以人工智能及编程能力为核心的计算机专业新工科教学改革探索

李小松 周坤

摘要：当前随着信息时代的到来，大数据技术和人工智能技术快速发展，各种新兴行业及企业不断涌现，对人才的需求量大幅增长。而在高校计算机专业教学中，急需针对现阶段的社会需求培养高素质人才，基于此高校逐渐开展以人工智能及编程能力为核心的计算机专业新工科教学改革。因此本文主要论述教学改革的重要性，研究教学改革的内容和目标，并提出计算机专业新工科教学改革措施，旨在进一步提高学生的人工智能及计算机程序设计水平，为相关教学改革提供借鉴和参考。

关键词：人工智能;编程能力;计算机专业;新工科;教学改革

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）03-0130-02

新工科改革是我国工程教育为应对第四次工业革命到来而进行的全方位变革，在大数据技术和人工智能技术不断创新发展，社会建设对高素质、高水平的编程人才需求越来越大，在物联网、人工智能、网络安全以及机器人等新经济领域中对人才的需求程度日益提高。而高校作为输送专业人才的主要基地，其必须与时代进步相适应，积极开展新工科教学改革，以培育智能信息技术人才。

1 计算机专业新工科教学改革的重要性

在高校计算机专业中，开展以人工智能及编程能力为核心的新工科教学改革，即是以智能算法编程能力重点对计算机专业教学进行改革建设，促使大学生能够在当前的人工智能时代掌握专业的技术能力，增加其就业机会，提高职场生存能力和发展能力。并且通过开展以人工智能算法为基础的程序设计，有利于促使高校毕业生符合人工智能时代对人才的要求;其次在计算机专业新工科教学改革中，将程序设计作为一种锻炼学生思维的有效手段，有利于在学习编程时充分培养学生的抽象思维能力、逻辑思考能力，进一步提高学生专注细心和创新水平，最终实现学生的综合素养得到有效提高;最后在计算机专业程序设计课程教学中，通过对操作系统、数据结构以及数据库技术、人工智能等课程的教学实践改革，有利于帮助实践能力较为薄弱的学生更全面的提高设计程序设计能力，保障后續学习效果得到提升，实现全面发展[1]。

2 教学改革的内容以及目标

2.1 计算机专业新工科教学改革的内容探索

以人工智能及编程能力为核心的计算机专业新工科教学改革的主要目的是培养专业化的信息智能人才，因此在改革的内容中则要注重对课程体系的良好重构。其中关键在于探索理论和实践的结合、强化学生的科研能力、创新人工智能实践教学方法以及改革编程课程体系，从这四个方面内容进行掌握，可以有效地提高计算机专业新工科教学改革的实效性。

2.1.1侧重理论与实践相结合

在人工智能理论课和实践课的设置方面，要将新工科要求作为导向、社会需求为目标、将提高实践能力作为教学核心，侧重理论与应用相结合，并且要合理突出案例教学和实践教学，从而能够创新开发出以人工智能为核心的具有学科前沿性的计算机专业课程体系。因此在教学改革中，则要按照必需和通用两个原则，设立通识基础课、专业基础课和专业课，可以适当添加选修课，以扩展学生的学习视野。具体教学改革的内容包括建设计算机专业人工智能和编程在线课程，尽可能地丰富教学资源，通过慕课、资源共享课以及视频网课等，弥补课堂教学存在的不足。同时需要精心建设实训案例，实现实践课程的项目化，教师可以将人工智能项目作为载体和平台，指导学生融合知识理论和实践操作，基于合作学习模式培养专业能力和综合技能，更好地解决学习中的实际问题。在教学改革中还需创新教学方式，以培养创新人员为目的，通过产-学-研协同教学机制，深入挖掘学生的学习潜力，循序渐进式建立人工智能实践教学体系[2]。

2.1.2 加强学生的科研训练

计算机专业新工科教学改革的主要内容则是要加强学生的科研训练，培养学生的科研思维，促使其能够在学习和工作中增强探索和研究能力，提升学生树立正确的学科思想，指导实践活动，以提升人工智能及编程学习效果。因此需要在教学改革中增加系统分析等专业课程，促使学生能够将分析工具与实际应用进行相结合，选择适当的方法解决问题，培养学生的发散性思维和聚合性思维，保障学生具备较强的知识迁移能力和转化能力。而且高校在教学改革实践中应鼓励学生关注学科前沿发展动态，有效利用学术资源发现科研问题，教学过程中高校可以组织学生参与学科竞赛，培养学生的科研素养，锻炼其发现问题、分析问题和解决问题的能力。

2.1.3 创新人工智能教学实践

高校要实现以人工智能及编程能力为核心的计算机专业新工科教学改革，则应当创新人工智能课程的实践教学，在注重理论教育的同时，侧重实践操作能力的培养，从而促使学生能够将所学的知识内化为实践能力。即要深化多方协同培育优秀人才机制，进一步扩展人才培养的宽泛度，塑造高知识水平、高动手操作能力的综合性计算机专业人才。具体改革内容是高校与企事业单位加强合作，结合学校的教学计划以及企业的发展需求，建立联合型的新工科计算机实验室，积极引导学生参与到具有实践性和社会性的项目开发、学术竞赛以及项目创新研究等活动，比如有效引导学生参与具有实际意义的人工智能开发项目、人工智能编程编写项目等，以此提高学生的全面素质以及专业技术水平，强化新工科素养[3]。

2.1.4 改革编程课程体系

对于编程能力为核心的教学改革，则要注重程序设计课程体系重构。由于程序设计的核心内容即算法，因此高校要在计算机专业的程序设计课程中，充分引入智能算法教学内容，针对人工智能算法开设具有一定深度选修课，扩展学生的学习视野。并且因为智能算法的理论和实践较为复杂，在学习程序设计时，学生会经常遇到难以理解和攻克的问题。高校教师则要采用直观、动态、图示化的方法对智能算法进行讲解，保障学生能够更好地掌握程序设计课程知识内容。实际上，培养学生的程序设计能力是一个长期渐进的过程，对其课程安排要呈现阶梯式，逐渐开拓学习深度，促使学生的理论和实践能力得到持续提升。

2.2 计算机专业新工科教学改革的目标探索

以人工智能及编程能力为核心的计算机专业新工科教学改革的目标要求是促使学生能够在大数据时代下，具备相关的人工智能数据分析、挖掘等专业知识，同时具有良好的智能程序编程技术能力。还包括通过系统化的编程训练提高学生的编程水平，保障其具有较强的就业竞争力和职业发展能力。以人工智能及编程能力为核心的计算机专业新工科教学改革的具体目标如下：

1） 在教学实践中结合物联网以及大数据和智能机器人等相关专业课课程，重点培养学生的人工智能算法程序设计能力。通过学习数据分析、数据挖掘以及神经网络深度学习等课程教学，促使学生具备人工智能相关理论和实践知识，培养其智能算法设计编程技术能力。旨在实现学生毕业后能够胜任相关专业技术岗位，有能力参与人工智能和编程项目，实现自身的专业价值。

2） 通过以人工智能及编程能力为核心的计算机专业新工科教学改革，提高大学生的编程能力达到专业化水平，在毕业后具有较为优秀的程序设计能力，充分满足社会企业发展对人才的需求，并在人才同质化的形势下，进一步增强毕业生的社会就业竞争力。

3） 在教学改革中寻求和探究高校计算机专业程序设计能力培养计划，探索教学改进方法，形成理论与实践相结合的教学模式。在新工科要求下，创新应用型人才的培养方案，探索提高学生动手实践能力和编程技术水平的教学实验、实训教学形式[4]。从而形成一套具有实效性的以人工智能及编程能力为核心的计算机专业新工科教学体系，为高校培养优质人才提供有效途径和手段，推动计算机专业教学与时俱进，为社会发展建设输送专业化、综合性青年人才。

3 计算机专业新工科教学改革措施

在以人工智能及编程能力为核心的计算机专业新工科教学改革实践中，为确保学生具备良好的大数据人工智能编程基础并不断提高编程能力，在具体改革措施落实过程中，要优化调整计算机专业的相关教学计划，适当增加和开设人工智能课程。同时要对编程类课程的开课时间以及间隔、教学顺序等进行优化。在改革编程类课程教学时，应积极采用案例、项目开发或小组开发、上机开始等方法，全面加强学生的大数据人工智能编程能力。并可以与国内相关领域的大型企业进行实训合作，借助企业实际的技术环境培养学生的专业技能。具体改革措施如下。

1） 循序渐进开设Python数据分析、数据挖掘以及神经网络深度学习等课程，保障学生能够了解和掌握大数据人工智能的相关基础知识，深入学习人工智能语言，促使学生形成计算机求解思维，以便于在人工智能和编程领域中积累丰富的知识经验，掌握正确的实践方法。同时高校应当面向新技术，合理规划编程语言的必修课及选修课，形成必修与选修相辅相成的教学格局，如函数式编程及主流编程语言课程的开设等，为培养专业化人才奠定良好的理论和实践基础。

2） 合理调整计算机专业的教学计划，确保程序设计等课程学习具有连续性和渐进性，即打造在校學习、出校实训的教学体系，有效的衔接教学理论和实践，完善计算机专业的教学计划，使其具有全面性、覆盖性和不间断性。同时优化C语言、Java语言、Python语言以及数据设计和网络程序设计等课程的课时及内容，结合学生学习特点以及教学目标，合理安排在校学习课程的开课时间，而且要科学安排实训教学计划，与理论知识构成相互交叉、相互融合的教学模式，从而长期、持续的培养学生编程能力。

3） 对于理论和实践教学进行改革，主要是针对程序设计课程开展课程考核方式改革，在期中和期末考核中将上机编程作为主要考察方式，激发学生编程动手能力，强化其专业素养。在教学过程中，明确程序设计的重要地位，设立学习目标，调动学生积极性，同时要强化编程实验教学，以上机编程倒逼学生提高编程动手能力。还要采用普遍案例开展编程训练，并利用多媒体课件等演示程序设计算法，突出其核心地位。

4） 建立计算机专业人工智能与编程系统平台。在新工科教学思想下，高校要摒弃传统的专业教学方式方法，建立完善的系统平台，将课程实验尽量简单化、生活化，拉近学生与人工智能和编程工程的距离，高校通过建立系统平台，收纳先进的人工智能和编程学科的前沿研究成果，进一步扩展学生的学习视野和创新思维，及时更新专业知识。并且通过系统平台能够更加深入地开展专业交流和活动，加快对新技术的接受能力，以弥补教学模式中存在的僵化知识体系。

4 结束语

综上所述，以人工智能及编程能力为核心的计算机专业新工科教学改革，是在当前信息化、智能化时代培养专业计算机技术人才的重要手段，能够提高毕业生的人工智能及程序设计能力，充分满足现代化建设的优秀人才需求。因此计算机专业需要明确教学改革的重要性，结合实际情况，积极探索教学改革的内容和目标，从而通过合理有效的改革措施，加强对人工智能及编程专业人才的培养，充分提高其就业竞争力，增强教学改革的实效性，进一步推动我国工程教育水平的提升。

参考文献：

[1] 周卫红，蒋作，江涛，等.以人工智能及编程能力为核心的计算机专业新工科教学改革研究[J].云南民族大学学报（自然科学版），2020，29（2）：105-109.

[2] 刘辉，施惠鹏，龙治豪.新工科下“人工智能与无人驾驶”教学改革探索[J].教育现代化，2019，6（A5）：69-71.

[3] 高严.面向新工科电气工程及其自动化专业实践教学改革与探索[J].教育现代化，2019，6（A5）：111-112.

[4] 杨立，倪文彬，朱润峰.新工科背景下课程教学改革与探索——《工业机器人技术》课程[J].低碳世界，2019（12）：331-332.

【通联编辑：唐一东】