楊靜，劉庭卿

（1.貴州大學(xué) 省部共建公共大數(shù)據(jù)國家重點實驗室，貴州貴陽 550025；2.貴州大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，貴州貴陽 550025；3.貴州大學(xué) 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，貴州貴陽 550025）

隨著我國經(jīng)濟(jì)和移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，現(xiàn)今已經(jīng)變成了電子信息的時代，人工智能、機(jī)器人、云計算和區(qū)塊鏈等技術(shù)迅速崛起，工業(yè)產(chǎn)業(yè)正面臨著傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型及數(shù)字科技人力資源短缺的雙重挑戰(zhàn)[1]。在電子信息產(chǎn)業(yè)的推動下，社會對計算機(jī)硬件和軟件的各種需求在不斷增加，而計算機(jī)編程教育是計算機(jī)發(fā)展的基礎(chǔ)和規(guī)范。高校創(chuàng)新型編程人才培養(yǎng)出現(xiàn)一些問題，如培養(yǎng)模式不夠先進(jìn)、實踐機(jī)會少、解決實際問題能力弱以及整體創(chuàng)新能力不足。面對這樣的狀況，需要高校和政府相關(guān)部門進(jìn)行有效的教學(xué)優(yōu)化，針對計算機(jī)未來行業(yè)的發(fā)展要求，為進(jìn)行更好的軟硬件設(shè)計提供資源和技術(shù)支持。而目前新工科編程教育的最大問題在于教學(xué)目標(biāo)是否能夠滿足未來行業(yè)的發(fā)展需求，新工科下的編程人才培養(yǎng)要求跳出單一學(xué)科的視野，尋求多學(xué)科融合的開闊維度，既要有扎實的基礎(chǔ)知識，又要有豐富的實戰(zhàn)經(jīng)驗和前瞻性的科學(xué)視角[2]。計算機(jī)編程語言種類繁多，學(xué)生在繁重的學(xué)習(xí)任務(wù)下也不可能系統(tǒng)地學(xué)習(xí)多種編程語言，而是要把握未來信息時代發(fā)展方向的重點，學(xué)習(xí)未來工作中涉及的必要的編程語言。但編程對大多數(shù)學(xué)生而言是枯燥乏味的，學(xué)生容易對編程缺乏興趣。所以，教師不僅要教會學(xué)生編程，更是要讓他們在思想上認(rèn)識到創(chuàng)新性地解決問題才是教育的核心。

1 新工科建設(shè)促使編程教育成為重點

新工科是根據(jù)國家發(fā)展戰(zhàn)略提出的代表新工程教育的改革方向[3,4]，新工科建設(shè)的深入發(fā)展，強(qiáng)調(diào)的是應(yīng)用性技能和實踐性教學(xué)，是為了培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才。為了能夠應(yīng)對新一輪的科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、《中國制造2025》[5]的實施，對新的工程建設(shè)提出了新要求，新工科專業(yè)主要指新興產(chǎn)業(yè)的專業(yè)，以互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)智能為核心，包括大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、區(qū)塊鏈、虛擬現(xiàn)實、智能科學(xué)與技術(shù)等相關(guān)工科專業(yè)。云計算、區(qū)塊鏈等新興技術(shù)為傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)展注入了新鮮血液，這些新技術(shù)不僅需要理論支持，還涉及計算機(jī)編程的重要知識。編程教育是多學(xué)科共享和交叉融合的教育，涵蓋科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)等，注重知識的靈活運(yùn)用，比起學(xué)科分離的傳統(tǒng)教育，編程教育更符合現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)的人才需求，因此，新工科建設(shè)強(qiáng)調(diào)的是實踐、創(chuàng)新和國際競爭力。這些在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中具有代表性的新技術(shù)都需要用到計算機(jī)編程，高校在人才培養(yǎng)過程也需要高度重視編程教育，編程教育發(fā)展的重點就是應(yīng)用實踐能力、創(chuàng)新能力、工程思維。2018年，教育部發(fā)布《關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》[6]，將“集成電路”“人工智能”等專業(yè)列入我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)學(xué)科專業(yè)，這些專業(yè)多數(shù)與計算機(jī)專業(yè)關(guān)系密切，因此，基于新工科的建設(shè)目標(biāo)，推動計算機(jī)專業(yè)內(nèi)涵建設(shè)將成為計算機(jī)專業(yè)發(fā)展的必然趨勢[7]，尤其是計算機(jī)編程教育。編程教育是計算機(jī)類學(xué)科中非常重要的專業(yè)課程，甚至貫穿本科學(xué)習(xí)的始終，重視編程教育是提高高校教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)實踐型人才的根本保障。

2 當(dāng)前編程教育存在的問題

2.1 師資隊伍整體水平有待提高

高水平的師資是學(xué)科建設(shè)的核心，師資水平的高低在一定程度上決定了學(xué)科教育的高度，師資隊伍質(zhì)量建設(shè)在學(xué)科教育建設(shè)中具有重要的地位和作用。目前，技術(shù)工程類教師稀缺，教師的教學(xué)水平、職業(yè)技能水平良莠不齊，缺乏實踐能力和創(chuàng)新技能，一些教師只能講授專業(yè)技能。編程教育是一項技術(shù)與工程的教育，其中涵蓋的學(xué)科種類繁多，而且注重的是實踐教學(xué)，這對實驗教師有更高的要求，實驗教師是教學(xué)和實驗研究的組織者和實施者，開展好的實踐教學(xué)要求實驗教師工作熱情，知識技能豐富，專業(yè)技術(shù)水平高，要有科研精神和創(chuàng)新能力。實驗教師的水平直接影響到實踐教學(xué)質(zhì)量和科研成效[8]。

2.2 教學(xué)方式單一，內(nèi)容缺乏創(chuàng)新

編程教育重視的是知識與計算機(jī)相結(jié)合的應(yīng)用實踐能力，單一地將理論知識與計算機(jī)實踐課程孤立是錯誤的做法。當(dāng)前教學(xué)方式基本是采取面授教學(xué)，而教師在課堂上授課時只滿足把書本上的知識講清，單向地灌輸知識，忽略了知識的拓展性，使學(xué)生一直處于被動接受的學(xué)習(xí)狀態(tài)，這樣無法滿足學(xué)生對知識結(jié)構(gòu)的需求，無法建立完整的知識體系。尤其是一些編程語言類課程，需要與實際應(yīng)用聯(lián)系一起操作的程序設(shè)計方法等，無法用語言和板書來講解和描述清楚，使學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低落，思維能力受到障礙，在啟發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的觀察力和想象力方面有一定的局限性[9]。教學(xué)課本內(nèi)容陳舊，不能夠與時俱進(jìn)，現(xiàn)在IT技術(shù)更新快，課本上的內(nèi)容跟不上社會的發(fā)展需求，這樣片面的教學(xué)也達(dá)不到新工科編程教育的要求。

2.3 教育思想觀念有待轉(zhuǎn)變

編程是信息時代的產(chǎn)物，編程教育包含數(shù)字文化、計算機(jī)文化、網(wǎng)絡(luò)文化、信息文化等多種元素。但是由于各種文化的差異，編程教育不能生搬硬套其他國家的教育方式和經(jīng)驗，編程不僅僅是一種技術(shù)，更是一種文化的活動，它會受到行為和文化的影響。例如，有些高校是編程語言課程采用外教教授或采用外語課本，這對學(xué)生而言會造成極大的學(xué)習(xí)壓力，編程語言的學(xué)習(xí)本身相對枯燥，采用外語形式教學(xué)更讓學(xué)生難以理解。教育的本質(zhì)是提高人的生命質(zhì)量和生命價值，編程教育的核心理念是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和解決實際問題的能力，身為教育者應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生去思考和正確認(rèn)識編程，而非一味地解釋知識點。人工智能和萬物互聯(lián)已經(jīng)深入人心，編程語言甚至可以作為人類除母語和外語之后的第三語言，教會學(xué)生編程語言更重要的是賦予學(xué)生在智能時代應(yīng)有的更深層人機(jī)共處的世界觀、思維方式、技術(shù)價值觀、責(zé)任感等觀念，引導(dǎo)著編程教育的發(fā)展，編程教育并非只是教會學(xué)生如何編制程序，而是培養(yǎng)學(xué)生的計算思維和創(chuàng)新能力，以及認(rèn)識未來智能時代的正確方式[10]。讓學(xué)生不僅要學(xué)會知識，更重要的是從技藝到能力的提升，尊重結(jié)果，看重過程。

3 編程教育的改革探索

3.1 加大政策性支持

國家自2014年以來相繼出臺相關(guān)政策，2016年6月，教育部印發(fā)《教育信息化“十三五”規(guī)劃》[11]，將信息化教學(xué)能力納入學(xué)校辦學(xué)水平考評體系，將STEAM教育規(guī)定為基本學(xué)科。2017年7月，國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》[12]，將人工智能提升為國家發(fā)展戰(zhàn)略。2019年3月，教育部辦公廳印發(fā)《2019年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點》[13]。除此之外，浙江、江蘇等省也積極響應(yīng)中央政策，開啟了編程教育改革。

3.2 加強(qiáng)新工科編程教育的師資建設(shè)

編程教育內(nèi)容的復(fù)雜性決定了專業(yè)教師需要具備高水平的實踐能力和創(chuàng)新能力。要推動新工科的編程教育系統(tǒng)和規(guī)范發(fā)展，需要政府、高校、社會的共同努力。高校各級部門要制定師資人才培養(yǎng)的目標(biāo)，細(xì)化培養(yǎng)過程，不僅注重教師的專業(yè)能力與實踐技能，也注重人才的創(chuàng)新意識、領(lǐng)導(dǎo)能力以及終身學(xué)習(xí)的品質(zhì)[14,15]。面向新工科的編程教育，重點是培養(yǎng)師資隊伍的實踐能力和創(chuàng)新品質(zhì)，通過教學(xué)、科研中的創(chuàng)新意識，進(jìn)一步推動學(xué)生人才培養(yǎng)中各個過程的創(chuàng)新，最終提升新工科編程教育的創(chuàng)新建設(shè)能力。讓師資隊伍整體具備新工科人才培養(yǎng)的創(chuàng)新視野，師資隊伍在新經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)下開展教、學(xué)、研方面的現(xiàn)代教育工程體系能力培養(yǎng)，不斷提升工程實踐能力和素養(yǎng)，與時俱進(jìn)，努力成為新工科的工程教授、工程教育骨干。

3.3 教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新

課程建設(shè)是高校教學(xué)建設(shè)的基礎(chǔ)，也是高校建設(shè)的重要內(nèi)容。在新工科背景下，需要有“科教相融、科創(chuàng)相助”的人才培養(yǎng)理念，培養(yǎng)學(xué)生工程意識、科學(xué)精神、創(chuàng)新能力、協(xié)作意識、團(tuán)隊精神、組織能力等綜合素質(zhì)[16]。在課堂上，可以采用項目式教學(xué)的方法。例如，在編程語言的課程中，將項目式教學(xué)引入課堂，實際應(yīng)用和理論知識相結(jié)合的形式，既能豐富教學(xué)內(nèi)容，又能提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使得枯燥無味的編程語言變得有聲有色。多樣式的項目也能讓學(xué)生得到更多的訓(xùn)練，編程本身是一項長時間實踐的技術(shù)，針對不同的項目運(yùn)用不同的方法，能讓學(xué)生將所學(xué)的知識充分地應(yīng)用和吸收，更好地理解編程過程。針對信息量、知識點眾多的編程算法教學(xué)，采用項目式的教學(xué)方式，可以將知識點化繁為簡，提高學(xué)生對知識點的掌握程度，項目式的教學(xué)方法還能提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，將編程教育中最重要的實踐展現(xiàn)得淋漓盡致。以項目為主線穿插在課堂之中，教師對學(xué)生在收集信息、制定計劃等流程中積極引導(dǎo)，指出設(shè)計的計劃可行性與信息錄入的程度，讓學(xué)生自主設(shè)計實施。在項目式教學(xué)中，注重的不是最終結(jié)果而是完成項目的過程，學(xué)生在項目實踐過程中，理解和把握課程要求的知識，體驗項目制定與完成的樂趣[17]，達(dá)到培養(yǎng)分析與解決問題的思維與方法的目的。

3.4 基于開源平臺的學(xué)生創(chuàng)新性能力培養(yǎng)的“新”編程教學(xué)模式

通過引導(dǎo)學(xué)生建立開源理念，學(xué)習(xí)開源方法，掌握開源工具，理解開源生態(tài)；建立產(chǎn)學(xué)研協(xié)作、開源為中心的信息學(xué)科實踐教學(xué)平臺，讓學(xué)生能夠在實踐環(huán)節(jié)接觸開源、使用開源、分析開源、參與開源；利用學(xué)校的相關(guān)課程鼓勵學(xué)生參與開源軟件研發(fā)。

同時，通過信息學(xué)科開源平臺，如Github開源平臺，教會學(xué)生對所有在本平臺上發(fā)布的編程知識進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，同時，設(shè)計者可將在該平臺上發(fā)布的數(shù)據(jù)分享經(jīng)驗、糾正錯誤、改正不足。該平臺上的數(shù)據(jù)供登錄該平臺的所有使用者大面積使用，克服時間、空間限制，提高學(xué)生上課的積極性，增強(qiáng)了學(xué)生對相關(guān)編程原理知識的理解，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

通過基于開源平臺和校企合作模式的“反饋式”推進(jìn)教育教學(xué)創(chuàng)新性能力培養(yǎng)模式的研究，增強(qiáng)學(xué)生對知識的理解，減輕教師教學(xué)的負(fù)擔(dān)，提高課堂教學(xué)的質(zhì)量和效率，如圖1所示。

4 結(jié)語

新工科是高級工程教育改革的指導(dǎo)思想，為工科教育指明了方向，與高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)密切相關(guān)。在人工智能和萬物互聯(lián)的時代，搞好新工科的編程教育建設(shè)能夠拓展未來科學(xué)技術(shù)，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才提供有力保障。因此，積極推動新工科編程教育，能夠快速適應(yīng)以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式、新產(chǎn)業(yè)為代表的新經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需求，能夠更好地培養(yǎng)實踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力高的高水平人才，能夠為電子信息這場攻堅戰(zhàn)奠定堅實基礎(chǔ)。