)域問題．2．2教學(xué)改革的目標．教學(xué)改革力圖在兩個重要方面取得進展，一個是讓學(xué)生具有大數(shù)據(jù)人工智能時代要求的人工智能數(shù)據(jù)分析、挖掘方面的知識并具有相關(guān)的智能程序的編程能力．另一方面是通過持續(xù)不斷的編程訓(xùn)練，讓學(xué)生的編程能力有質(zhì)的提升，目的在于提高學(xué)生的就業(yè)競爭力．1通過結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、機器人、大數(shù)據(jù)的相關(guān)專業(yè)課程學(xué)習(xí)，開展人工智能算法的程序設(shè)計能力培養(yǎng)，開設(shè)Matlab／Python數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)等課程，讓學(xué)生具有大數(shù)據(jù)人工智能時代的理論及實踐知識，具備智能算法設(shè)計編程能力．2通過教學(xué)改革，使計算機專業(yè)的學(xué)生經(jīng)過大學(xué)4年全周期有計劃的連續(xù)的程序設(shè)計能力提升培養(yǎng)，讓學(xué)生的編程能力達到一個相當高的水平，讓學(xué)生在畢業(yè)時具備較強的程序設(shè)計能力，在智能時代具有較強的就業(yè)競爭力．3探索并解決合理的計算機專業(yè)程序設(shè)計能力提升培養(yǎng)的課程培養(yǎng)計劃、教學(xué)教法改進、理論和實踐相結(jié)合的教學(xué)方法改進等教學(xué)改革問題．探索實踐新工科的培養(yǎng)方案，探索全面提高學(xué)生動手編程能力的教學(xué)、實驗、實習(xí)、工程方案．

3相關(guān)教學(xué)改革的主要方法和實施

為達到讓學(xué)生具有一定的大數(shù)據(jù)人工智能的編程基礎(chǔ)，并持續(xù)提高編程能力，教學(xué)改革優(yōu)化調(diào)整了相關(guān)的教學(xué)計劃，增設(shè)了相關(guān)人工智能課程；優(yōu)化了編程類課程的開課時間、順序、間隔；對編程類課程進行教學(xué)改革，普遍采用案例、項目開發(fā)、小組開發(fā)、上機考試的教學(xué)模式加強學(xué)生的編程能力；將中國計算機學(xué)會（CCF的CSP認證考試作為計算機學(xué)生畢業(yè)的條件；和國內(nèi)知名的大企業(yè)合作，用企業(yè)的技術(shù)和環(huán)境對學(xué)生進行編程能力培訓(xùn)．1開設(shè)Python數(shù)據(jù)分析（18級開始、數(shù)據(jù)挖掘（16級開始、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)（17級開始課程，讓學(xué)生掌握大數(shù)據(jù)人工智能的基礎(chǔ)知識，并學(xué)習(xí)最重要的人工智能語言Python．2優(yōu)化調(diào)整計算機專業(yè)教學(xué)計劃，合理安排程序設(shè)計課程的連續(xù)性、漸進性，優(yōu)化了C語言、Java語言、Python語言、數(shù)據(jù)設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計的課程學(xué)時、開課時間等安排，形成對學(xué)生的長時間的、持續(xù)的編程能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)．3理論環(huán)節(jié)、實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)改革，加強實踐環(huán)節(jié)，從2016級開始計算機專業(yè)的“C程序設(shè)計”課程教學(xué)中開展提升學(xué)生編程能力的教學(xué)改革，主要措施有改革課程考核方式，以上機編程作為期中、期末主要考核方式，以此倒逼學(xué)生加強編程動手能力．加強學(xué)生的基本專業(yè)素養(yǎng)，比如作為編程基礎(chǔ)的英文打字也被加強，被作為考核內(nèi)容．①強調(diào)程序設(shè)計能力的重要性、明確學(xué)習(xí)目的，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、動力．②加強實驗，從考核環(huán)節(jié)采用以實際上機編程考核為主倒逼學(xué)生動手編程．③基于問題、案例、項目和實際應(yīng)用結(jié)合的綜合編程訓(xùn)練．④合理運用多媒體課件演示程序算法，強調(diào)算法是編程的核心．4將參加中國計算機學(xué)會（CCF的CSP認證考試（一種直接上機的編程考試并取得100分以上成績作為計算機專業(yè)學(xué)生畢業(yè)的必要條件，直接逼迫學(xué)生提高自己的編程能力，直到達到相應(yīng)的要求．5在昆明市政府和華為公司的大力支持下，組織學(xué)生到華為公司進行華為云Devcloud的實訓(xùn)，參訓(xùn)學(xué)生大大提高了學(xué)生的研發(fā)水平和自信心．

4教學(xué)改革取得的效果

經(jīng)過幾年的教學(xué)改革實踐，云南民族大學(xué)數(shù)學(xué)與計算機學(xué)院計算機及相關(guān)專業(yè)的學(xué)生的編程能力及對大數(shù)據(jù)人工智能的運用能力取得了較大的進步，學(xué)生自信心大幅增強，同時由于相關(guān)措施的實施，使云南民族大學(xué)計算機專業(yè)在專業(yè)建設(shè)上也跟上時代步伐，并取得一定的進步：1學(xué)生對大數(shù)據(jù)人工智能的掌握及計算機編程的能力顯著增強，對社會進入人工智能時代有了更清醒的認識，對計算機專業(yè)的專業(yè)自信顯著增強，對畢業(yè)后的行業(yè)就業(yè)前景普遍看好，就業(yè)自信心顯著增強．2學(xué)生在參加大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽時，有一個顯著改變就是，提出的問題解決方案不在拘泥于傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法，提出了許多基于人工智能深度學(xué)習(xí)的方法，感覺普遍在思路上有擴展，在水平上有提高．3中國計算機學(xué)會CCF的CSP認證考試對學(xué)生就業(yè)有很大幫助，為了滿足教學(xué)要求（計算機類學(xué)生必須在CCF的CSP認證考試中取得100分以上成績才能畢業(yè)云南民族大學(xué)計算機系連續(xù)多年開展CCF的CSP認證考試，每年舉行3次，每次100多名學(xué)生參加，每次大概半數(shù)的學(xué)生通過考試認證，在老師的辛勤付出和學(xué)生的努力下，取得較好效果，云南民族大學(xué)數(shù)學(xué)與計算機科學(xué)學(xué)院連續(xù)兩年被中國計算機學(xué)會授予CCF優(yōu)秀單位（云南省僅2家獲此殊榮．4云南民族大學(xué)數(shù)學(xué)與計算機科學(xué)學(xué)院的計算機專業(yè)也在改革中受益，由于中國計算機學(xué)會（CCF的CSP認證考試在云南省本科教學(xué)評估中有加分，云南民族大學(xué)計算機專業(yè)在專業(yè)評估中也受益，獲得B類認定．同時計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)在云南民族大學(xué)雙一流專業(yè)申報中獲得支持，并被學(xué)校推出做為省級／國家級雙一流專業(yè)申報，以上成績的取得也得益于教學(xué)改革措施的實施．

5教學(xué)改革的總結(jié)和展望

以人工智能和編程能力為核心的計算機新工科建設(shè)，人工智能（AI時代最重要的能力就是編程能力，也就是人工智能及程序設(shè)計能力，特別是對計算機專業(yè)的學(xué)生來說更是如此．具備了較強的人工智能及程序設(shè)計能力，就具備了較強的就業(yè)競爭力，較強的職場生存發(fā)展能力．這個改革是必須的、及時的，對計算機學(xué)院、專業(yè)和學(xué)生都具有重要的意義．新工科建設(shè)在實際實施中也發(fā)現(xiàn)有很多不足，需要進行進一步的改革和優(yōu)化，主要反映在以下幾個方面：1在工程要求方面有差距，我們的這次改革雖然有一定力度，但是由于必須遵守本科教學(xué)計劃的規(guī)范，以及由于學(xué)校教學(xué)成本的限制，無法進一步開展相關(guān)的工程教學(xué)改革，比如進一步增加實習(xí)實訓(xùn)的課時，加強和企業(yè)的合作，以便將學(xué)生派往企業(yè)參與企業(yè)的實際工程項目實施．2如果進行進一步的改革，必然要求對計算機專業(yè)的教學(xué)培養(yǎng)計劃做較大的修改，可能需要更多的和企業(yè)合作，這個在現(xiàn)有的學(xué)校學(xué)院的計算機專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)框架下實施有一定難度．3進一步的改革，也必然對學(xué)校的教師隊伍提出更高的要求，要求引進更多的具有工程經(jīng)驗的教師或者和企業(yè)進行合作，這也帶來一系列的管理和成本問題．4如果進一步加強工程教育，必然會造成教學(xué)成本的大幅上升，這個也是制約工科教學(xué)改革的一個決定性的因素．

作者:周衛(wèi)紅 蔣作 江濤 潘文林 黃立冬 熊良林 王新 單位:云南民族大學(xué)