計算機專業新工科教學改革研究

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1教學改革的內容和意義

1．1教學改革的內容．教學改革的目的是為更好地實現專業培養目標，不同的培養目標需要不同的課程體系來實現，計算機專業培養目標的課程體系主要由專業基礎課／專業課程組成．專業基礎課包括離散數學／數據結構／算法設計與分析等主要的基礎課程．專業課程又可以分為軟件能力培養和硬件設計能力培養兩個主要方面，軟件能力培養由一系列的語言課程來完成，包括C／C＋＋程序設計／Java／面向對象程序設計／net程序設計．項目的主要研究內容在于如何對相應的軟件能力培養方案部分以及相應的程序設計課程進行優化改進，強化計算機專業學生的編程能力，以適應新的智能時代的要求．程序設計的核心是算法，大數據人工智能時代后，大數據分析、數據挖掘、智能控制、智能算法等算法逐漸成為程序設計的核心．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就是程序設計，特別是基于智能算法的軟件程序設計．教學改革的一個重要措施就是在計算機專業的程序設計課程中，引入智能算法的內容．教學改革計劃在教學計劃中適當增加一些人工智能（AI算法的學習，嘗試開設MATLAB／Python數據分析、數據挖掘、神經網絡深度學習等課程，使學生具備一定的大數據人工智能算法基礎．這樣也帶來一些新的問題，首先是在計算機程序設計的教學上，如何合理的安排和設置新的程序設計課程體系，加入新的智能程序設計課程；其次是隨著智能算法等算法的出現，算法的理論和實踐復雜度和難度大大提升，這就給程序設計的學習帶來了新的困難，如何運用直觀地、動態地、圖示化的方式來講解算法，讓學生能更好的掌握智能算法，是我們教學改革研究的重要內容之一．其次，不管是傳統軟件程序設計還是新興的智能算法程序設計，程序設計能力的核心是實際動手編程能力，如果學生只聽課，不加強實驗，根本無法達到學習目的．因此課程的實驗環節設計是課程質量的核心．如何采用各種方法提高學生的實際動手編程能力是研究的重點．另一方面，我們認為程序設計能力的培養是一個長期漸進的提高過程，我校計算機專業的程序設計課程從大學一年級就開始開設，大學一年級開設“C語言程序設計”，后續會繼續開設“面向對象程序設計（C＋＋”以及“Java程序設計”，“數據庫系統設計”，以及現在新增的“Python程序設計”等．目前存在的一個主要問題是，教師和學生都對程序設計能力培養的連續漸進提高認識不足，對這些課程的教學和學習往往像完成孤立的任務一樣，學生拿到學分就結束了，持續性的關注不夠，培養效果不理想，需要進行相應的教學改革來加強．1．2教學改革的作用和意義．1發展以智能算法編程能力為核心的計算機專業新工科建設改革，使學生在人工智能（AI時代具備較強的就業能力和良好的職場生存和發展能力．適當開展基于人工智能算法的程序設計，開設MATLAB、Python等人工智能語言的課程，適應大數據人工智能時代的人才要求．2程序設計作為一種思維訓練的手段被學界廣泛承認．學習編程不但能培養學生的抽象思維能力，邏輯思考能力，不能使學生做事專注細心，提高學生創新創造能力和綜合素養并使學生養成良好的學習習慣．3程序設計是計算機學科的大多數其它專業課程，如操作系統、數據結構、數據庫技術、編譯原理、人工智能等課程必要的實踐環節基礎，學生程序設計能力差，這些后續課程都不可能學好．提高學生程序設計能力，能有效提高后續課程的學習效果．

2教學改革擬解決的問題和達到的目標

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

3相關教學改革的主要方法和實施

為達到讓學生具有一定的大數據人工智能的編程基礎，并持續提高編程能力，教學改革優化調整了相關的教學計劃，增設了相關人工智能課程；優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改革，普遍采用案例、項目開發、小組開發、上機考試的教學模式加強學生的編程能力；將中國計算機學會（CCF的CSP認證考試作為計算機學生畢業的條件；和國內知名的大企業合作，用企業的技術和環境對學生進行編程能力培訓．1開設Python數據分析（18級開始、數據挖掘（16級開始、神經網絡深度學習（17級開始課程，讓學生掌握大數據人工智能的基礎知識，并學習最重要的人工智能語言Python．2優化調整計算機專業教學計劃，合理安排程序設計課程的連續性、漸進性，優化了C語言、Java語言、Python語言、數據設計、網絡程序設計的課程學時、開課時間等安排，形成對學生的長時間的、持續的編程能力的訓練和培養．3理論環節、實踐環節的教學改革，加強實踐環節，從2016級開始計算機專業的“C程序設計”課程教學中開展提升學生編程能力的教學改革，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，以此倒逼學生加強編程動手能力．加強學生的基本專業素養，比如作為編程基礎的英文打字也被加強，被作為考核內容．①強調程序設計能力的重要性、明確學習目的，激發學習興趣、動力．②加強實驗，從考核環節采用以實際上機編程考核為主倒逼學生動手編程．③基于問題、案例、項目和實際應用結合的綜合編程訓練．④合理運用多媒體課件演示程序算法，強調算法是編程的核心．4將參加中國計算機學會（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學生畢業的必要條件，直接逼迫學生提高自己的編程能力，直到達到相應的要求．5在昆明市政府和華為公司的大力支持下，組織學生到華為公司進行華為云Devcloud的實訓，參訓學生大大提高了學生的研發水平和自信心．

4教學改革取得的效果

經過幾年的教學改革實踐，云南民族大學數學與計算機學院計算機及相關專業的學生的編程能力及對大數據人工智能的運用能力取得了較大的進步，學生自信心大幅增強，同時由于相關措施的實施，使云南民族大學計算機專業在專業建設上也跟上時代步伐，并取得一定的進步：1學生對大數據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，對計算機專業的專業自信顯著增強，對畢業后的行業就業前景普遍看好，就業自信心顯著增強．2學生在參加大學生數學建模競賽時，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的數學方法，提出了許多基于人工智能深度學習的方法，感覺普遍在思路上有擴展，在水平上有提高．3中國計算機學會CCF的CSP認證考試對學生就業有很大幫助，為了滿足教學要求（計算機類學生必須在CCF的CSP認證考試中取得100分以上成績才能畢業云南民族大學計算機系連續多年開展CCF的CSP認證考試，每年舉行3次，每次100多名學生參加，每次大概半數的學生通過考試認證，在老師的辛勤付出和學生的努力下，取得較好效果，云南民族大學數學與計算機科學學院連續兩年被中國計算機學會授予CCF優秀單位（云南省僅2家獲此殊榮．4云南民族大學數學與計算機科學學院的計算機專業也在改革中受益，由于中國計算機學會（CCF的CSP認證考試在云南省本科教學評估中有加分，云南民族大學計算機專業在專業評估中也受益，獲得B類認定．同時計算機科學與技術專業在云南民族大學雙一流專業申報中獲得支持，并被學校推出做為省級／國家級雙一流專業申報，以上成績的取得也得益于教學改革措施的實施．

5教學改革的總結和展望

以人工智能和編程能力為核心的計算機新工科建設，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計能力，特別是對計算機專業的學生來說更是如此．具備了較強的人工智能及程序設計能力，就具備了較強的就業競爭力，較強的職場生存發展能力．這個改革是必須的、及時的，對計算機學院、專業和學生都具有重要的意義．新工科建設在實際實施中也發現有很多不足，需要進行進一步的改革和優化，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計劃的規范，以及由于學校教學成本的限制，無法進一步開展相關的工程教學改革，比如進一步增加實習實訓的課時，加強和企業的合作，以便將學生派往企業參與企業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的教學培養計劃做較大的修改，可能需要更多的和企業合作，這個在現有的學校學院的計算機專業學生培養框架下實施有一定難度．3進一步的改革，也必然對學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驗的教師或者和企業進行合作，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，必然會造成教學成本的大幅上升，這個也是制約工科教學改革的一個決定性的因素．

作者:周衛紅 蔣作 江濤 潘文林 黃立冬 熊良林 王新 單位:云南民族大學