工程教育背景下基于对分理念的本科生计算思维能力的培养

毕春光 谷雪 刘泓伶 兰杰雨

摘要：为了促使我校的本科工程教育达到我国的《工程教育认证标准》，以计算机类学生本科教育为例，以对分课堂为形式设计课上教学、自主学习、课堂讨论等教学环节，提高对学生计算思维能力的培养。制订三个课堂的人才培养环节，使创新创业工程、技能产出能力培养贯穿专业教育全过程，提升工程教育下计算机类专业的教育质量。

关键词：工程教育;对分课堂;计算机专业;思维能力;毕业要求

中图分类号：G424

文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）27-0109-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

2015年，为了适应“新工科”高等教育的发展，解决各高校多年来对于工科课程理论知识、动手实践能力与技术产出相适应的教学问题，我国成立了中国工程教育认证协会，接受各高校工程类专业进行认证[1]。2016年，在吉隆坡召开的国际工程联盟大会上，中国高等教育具有里程碑意义的历史性突破是我国正式加入了《华盛顿协议》。《华盛顿协议》是世界上颇具影响力的工程教育学位互认协议，若高校毕业生毕业于通过认证协会认证的工程专业，学生的学位也能够得到《华盛顿协议》其他认证协会成员的认可，此举大大加深了我国工程教育在国际上的影响力[2，3]。与此同时，这也对我国工程教育体系带来了新的挑战和发展契机，以计算机大类的本科教育为例，对计算机类本科生按照国际标准培养、锻炼本科生的计算思维能力，以提高工程技术人才培养质量为目的，改善传统理论教学忽视技术产出是目前亟待解决的问题。因此，为了使理工科课程教育注重课堂学习、自我了解和课程实践相结合，解决多年来高校课堂教学问题与困境，近年来国内各高校纷纷推出了对分课堂教学模式[4，5]。对分课堂是中国提出的原创教学模式，以对分课堂为教学改革的方式，注重本科生思维能力的培养，以课堂教育与动手实践相结合为具体举措，不断发现并改进理论教学与实践环节相互结合中发现的问题，提出更好的教学方法以适应工程教育认证的要求。

1 本科工程教育的基本定位

在《华盛顿协议》中，明确将本科工程教育定位于培养学生的“解决复杂工程问题”的能力。解决复杂工程问题的教育从以往教师在课堂上进行演示逐步转化培养学生的思维能力，以自我实践来解决复杂工程问题从而发现新的问题。南京师范大学的陈波指出，工程教育的基本定位要以学习者为中心，转化为制定课程规范的高校教师来说，要突出“以学生发展为中心、以学生学习为中心、以学生学习需求为中心和以学生学习效果为中心”来引导学生解决复杂的工程问题。但长久以来，在以“解决复杂工程问题”来要求学生时，可以看到一些适合专业领域难度的学生能够取得一些优秀的成绩，但随着问题的深入、解决问题的时间越长，能够解决“问题”的“学有余力”的学生总体上是越来越少。因此，对于本科工程教育的基本定位不能为少数学生而设计，在我国工程教育认证中，对于专业领域内顶尖学生的成绩往往不予支持，但不意味着对于这部分学生的教育工作不重要，而强调工程教育认证定位需要具有普适性。对如何按照工程教育的基本定位来完善本科教育教学改革，浙江师范大学郑忠龙也提出了实践中的问题，如工程实践和毕业设计等实践环节内容和量不足以支持相关毕业要求达成、课外创新或实践活动所支撑的能力如何保证全体学生达成，缺乏有力证据，这都给明确本科教育的基本定位带来新的困难。针对此，中国工程教育认证协会针对毕业生培养颁布了《工程教育认证的标准》，以专业目标、课程体系、师资队伍、支持条件、学生发展、管理制度、质量评价等方面细化本科工程教育的基本定位，这些方面需要我们在本科生专业培养方案中明确制定、在教学与实践中不断探索、在学生的专业考察过程中不断完善，从而达到工程教育认证标准的要求[6]。

2 对分课堂的特点

对分课堂作为我国以适应专业发展要求而新提出的教学模式，自始至终注重教师讲授和学生的讨论与实践相结合。传统意义上对分课堂由复旦大学的张学新教授提出，指将课堂教学时间分为两个部分，一部分时间留给任课教师讲解专业课程理论知识，其余时间留给学生自主讨论当堂课的知识，也可以有教师抛出一个开放性的问题，诱导学生利用自己掌握的知识和通过学生间的思想碰撞、头脑风暴、同学间各自对于当前知识的了解对问题加以解决，让学生迅速吸收当堂课的专业知识[7，8]。在此过程中，对以往填鸭式的教学环节做出了改善，但也提出了新的挑战。任课教师不能照本宣科的介绍一堂课的内容，而要注重学生的课前预习，在课堂上的学生对当堂课的知识应该有一个初步了解，快速入门后主要突出一堂课的知识点和难点。其次，教师需要思考留给学生讨论内容的选题，这部分内容既要结合课程，又要思维开放，做到广度和深度的相结合，对于动手能力强的试验，还要考虑到学生在实验室中解决此问题的上手程度。近年来高校通过以对分课堂为主要形式的教学改革，总结出其开放、多元、理论与实践充分结合的特点。

3 对分课堂对工程教育的适用性

工程认证教育突出强调学生解决复杂问题的能力，以计算机类专业教育为例，解决复杂问题能力的先行课是培养计算机专业学生的计算思维能力。工程教育要求下计算思维能力的培养通过传统的灌输式教育已显得捉襟见肘，一堂1-2个学时的计算机专业基础课或核心专业课不能很好地培养以计算思维能力为核心的数学思维能力、难点细化能力、逻辑思维能力、动手实践能力以及团队协作能力的综合能力的培养。但对分课堂的出现很容易将学生能力培养从传统的教学模式中切分出来，其特点与培养计算机专业学生的计算能力培养有较好地契合，也更好地适应工程教育的要求。以计算机思维能力培养重新设计对分课堂的教学安排，可分为三个过程：课堂讲授、自主学习、课堂讨论（如表1）。假设一门计算机专业核心课一周有2课时，每课时45分钟。在第一个课时的课堂讲授中，教师在前半节课讲解本章的专业知识，留出本节课的时间给学生提出一个开放性的问题，以小组为单位，每小组4-5人，讨论该节课的知识点以及解决问题的想法。在自主学习中，任课教师和学生应该把握好两个课时间的间隙，教师可以给出当前知识点的相关资料、难点问题、交叉知识点，留给学生自行复习第一个课时的内容，查阅当前知识点的相关资料并对下一个课时的内容进行预习，同样以小组为单位，学生可以互相交流各自查找到的资料，对解决问题提出自己的看法。在第2个课时中，主要以课堂讨论和动手实践为主，通过交流的方式全班学生可以对问题的解决进行思维碰撞，在解决问题的过程中强化了对各个知识点的理解。在动手实践环节，每个学生可以上机尝试自己的方法对解决问题的可行性，也可以分小组合作完成一个实际问题，注重学生在团队协作中扮演的角色和各自适应解决的问题，因材施教。每周两个课时的循环往复，教师的角色從以往的教育者变为引导者，学生成为课程学习、解决问题的主角，这体现了工程教育认证中“以学生为中心”的原则，也培养了学生技能产出的能力。

4 工程教育背景下计算机类专业人才培养模式

工程教育背景下计算机类专业人才培养模式可以分为三个课堂，由课上、课下、社会分别作为三个课堂的培养载体。对分课堂在工程教育的适应性改进后，学生的计算思维能力得到提高，也完成了学生教育中第一课堂的内容。除此之外，以对分课堂为基础，在学生专业教育的第一课堂还可以安排课程设计、综合实践、学科竞赛等多个环节。第一课堂主要目的是使专业学习强基固本，在第一课堂的基础上，鼓励计算思维能力较强的学生参加国家、省市、学校的大学生创业创新项目，也可也选择自己感兴趣的科研领域参加任课教师的科研项目或学习型的专业社团（如ACM协会、电子爱好者协会等），同时也鼓励学生参加专业领域的学科竞赛，使学生在第一课堂学到的专业知识应用到工程项目的实践中，对专业知识有现实的应用体会。在第三课堂中，鼓励高校高年级学生或即将毕业年级学生通过暑期社会实践等环节，参加企业实习或开展创新创业项目，使创新创业工程贯穿专业教育全过程，使工程教育逐层推进，努力提高工程教育人才培养质量，培养计算机类一流人才。

5 总结

以工程教育为导向的对分课堂相较于传统教学模式，更能突出学生在学习过程中的主导地位，激发其在学习过程中的自主性和更高的参与度，也能培养其计算能力思维。教师在专业教育中也能更好地发挥其作用并在教学环节中发现问题，不断探索并优化，使学生可以更好地提升计算思维能力和解决复杂工程问题的能力，以适应工程教育的要求。

参考文献：

[1]贾颖，方向，刘欣荣.新工科+工程教育认证背景下的大学计算机教学案例设计[J]，计算机教育，2020（2）：76-79.

[2]孙涵，高航，黄元元，等.工程教育专业认证背景下的計算机类课程教学目标与评价重构探索[J].计算机教育，2020（2）：105-108.

[3]马常霞.工程教育专业认证背景下计算机专业英语课堂教学改革[J].大学教育，2020，9（3）：111-114.

[4]张青凤，对分课堂在计算机基础教学中的应用研究[J].计算机时代，2020（4）：92-93.

[5]崔秀华，对分课堂教学模式在传感器课程中的应用研究[J]，教育教学论坛，2020（16）：256-257.

[6]吕迪，闫青霞.工程教育认证背景下计算机专业毕业设计的思考和探索[J].电脑知识与技术，2020，16（5）：129-130，132.

[7]胡晓霞，白燕燕，徐晓霞，等.基于“对分课堂”的电路分析课程教学改革探索[J].计算机产品与流通.2020（4）：271.

[8]覃荣存，赵恒明.对分课堂在《微积分》课程教学中的探索[J].广西教育学院学报，2020（2）：135-137.

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