以人工智能及編程能力為核心的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)新工科教學(xué)改革探索

李小松 周坤

摘要：當(dāng)前隨著信息時(shí)代的到來(lái)，大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能技術(shù)快速發(fā)展，各種新興行業(yè)及企業(yè)不斷涌現(xiàn)，對(duì)人才的需求量大幅增長(zhǎng)。而在高校計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)教學(xué)中，急需針對(duì)現(xiàn)階段的社會(huì)需求培養(yǎng)高素質(zhì)人才，基于此高校逐漸開(kāi)展以人工智能及編程能力為核心的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)新工科教學(xué)改革。因此本文主要論述教學(xué)改革的重要性，研究教學(xué)改革的內(nèi)容和目標(biāo)，并提出計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)新工科教學(xué)改革措施，旨在進(jìn)一步提高學(xué)生的人工智能及計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)水平，為相關(guān)教學(xué)改革提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：人工智能;編程能力;計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè);新工科;教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）03-0130-02

新工科改革是我國(guó)工程教育為應(yīng)對(duì)第四次工業(yè)革命到來(lái)而進(jìn)行的全方位變革，在大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展，社會(huì)建設(shè)對(duì)高素質(zhì)、高水平的編程人才需求越來(lái)越大，在物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、網(wǎng)絡(luò)安全以及機(jī)器人等新經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中對(duì)人才的需求程度日益提高。而高校作為輸送專(zhuān)業(yè)人才的主要基地，其必須與時(shí)代進(jìn)步相適應(yīng)，積極開(kāi)展新工科教學(xué)改革，以培育智能信息技術(shù)人才。

1 計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)新工科教學(xué)改革的重要性

在高校計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)中，開(kāi)展以人工智能及編程能力為核心的新工科教學(xué)改革，即是以智能算法編程能力重點(diǎn)對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)教學(xué)進(jìn)行改革建設(shè)，促使大學(xué)生能夠在當(dāng)前的人工智能時(shí)代掌握專(zhuān)業(yè)的技術(shù)能力，增加其就業(yè)機(jī)會(huì)，提高職場(chǎng)生存能力和發(fā)展能力。并且通過(guò)開(kāi)展以人工智能算法為基礎(chǔ)的程序設(shè)計(jì)，有利于促使高校畢業(yè)生符合人工智能時(shí)代對(duì)人才的要求;其次在計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)新工科教學(xué)改革中，將程序設(shè)計(jì)作為一種鍛煉學(xué)生思維的有效手段，有利于在學(xué)習(xí)編程時(shí)充分培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力、邏輯思考能力，進(jìn)一步提高學(xué)生專(zhuān)注細(xì)心和創(chuàng)新水平，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生的綜合素養(yǎng)得到有效提高;最后在計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)中，通過(guò)對(duì)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、人工智能等課程的教學(xué)實(shí)踐改革，有利于幫助實(shí)踐能力較為薄弱的學(xué)生更全面的提高設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)能力，保障后續(xù)學(xué)習(xí)效果得到提升，實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展[1]。

2 教學(xué)改革的內(nèi)容以及目標(biāo)

2.1 計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)新工科教學(xué)改革的內(nèi)容探索

以人工智能及編程能力為核心的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)新工科教學(xué)改革的主要目的是培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)化的信息智能人才，因此在改革的內(nèi)容中則要注重對(duì)課程體系的良好重構(gòu)。其中關(guān)鍵在于探索理論和實(shí)踐的結(jié)合、強(qiáng)化學(xué)生的科研能力、創(chuàng)新人工智能實(shí)踐教學(xué)方法以及改革編程課程體系，從這四個(gè)方面內(nèi)容進(jìn)行掌握，可以有效地提高計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)新工科教學(xué)改革的實(shí)效性。

2.1.1側(cè)重理論與實(shí)踐相結(jié)合

在人工智能理論課和實(shí)踐課的設(shè)置方面，要將新工科要求作為導(dǎo)向、社會(huì)需求為目標(biāo)、將提高實(shí)踐能力作為教學(xué)核心，側(cè)重理論與應(yīng)用相結(jié)合，并且要合理突出案例教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，從而能夠創(chuàng)新開(kāi)發(fā)出以人工智能為核心的具有學(xué)科前沿性的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)課程體系。因此在教學(xué)改革中，則要按照必需和通用兩個(gè)原則，設(shè)立通識(shí)基礎(chǔ)課、專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課，可以適當(dāng)添加選修課，以擴(kuò)展學(xué)生的學(xué)習(xí)視野。具體教學(xué)改革的內(nèi)容包括建設(shè)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)人工智能和編程在線課程，盡可能地豐富教學(xué)資源，通過(guò)慕課、資源共享課以及視頻網(wǎng)課等，彌補(bǔ)課堂教學(xué)存在的不足。同時(shí)需要精心建設(shè)實(shí)訓(xùn)案例，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐課程的項(xiàng)目化，教師可以將人工智能項(xiàng)目作為載體和平臺(tái)，指導(dǎo)學(xué)生融合知識(shí)理論和實(shí)踐操作，基于合作學(xué)習(xí)模式培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)能力和綜合技能，更好地解決學(xué)習(xí)中的實(shí)際問(wèn)題。在教學(xué)改革中還需創(chuàng)新教學(xué)方式，以培養(yǎng)創(chuàng)新人員為目的，通過(guò)產(chǎn)-學(xué)-研協(xié)同教學(xué)機(jī)制，深入挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛力，循序漸進(jìn)式建立人工智能實(shí)踐教學(xué)體系[2]。

2.1.2 加強(qiáng)學(xué)生的科研訓(xùn)練

計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)新工科教學(xué)改革的主要內(nèi)容則是要加強(qiáng)學(xué)生的科研訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的科研思維，促使其能夠在學(xué)習(xí)和工作中增強(qiáng)探索和研究能力，提升學(xué)生樹(shù)立正確的學(xué)科思想，指導(dǎo)實(shí)踐活動(dòng)，以提升人工智能及編程學(xué)習(xí)效果。因此需要在教學(xué)改革中增加系統(tǒng)分析等專(zhuān)業(yè)課程，促使學(xué)生能夠?qū)⒎治龉ぞ吲c實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行相結(jié)合，選擇適當(dāng)?shù)姆椒ń鉀Q問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維和聚合性思維，保障學(xué)生具備較強(qiáng)的知識(shí)遷移能力和轉(zhuǎn)化能力。而且高校在教學(xué)改革實(shí)踐中應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生關(guān)注學(xué)科前沿發(fā)展動(dòng)態(tài)，有效利用學(xué)術(shù)資源發(fā)現(xiàn)科研問(wèn)題，教學(xué)過(guò)程中高?？梢越M織學(xué)生參與學(xué)科競(jìng)賽，培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)，鍛煉其發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

2.1.3 創(chuàng)新人工智能教學(xué)實(shí)踐

高校要實(shí)現(xiàn)以人工智能及編程能力為核心的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)新工科教學(xué)改革，則應(yīng)當(dāng)創(chuàng)新人工智能課程的實(shí)踐教學(xué)，在注重理論教育的同時(shí)，側(cè)重實(shí)踐操作能力的培養(yǎng)，從而促使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的知識(shí)內(nèi)化為實(shí)踐能力。即要深化多方協(xié)同培育優(yōu)秀人才機(jī)制，進(jìn)一步擴(kuò)展人才培養(yǎng)的寬泛度，塑造高知識(shí)水平、高動(dòng)手操作能力的綜合性計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)人才。具體改革內(nèi)容是高校與企事業(yè)單位加強(qiáng)合作，結(jié)合學(xué)校的教學(xué)計(jì)劃以及企業(yè)的發(fā)展需求，建立聯(lián)合型的新工科計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，積極引導(dǎo)學(xué)生參與到具有實(shí)踐性和社會(huì)性的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)、學(xué)術(shù)競(jìng)賽以及項(xiàng)目創(chuàng)新研究等活動(dòng)，比如有效引導(dǎo)學(xué)生參與具有實(shí)際意義的人工智能開(kāi)發(fā)項(xiàng)目、人工智能編程編寫(xiě)項(xiàng)目等，以此提高學(xué)生的全面素質(zhì)以及專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平，強(qiáng)化新工科素養(yǎng)[3]。

2.1.4 改革編程課程體系

對(duì)于編程能力為核心的教學(xué)改革，則要注重程序設(shè)計(jì)課程體系重構(gòu)。由于程序設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容即算法，因此高校要在計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的程序設(shè)計(jì)課程中，充分引入智能算法教學(xué)內(nèi)容，針對(duì)人工智能算法開(kāi)設(shè)具有一定深度選修課，擴(kuò)展學(xué)生的學(xué)習(xí)視野。并且因?yàn)橹悄芩惴ǖ睦碚摵蛯?shí)踐較為復(fù)雜，在學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)時(shí)，學(xué)生會(huì)經(jīng)常遇到難以理解和攻克的問(wèn)題。高校教師則要采用直觀、動(dòng)態(tài)、圖示化的方法對(duì)智能算法進(jìn)行講解，保障學(xué)生能夠更好地掌握程序設(shè)計(jì)課程知識(shí)內(nèi)容。實(shí)際上，培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力是一個(gè)長(zhǎng)期漸進(jìn)的過(guò)程，對(duì)其課程安排要呈現(xiàn)階梯式，逐漸開(kāi)拓學(xué)習(xí)深度，促使學(xué)生的理論和實(shí)踐能力得到持續(xù)提升。

2.2 計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)新工科教學(xué)改革的目標(biāo)探索

以人工智能及編程能力為核心的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)新工科教學(xué)改革的目標(biāo)要求是促使學(xué)生能夠在大數(shù)據(jù)時(shí)代下，具備相關(guān)的人工智能數(shù)據(jù)分析、挖掘等專(zhuān)業(yè)知識(shí)，同時(shí)具有良好的智能程序編程技術(shù)能力。還包括通過(guò)系統(tǒng)化的編程訓(xùn)練提高學(xué)生的編程水平，保障其具有較強(qiáng)的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和職業(yè)發(fā)展能力。以人工智能及編程能力為核心的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)新工科教學(xué)改革的具體目標(biāo)如下：

1） 在教學(xué)實(shí)踐中結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)以及大數(shù)據(jù)和智能機(jī)器人等相關(guān)專(zhuān)業(yè)課課程，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的人工智能算法程序設(shè)計(jì)能力。通過(guò)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)等課程教學(xué)，促使學(xué)生具備人工智能相關(guān)理論和實(shí)踐知識(shí)，培養(yǎng)其智能算法設(shè)計(jì)編程技術(shù)能力。旨在實(shí)現(xiàn)學(xué)生畢業(yè)后能夠勝任相關(guān)專(zhuān)業(yè)技術(shù)崗位，有能力參與人工智能和編程項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)自身的專(zhuān)業(yè)價(jià)值。

2） 通過(guò)以人工智能及編程能力為核心的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)新工科教學(xué)改革，提高大學(xué)生的編程能力達(dá)到專(zhuān)業(yè)化水平，在畢業(yè)后具有較為優(yōu)秀的程序設(shè)計(jì)能力，充分滿足社會(huì)企業(yè)發(fā)展對(duì)人才的需求，并在人才同質(zhì)化的形勢(shì)下，進(jìn)一步增強(qiáng)畢業(yè)生的社會(huì)就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

3） 在教學(xué)改革中尋求和探究高校計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)計(jì)劃，探索教學(xué)改進(jìn)方法，形成理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式。在新工科要求下，創(chuàng)新應(yīng)用型人才的培養(yǎng)方案，探索提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力和編程技術(shù)水平的教學(xué)實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)形式[4]。從而形成一套具有實(shí)效性的以人工智能及編程能力為核心的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)新工科教學(xué)體系，為高校培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)人才提供有效途徑和手段，推動(dòng)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)教學(xué)與時(shí)俱進(jìn)，為社會(huì)發(fā)展建設(shè)輸送專(zhuān)業(yè)化、綜合性青年人才。

3 計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)新工科教學(xué)改革措施

在以人工智能及編程能力為核心的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)新工科教學(xué)改革實(shí)踐中，為確保學(xué)生具備良好的大數(shù)據(jù)人工智能編程基礎(chǔ)并不斷提高編程能力，在具體改革措施落實(shí)過(guò)程中，要優(yōu)化調(diào)整計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的相關(guān)教學(xué)計(jì)劃，適當(dāng)增加和開(kāi)設(shè)人工智能課程。同時(shí)要對(duì)編程類(lèi)課程的開(kāi)課時(shí)間以及間隔、教學(xué)順序等進(jìn)行優(yōu)化。在改革編程類(lèi)課程教學(xué)時(shí)，應(yīng)積極采用案例、項(xiàng)目開(kāi)發(fā)或小組開(kāi)發(fā)、上機(jī)開(kāi)始等方法，全面加強(qiáng)學(xué)生的大數(shù)據(jù)人工智能編程能力。并可以與國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的大型企業(yè)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)合作，借助企業(yè)實(shí)際的技術(shù)環(huán)境培養(yǎng)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)技能。具體改革措施如下。

1） 循序漸進(jìn)開(kāi)設(shè)Python數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)等課程，保障學(xué)生能夠了解和掌握大數(shù)據(jù)人工智能的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，深入學(xué)習(xí)人工智能語(yǔ)言，促使學(xué)生形成計(jì)算機(jī)求解思維，以便于在人工智能和編程領(lǐng)域中積累豐富的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，掌握正確的實(shí)踐方法。同時(shí)高校應(yīng)當(dāng)面向新技術(shù)，合理規(guī)劃編程語(yǔ)言的必修課及選修課，形成必修與選修相輔相成的教學(xué)格局，如函數(shù)式編程及主流編程語(yǔ)言課程的開(kāi)設(shè)等，為培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)化人才奠定良好的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

2） 合理調(diào)整計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)計(jì)劃，確保程序設(shè)計(jì)等課程學(xué)習(xí)具有連續(xù)性和漸進(jìn)性，即打造在校學(xué)習(xí)、出校實(shí)訓(xùn)的教學(xué)體系，有效的銜接教學(xué)理論和實(shí)踐，完善計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)計(jì)劃，使其具有全面性、覆蓋性和不間斷性。同時(shí)優(yōu)化C語(yǔ)言、Java語(yǔ)言、Python語(yǔ)言以及數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)等課程的課時(shí)及內(nèi)容，結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)以及教學(xué)目標(biāo)，合理安排在校學(xué)習(xí)課程的開(kāi)課時(shí)間，而且要科學(xué)安排實(shí)訓(xùn)教學(xué)計(jì)劃，與理論知識(shí)構(gòu)成相互交叉、相互融合的教學(xué)模式，從而長(zhǎng)期、持續(xù)的培養(yǎng)學(xué)生編程能力。

3） 對(duì)于理論和實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革，主要是針對(duì)程序設(shè)計(jì)課程開(kāi)展課程考核方式改革，在期中和期末考核中將上機(jī)編程作為主要考察方式，激發(fā)學(xué)生編程動(dòng)手能力，強(qiáng)化其專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)。在教學(xué)過(guò)程中，明確程序設(shè)計(jì)的重要地位，設(shè)立學(xué)習(xí)目標(biāo)，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，同時(shí)要強(qiáng)化編程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以上機(jī)編程倒逼學(xué)生提高編程動(dòng)手能力。還要采用普遍案例開(kāi)展編程訓(xùn)練，并利用多媒體課件等演示程序設(shè)計(jì)算法，突出其核心地位。

4） 建立計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)人工智能與編程系統(tǒng)平臺(tái)。在新工科教學(xué)思想下，高校要摒棄傳統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)教學(xué)方式方法，建立完善的系統(tǒng)平臺(tái)，將課程實(shí)驗(yàn)盡量簡(jiǎn)單化、生活化，拉近學(xué)生與人工智能和編程工程的距離，高校通過(guò)建立系統(tǒng)平臺(tái)，收納先進(jìn)的人工智能和編程學(xué)科的前沿研究成果，進(jìn)一步擴(kuò)展學(xué)生的學(xué)習(xí)視野和創(chuàng)新思維，及時(shí)更新專(zhuān)業(yè)知識(shí)。并且通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)能夠更加深入地開(kāi)展專(zhuān)業(yè)交流和活動(dòng)，加快對(duì)新技術(shù)的接受能力，以彌補(bǔ)教學(xué)模式中存在的僵化知識(shí)體系。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，以人工智能及編程能力為核心的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)新工科教學(xué)改革，是在當(dāng)前信息化、智能化時(shí)代培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)人才的重要手段，能夠提高畢業(yè)生的人工智能及程序設(shè)計(jì)能力，充分滿足現(xiàn)代化建設(shè)的優(yōu)秀人才需求。因此計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)需要明確教學(xué)改革的重要性，結(jié)合實(shí)際情況，積極探索教學(xué)改革的內(nèi)容和目標(biāo)，從而通過(guò)合理有效的改革措施，加強(qiáng)對(duì)人工智能及編程專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)，充分提高其就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，增強(qiáng)教學(xué)改革的實(shí)效性，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)工程教育水平的提升。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】