教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革項(xiàng)目申報(bào)書-基于計(jì)算思維的大學(xué)計(jì)算機(jī)課程思政案例構(gòu)建與實(shí)踐

2023年美麗軟件科技有限公司教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目申請(qǐng)書項(xiàng)目名稱：基于計(jì)算思維的大學(xué)計(jì)算機(jī)課程思政案例構(gòu)建與實(shí)踐負(fù)責(zé)人：聯(lián)系電話：工作郵箱：學(xué)校名稱：通信地址：二○二三年七月制填表說(shuō)明(1)全日制本科高校在職教師或在校學(xué)生；(2)原則上不接受之前已獲得過(guò)同類項(xiàng)目資助的重復(fù)2.有關(guān)項(xiàng)目?jī)?nèi)容、具體要求和說(shuō)明請(qǐng)參考項(xiàng)目申報(bào)指3.項(xiàng)目負(fù)責(zé)人填寫的內(nèi)容由所在單位負(fù)責(zé)審核，所填內(nèi)容必須真實(shí)、可靠。4.申請(qǐng)書由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人填寫并手寫簽名，報(bào)送所在高校主管部門審查、簽署意見并蓋章后，將掃描文件上傳到項(xiàng)目平臺(tái)()。項(xiàng)目概況(單選)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人(主要教學(xué)及科研工作)獲得藍(lán)橋杯軟件設(shè)計(jì)大賽省賽二等獎(jiǎng)2020.10操作系統(tǒng)慕課設(shè)計(jì)和制作的探究2024.6疫情下教師在線教學(xué)能力提升的探究項(xiàng)目主要成員(不含項(xiàng)目負(fù)計(jì)算思維是數(shù)字化時(shí)代大學(xué)生的基本素養(yǎng)之一，是融入社會(huì)必需的思維能力。2006年周以真教授提出了計(jì)算思維的定義，即運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問(wèn)題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類行為的一系列思維活動(dòng)的統(tǒng)稱

[1]。大學(xué)計(jì)算機(jī)課程是面向大學(xué)一年級(jí)新生開設(shè)的通識(shí)類思維教育課程，是培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)，借鑒計(jì)算學(xué)科的智慧、思想和方法，有效地分析處理自然社會(huì)相關(guān)問(wèn)題的課程

[2]。我國(guó)一直強(qiáng)調(diào)立德樹人成效是檢驗(yàn)高校工作的根本標(biāo)準(zhǔn)，課程思政建設(shè)要在所有高校、所有學(xué)科專業(yè)全面推進(jìn)，要將價(jià)值塑造、知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)融為一體

[3]。因此，如何在培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的大學(xué)計(jì)算機(jī)課程中，潛移默化地融入課程思政元素，形成與教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)的多元化課程思政內(nèi)容，在傳授知識(shí)和能力培養(yǎng)的過(guò)程中強(qiáng)化對(duì)學(xué)生的價(jià)值引領(lǐng)，成為目前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。1大學(xué)計(jì)算機(jī)課程中計(jì)算思維的理解基于計(jì)算思維的大學(xué)計(jì)算機(jī)課程要面向?qū)W生進(jìn)行思維能力的培養(yǎng)，在思維層面上推動(dòng)學(xué)生能力的發(fā)展。將計(jì)算思維核心概念劃分為核心層、中間層和外圍層3個(gè)層次，如圖1所示

[4]，計(jì)算思維核心概念與大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表1。計(jì)算是求解自然/社會(huì)問(wèn)題的基本思維方式；自動(dòng)化包括自動(dòng)計(jì)算、程序運(yùn)行、自動(dòng)執(zhí)行等概念；設(shè)計(jì)關(guān)注的是可靠可信系統(tǒng)的構(gòu)建與程序設(shè)計(jì)；抽象是社會(huì)/自然問(wèn)題到數(shù)學(xué)模型再到算法設(shè)計(jì)的過(guò)程；協(xié)作是復(fù)雜系統(tǒng)的分工、合作與協(xié)同；記憶關(guān)聯(lián)著信息的表示、存儲(chǔ)和恢復(fù)；通信關(guān)注的是不同位置之間信息的變換；評(píng)估關(guān)注著數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計(jì)與建模仿真

[4]。2基于計(jì)算思維核心概念的課程思政元素挖掘圍繞大學(xué)計(jì)算機(jī)課程中計(jì)算思維核心概念，構(gòu)建基于3個(gè)層次的課程思政教學(xué)案例，見表2。進(jìn)行課程思政教育主要從中國(guó)特色社會(huì)主義教育、社會(huì)主義核心價(jià)值觀教育、傳統(tǒng)文化教育、法制安全教育、職業(yè)理想教育5個(gè)方面來(lái)展開

[5]。將思政元素歸納為唯物主義、四個(gè)自信、愛國(guó)主義、傳統(tǒng)文化、信息安全、職業(yè)理想、道德法規(guī)7個(gè)方面，根據(jù)計(jì)算思維核心概念對(duì)應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，選擇思政元素，結(jié)合大學(xué)計(jì)算機(jī)課程構(gòu)建相應(yīng)的課程思政案例。本次項(xiàng)目的實(shí)施為后續(xù)企業(yè)與高校的合作搭建了平臺(tái)，具有橋梁的作用，項(xiàng)目實(shí)施的意義較大。2.項(xiàng)目培訓(xùn)方式：本項(xiàng)目培訓(xùn)的方式更加多元化，采用線上線下、理論+實(shí)踐相結(jié)合的培訓(xùn)方式。大數(shù)據(jù)分析相關(guān)師資培訓(xùn)研議報(bào)告及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)相關(guān)學(xué)習(xí)資料等，。在進(jìn)行線下培訓(xùn)時(shí)，采用理論+實(shí)踐的培訓(xùn)方式，不僅要注重理論知識(shí)，還要注重實(shí)戰(zhàn)鍛煉，在實(shí)學(xué)習(xí)成效。為了提高教師的學(xué)習(xí)效率，以及更好地掌握教師培訓(xùn)情況，本項(xiàng)目采用以任務(wù)為導(dǎo)向，將培訓(xùn)內(nèi)容分解成每天的學(xué)習(xí)任務(wù)，最后以學(xué)習(xí)日志和課程設(shè)計(jì)的形式提交。除進(jìn)行線下培訓(xùn)外，還可以帶領(lǐng)高校教師參觀企業(yè)，組織專任教師去企業(yè)頂中去。項(xiàng)目實(shí)施的途徑和方式更加多元化，更具有趣味性，可以訓(xùn)。3.項(xiàng)目培訓(xùn)內(nèi)容：本項(xiàng)目實(shí)施目的是提高教師專業(yè)技能、教學(xué)能力和課程建設(shè)水平。本項(xiàng)目對(duì)教師專業(yè)技能的培訓(xùn)更注重教師實(shí)踐能力的提升，培訓(xùn)內(nèi)容不拘泥于課本理論，側(cè)重于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在企業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用。通過(guò)實(shí)際項(xiàng)目演練，加深教師對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握，使得教師通過(guò)培訓(xùn)達(dá)到大數(shù)據(jù)專業(yè)的能力要求。1基于核心層次構(gòu)建案例計(jì)算屬于計(jì)算思維概念層次中的核心層次。圍繞計(jì)算培養(yǎng)學(xué)生文化自信，可將進(jìn)制與易經(jīng)、NP類問(wèn)題與哲學(xué)思想作為案例。卦象的“古為今用”，一個(gè)字節(jié)由8位構(gòu)成，二進(jìn)制中的“0”和“1”相當(dāng)于兩種爻象，將卦象用計(jì)算機(jī)進(jìn)制表示，既能加深對(duì)進(jìn)制轉(zhuǎn)換的理解，又能感受古人的智慧；P類問(wèn)題、NP類問(wèn)題與可能性、現(xiàn)實(shí)性的關(guān)聯(lián)，可能性存在于現(xiàn)實(shí)之中，現(xiàn)實(shí)事物是由可能轉(zhuǎn)換來(lái)的，一旦具有轉(zhuǎn)換的前提，可能就會(huì)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。2基于中間層次構(gòu)建案例中間層次包括自動(dòng)化、設(shè)計(jì)和抽象。（1）圍繞自動(dòng)化培養(yǎng)學(xué)生愛國(guó)主義精神，可將我國(guó)集成電路芯片研發(fā)、算盤與計(jì)算機(jī)、超級(jí)計(jì)算機(jī)作為案例。①ASML半導(dǎo)體研發(fā)公司曾放言中國(guó)舉國(guó)之力也造不出EUV光刻機(jī)，公開圖紙也沒人能造出。面對(duì)芯片制造的現(xiàn)狀，我國(guó)研究人員堅(jiān)持道路自信，夜以繼日地攻克科技難題，力爭(zhēng)早日在西方國(guó)家的科技包圍中突破封鎖。②計(jì)算工具的發(fā)展史讓學(xué)生不僅知道中國(guó)的算盤是最先進(jìn)的珠算工具，還有更早的算籌。算盤立足計(jì)數(shù)，但不能自動(dòng)計(jì)算，通過(guò)算盤與計(jì)算機(jī)的對(duì)比更能加深學(xué)生對(duì)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)基本特征的理解以及對(duì)傳統(tǒng)文化的理解。③高性能計(jì)算是一個(gè)國(guó)家計(jì)算機(jī)發(fā)展水平的體現(xiàn)，我國(guó)在高性能計(jì)算領(lǐng)域研發(fā)的銀河系列、天河系列、神威系列、曙光系列超級(jí)計(jì)算機(jī)，目前位于世界先進(jìn)水平，這離不開長(zhǎng)期以來(lái)堅(jiān)持自主創(chuàng)新、科研育人的人才培養(yǎng)理念，體現(xiàn)制度自信。（2）圍繞設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生愛國(guó)主義精神、創(chuàng)新精神，可將銀河麒麟/鴻蒙操作系統(tǒng)、美國(guó)對(duì)華為實(shí)施禁令、中國(guó)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展作為案例。①銀河麒麟/鴻蒙操作系統(tǒng)都是我國(guó)自主設(shè)計(jì)與研發(fā)的操作系統(tǒng)，正是我國(guó)堅(jiān)持科技創(chuàng)新，為建設(shè)世界科技強(qiáng)國(guó)而奮斗的重要體現(xiàn)。②近年來(lái)美國(guó)一直在對(duì)華為進(jìn)行打壓，對(duì)一些高校和企業(yè)實(shí)施出口禁令

[6]，但面對(duì)禁令我國(guó)依然堅(jiān)持科技創(chuàng)新，只有堅(jiān)持自主研發(fā)才能不受制于人。③我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)起步較晚，但實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，2004年12月，全球最大的純IPv6網(wǎng)絡(luò)CNGICERNET2正式開通，2008年北京奧運(yùn)會(huì)上，CNGI-CERNET2項(xiàng)目成果得到了廣泛應(yīng)用。正是因?yàn)橛袀ゴ蟮目茖W(xué)家堅(jiān)持科技攻關(guān)與創(chuàng)新，才使得我國(guó)在下一代互聯(lián)網(wǎng)工程中取得不少突破。這些都體現(xiàn)了制度自信與道路自信。（3）圍繞抽象培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)理想，可將符號(hào)化、程序構(gòu)造、算法中蘊(yùn)含的科學(xué)思維，圓周率與傳統(tǒng)文化作為案例。①自然社會(huì)問(wèn)題若要能被計(jì)算機(jī)處理，首先要將問(wèn)題進(jìn)行符號(hào)化，這一過(guò)程是訓(xùn)練學(xué)生利用辯證唯物主義科學(xué)思維的過(guò)程，可以培養(yǎng)學(xué)生聯(lián)系發(fā)展地看待問(wèn)題。②程序構(gòu)造是表達(dá)千變?nèi)f化復(fù)雜動(dòng)作的手段，遞歸是遞推和回歸的組合，這其中體現(xiàn)了循序漸進(jìn)，將大規(guī)模復(fù)雜問(wèn)題分解為小規(guī)模問(wèn)題的科學(xué)思維方法。③算法在問(wèn)題求解過(guò)程中起著統(tǒng)帥的作用，算法設(shè)計(jì)要有整體的規(guī)劃，表達(dá)算法思想的步驟每一步都是確定沒有歧義的，由此也可以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。④算法設(shè)計(jì)中蒙特卡洛方法求解圓周率是一個(gè)典型的計(jì)算思維的應(yīng)用，可以引用劉徽的“割圓術(shù)”計(jì)算圓周率，其中蘊(yùn)含的求極限的創(chuàng)新思想，反映了古人的創(chuàng)新思維，弘揚(yáng)中國(guó)傳統(tǒng)文化，體現(xiàn)文化自信。3基于外圍層次構(gòu)建案例外圍層次包括協(xié)作、記憶、通信與評(píng)估。（1）圍繞協(xié)作培養(yǎng)學(xué)生唯物主義思想、四個(gè)自信、職業(yè)精神，可將計(jì)算環(huán)境與否定之否定規(guī)律、抗擊疫情、互聯(lián)網(wǎng)與社會(huì)的融合發(fā)展作為案例。①通用計(jì)算環(huán)境的發(fā)展演變是曲折前進(jìn)的，這一過(guò)程包含了協(xié)同作業(yè)，是否定之否定規(guī)律對(duì)事物發(fā)展普遍規(guī)律的反映。②在這次新冠疫情防控過(guò)程中，社區(qū)、疾控、單位多級(jí)部門聯(lián)動(dòng)，分工協(xié)作，體現(xiàn)了制度自信和社會(huì)主義制度優(yōu)越性。③旅游業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、餐飲業(yè)等與互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)作發(fā)展，促進(jìn)了互聯(lián)網(wǎng)與社會(huì)、自然網(wǎng)絡(luò)的深度融合，網(wǎng)絡(luò)化思維將繼續(xù)創(chuàng)新生活方式，改變社會(huì)與世界。（2）記憶關(guān)系到信息的表示、存儲(chǔ)和恢復(fù)，這其中蘊(yùn)含了有效進(jìn)行數(shù)據(jù)搜索的方法。圍繞記憶可以培養(yǎng)學(xué)生從不同角度與方法看待事物。①在以AlphaGo、自動(dòng)駕駛等人工智能應(yīng)用為代表的“大數(shù)據(jù)思維”時(shí)代，思維方式勝于數(shù)據(jù)本身，通過(guò)典型實(shí)例的講解培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)進(jìn)程中需要的職業(yè)素養(yǎng)。②中國(guó)存儲(chǔ)系統(tǒng)的先行者率先在高性能存儲(chǔ)領(lǐng)域深耕發(fā)力，使得中國(guó)的存儲(chǔ)系統(tǒng)領(lǐng)域從一張白紙到世界領(lǐng)先，通過(guò)典型人物事跡的講解激發(fā)學(xué)生的愛國(guó)主義精神與四個(gè)自信，將奮斗精神、科技強(qiáng)國(guó)的決心厚植于學(xué)生心中。（3）圍繞通信培養(yǎng)學(xué)生安全意識(shí)、道德法律意識(shí)、愛國(guó)主義精神，可將網(wǎng)絡(luò)安全威脅、網(wǎng)絡(luò)詐騙案、百度搜索引擎取得成功作為案例。①網(wǎng)絡(luò)安全是全球性挑戰(zhàn)，各國(guó)都難以獨(dú)善其身，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全是國(guó)際社會(huì)的共同責(zé)任。關(guān)注網(wǎng)絡(luò)安全、加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)治理，不僅讓互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)獲得更安全的發(fā)展空間，還能激發(fā)網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)業(yè)發(fā)展，形成新的互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。②網(wǎng)絡(luò)詐騙在現(xiàn)實(shí)中屢禁不止，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)兼職、網(wǎng)絡(luò)投資等典型案例的講解提高學(xué)生的法律意識(shí)。③通過(guò)講解百度搜索引擎取得的成功以及網(wǎng)絡(luò)爬蟲抓取網(wǎng)絡(luò)應(yīng)遵循的技術(shù)規(guī)范，帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)《網(wǎng)絡(luò)空間安全法》，培養(yǎng)學(xué)生網(wǎng)絡(luò)安全意識(shí)。中國(guó)始終把處理好安全和發(fā)展的關(guān)系作為統(tǒng)籌推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)工作的重中之重，通過(guò)落實(shí)網(wǎng)絡(luò)安全責(zé)任制，倡導(dǎo)“網(wǎng)絡(luò)安全為人民，網(wǎng)絡(luò)安全靠人民”的理念，以關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施保護(hù)加固安全屏障，為互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展提供有力的安全保障。（4）評(píng)估方面的案例可以與疫情數(shù)據(jù)分析相聯(lián)系，通過(guò)疫情大數(shù)據(jù)的爬取、建模與預(yù)測(cè)可以使人們直觀感受到疫情的變化?？梢暬！?shù)據(jù)分析等讓人們看到了疫情地圖、實(shí)時(shí)資訊，使生活更加智能。可視化建模通過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，可以加深學(xué)生對(duì)唯物主義的理解，也可以讓學(xué)生感受到應(yīng)對(duì)疫情時(shí)的中國(guó)力量。4大學(xué)計(jì)算機(jī)與課程思政的融合實(shí)踐4.1以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力為導(dǎo)向，多層次挖掘思政元素在授課過(guò)程中，要做到系統(tǒng)性的課程設(shè)計(jì)，就要明確課程思政的切入點(diǎn)，要理清課程內(nèi)容與思政內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)，使得二者相互聯(lián)系、相互促進(jìn)。計(jì)算思維核心概念要能夠與課程目標(biāo)相對(duì)應(yīng)，要圍繞該核心概念系統(tǒng)挖掘思政元素，細(xì)分到每一章、每一節(jié)。對(duì)于教學(xué)目標(biāo)的每個(gè)部分要各有側(cè)重，找準(zhǔn)挖掘的著力點(diǎn)，除此之外還可以與其他教師合作，與時(shí)俱進(jìn)挖掘思政元素，將系統(tǒng)挖掘、區(qū)分挖掘、合作挖掘落到實(shí)處。4.2以價(jià)值引領(lǐng)為核心，教學(xué)過(guò)程中合理融合思政元素筆者通過(guò)2020級(jí)和2021級(jí)大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)實(shí)踐，深刻體會(huì)到思政元素與專業(yè)知識(shí)的融合須做到潤(rùn)物無(wú)聲。課程實(shí)施要注重教學(xué)路徑的設(shè)計(jì)，強(qiáng)化思政元素與課程教學(xué)內(nèi)容之間的融合。授課過(guò)程中采用“MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式，課前通過(guò)雨課堂、MOOC、SPOC等發(fā)布帶有思政元素的學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生自學(xué)；課中分為理論課和實(shí)驗(yàn)課兩種，實(shí)驗(yàn)課以帶有思政元素的任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，讓學(xué)生搜集相關(guān)案例并采用翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行講解，理論課采用多種教學(xué)方法將思政教育融入其中；課后學(xué)生完成相關(guān)作業(yè)進(jìn)行鞏固

[7]。相比課堂上三言兩語(yǔ)的講述，線上平臺(tái)可以圖文并茂地提供豐富的思政材料供學(xué)生自主學(xué)習(xí)，從而更好地實(shí)現(xiàn)課程思政教學(xué)目標(biāo)。4.3以教學(xué)質(zhì)量為中心，完善教學(xué)效果評(píng)價(jià)經(jīng)過(guò)兩年來(lái)的教學(xué)實(shí)踐，采用定量定性相結(jié)合的方法進(jìn)行教學(xué)效果的評(píng)定，通過(guò)對(duì)學(xué)生進(jìn)行訪談和問(wèn)卷調(diào)查得出課程思政的實(shí)施對(duì)學(xué)生產(chǎn)生了深刻影響。學(xué)生在收獲方面的反饋見表3，學(xué)生對(duì)課程思政的認(rèn)識(shí)反饋見表4。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，即使有部分學(xué)生不能區(qū)分“課程思政”與“思政課程”，但面向?qū)W生計(jì)算思維能力培養(yǎng)的課程思政教育起到了一定作用；此外教師在授課過(guò)程中，不僅要安排思政元素的融入，還應(yīng)提升自身的素養(yǎng)，從而促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。通過(guò)本課題的研究，力求達(dá)到以下預(yù)期目標(biāo)：（1）對(duì)區(qū)域代表性企業(yè)進(jìn)行調(diào)查走訪，通過(guò)調(diào)查結(jié)果分析得到圍繞軟件工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案要求及畢業(yè)要求的解決復(fù)雜工程問(wèn)題的創(chuàng)新能力需求報(bào)告；（2）校企雙方教師嘗試在嵌入式核心課程的實(shí)踐教學(xué)中將OBE教學(xué)模式進(jìn)行應(yīng)用，包括共同進(jìn)行項(xiàng)目選擇、案例設(shè)計(jì)、場(chǎng)景設(shè)計(jì)及實(shí)施過(guò)程；（3）校企雙方教師在課程設(shè)計(jì)中加入師生協(xié)同創(chuàng)新，制定過(guò)程化考核機(jī)制，完善軟件工程專業(yè)課程體系；（4）形成帶有實(shí)踐效果的應(yīng)用研究報(bào)告；（5）發(fā)表教學(xué)改革論文1-2篇。2023年8月-2023年1月：開展性工科產(chǎn)教融合、校企合作模式相關(guān)外政策及文獻(xiàn)的整理，并對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)和法規(guī)進(jìn)行研究探索，深入理解國(guó)家對(duì)新工科專業(yè)人才需求的具體標(biāo)準(zhǔn)和方向，并以此為基礎(chǔ)對(duì)國(guó)內(nèi)知名高校新工科專業(yè)建設(shè)現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研，收集整理相關(guān)信息資料，通過(guò)學(xué)術(shù)交流等方式與領(lǐng)頭高校專業(yè)負(fù)責(zé)人和領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行溝通探討，找到新工科專業(yè)與優(yōu)質(zhì)企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)教融合、校企合作的型模式，新標(biāo)準(zhǔn)。2024年2月-2024年7月：對(duì)現(xiàn)有“新