教育部产学合作协同育人教学内容和课程体系改革项目申报书-基于计算思维的大学计算机课程思政案例构建与实践

2023年美丽软件科技有限公司教育部产学合作协同育人项目申请书项目名称：基于计算思维的大学计算机课程思政案例构建与实践负责人：联系电话：工作邮箱：学校名称：通信地址：二○二三年七月制填表说明(1)全日制本科高校在职教师或在校学生；(2)原则上不接受之前已获得过同类项目资助的重复2.有关项目内容、具体要求和说明请参考项目申报指3.项目负责人填写的内容由所在单位负责审核，所填内容必须真实、可靠。4.申请书由项目负责人填写并手写签名，报送所在高校主管部门审查、签署意见并盖章后，将扫描文件上传到项目平台()。项目概况(单选)项目负责人(主要教学及科研工作)获得蓝桥杯软件设计大赛省赛二等奖2020.10操作系统慕课设计和制作的探究2024.6疫情下教师在线教学能力提升的探究项目主要成员(不含项目负计算思维是数字化时代大学生的基本素养之一，是融入社会必需的思维能力。2006年周以真教授提出了计算思维的定义，即运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为的一系列思维活动的统称

[1]。大学计算机课程是面向大学一年级新生开设的通识类思维教育课程，是培养学生利用计算机，借鉴计算学科的智慧、思想和方法，有效地分析处理自然社会相关问题的课程

[2]。我国一直强调立德树人成效是检验高校工作的根本标准，课程思政建设要在所有高校、所有学科专业全面推进，要将价值塑造、知识传授和能力培养融为一体

[3]。因此，如何在培养学生计算思维能力的大学计算机课程中，潜移默化地融入课程思政元素，形成与教学内容密切相关的多元化课程思政内容，在传授知识和能力培养的过程中强化对学生的价值引领，成为目前研究的热点问题。1大学计算机课程中计算思维的理解基于计算思维的大学计算机课程要面向学生进行思维能力的培养，在思维层面上推动学生能力的发展。将计算思维核心概念划分为核心层、中间层和外围层3个层次，如图1所示

[4]，计算思维核心概念与大学计算机课程教学目标、教学内容的对应关系见表1。计算是求解自然/社会问题的基本思维方式；自动化包括自动计算、程序运行、自动执行等概念；设计关注的是可靠可信系统的构建与程序设计；抽象是社会/自然问题到数学模型再到算法设计的过程；协作是复杂系统的分工、合作与协同；记忆关联着信息的表示、存储和恢复；通信关注的是不同位置之间信息的变换；评估关注着数据的分析统计与建模仿真

[4]。2基于计算思维核心概念的课程思政元素挖掘围绕大学计算机课程中计算思维核心概念，构建基于3个层次的课程思政教学案例，见表2。进行课程思政教育主要从中国特色社会主义教育、社会主义核心价值观教育、传统文化教育、法制安全教育、职业理想教育5个方面来展开

[5]。将思政元素归纳为唯物主义、四个自信、爱国主义、传统文化、信息安全、职业理想、道德法规7个方面，根据计算思维核心概念对应的教学内容，选择思政元素，结合大学计算机课程构建相应的课程思政案例。本次项目的实施为后续企业与高校的合作搭建了平台，具有桥梁的作用，项目实施的意义较大。2.项目培训方式：本项目培训的方式更加多元化，采用线上线下、理论+实践相结合的培训方式。大数据分析相关师资培训研议报告及大数据分析技术相关学习资料等，。在进行线下培训时，采用理论+实践的培训方式，不仅要注重理论知识，还要注重实战锻炼，在实学习成效。为了提高教师的学习效率，以及更好地掌握教师培训情况，本项目采用以任务为导向，将培训内容分解成每天的学习任务，最后以学习日志和课程设计的形式提交。除进行线下培训外，还可以带领高校教师参观企业，组织专任教师去企业顶中去。项目实施的途径和方式更加多元化，更具有趣味性，可以训。3.项目培训内容：本项目实施目的是提高教师专业技能、教学能力和课程建设水平。本项目对教师专业技能的培训更注重教师实践能力的提升，培训内容不拘泥于课本理论，侧重于大数据分析技术在企业中的实际应用。通过实际项目演练，加深教师对所学知识点的理解和掌握，使得教师通过培训达到大数据专业的能力要求。1基于核心层次构建案例计算属于计算思维概念层次中的核心层次。围绕计算培养学生文化自信，可将进制与易经、NP类问题与哲学思想作为案例。卦象的“古为今用”，一个字节由8位构成，二进制中的“0”和“1”相当于两种爻象，将卦象用计算机进制表示，既能加深对进制转换的理解，又能感受古人的智慧；P类问题、NP类问题与可能性、现实性的关联，可能性存在于现实之中，现实事物是由可能转换来的，一旦具有转换的前提，可能就会变为现实。2基于中间层次构建案例中间层次包括自动化、设计和抽象。（1）围绕自动化培养学生爱国主义精神，可将我国集成电路芯片研发、算盘与计算机、超级计算机作为案例。①ASML半导体研发公司曾放言中国举国之力也造不出EUV光刻机，公开图纸也没人能造出。面对芯片制造的现状，我国研究人员坚持道路自信，夜以继日地攻克科技难题，力争早日在西方国家的科技包围中突破封锁。②计算工具的发展史让学生不仅知道中国的算盘是最先进的珠算工具，还有更早的算筹。算盘立足计数，但不能自动计算，通过算盘与计算机的对比更能加深学生对现代计算机基本特征的理解以及对传统文化的理解。③高性能计算是一个国家计算机发展水平的体现，我国在高性能计算领域研发的银河系列、天河系列、神威系列、曙光系列超级计算机，目前位于世界先进水平，这离不开长期以来坚持自主创新、科研育人的人才培养理念，体现制度自信。（2）围绕设计培养学生爱国主义精神、创新精神，可将银河麒麟/鸿蒙操作系统、美国对华为实施禁令、中国计算机网络的发展作为案例。①银河麒麟/鸿蒙操作系统都是我国自主设计与研发的操作系统，正是我国坚持科技创新，为建设世界科技强国而奋斗的重要体现。②近年来美国一直在对华为进行打压，对一些高校和企业实施出口禁令

[6]，但面对禁令我国依然坚持科技创新，只有坚持自主研发才能不受制于人。③我国互联网起步较晚，但实现了跨越式发展，2004年12月，全球最大的纯IPv6网络CNGICERNET2正式开通，2008年北京奥运会上，CNGI-CERNET2项目成果得到了广泛应用。正是因为有伟大的科学家坚持科技攻关与创新，才使得我国在下一代互联网工程中取得不少突破。这些都体现了制度自信与道路自信。（3）围绕抽象培养学生职业理想，可将符号化、程序构造、算法中蕴含的科学思维，圆周率与传统文化作为案例。①自然社会问题若要能被计算机处理，首先要将问题进行符号化，这一过程是训练学生利用辩证唯物主义科学思维的过程，可以培养学生联系发展地看待问题。②程序构造是表达千变万化复杂动作的手段，递归是递推和回归的组合，这其中体现了循序渐进，将大规模复杂问题分解为小规模问题的科学思维方法。③算法在问题求解过程中起着统帅的作用，算法设计要有整体的规划，表达算法思想的步骤每一步都是确定没有歧义的，由此也可以培养学生严谨的工作态度。④算法设计中蒙特卡洛方法求解圆周率是一个典型的计算思维的应用，可以引用刘徽的“割圆术”计算圆周率，其中蕴含的求极限的创新思想，反映了古人的创新思维，弘扬中国传统文化，体现文化自信。3基于外围层次构建案例外围层次包括协作、记忆、通信与评估。（1）围绕协作培养学生唯物主义思想、四个自信、职业精神，可将计算环境与否定之否定规律、抗击疫情、互联网与社会的融合发展作为案例。①通用计算环境的发展演变是曲折前进的，这一过程包含了协同作业，是否定之否定规律对事物发展普遍规律的反映。②在这次新冠疫情防控过程中，社区、疾控、单位多级部门联动，分工协作，体现了制度自信和社会主义制度优越性。③旅游业、交通运输业、餐饮业等与互联网的协作发展，促进了互联网与社会、自然网络的深度融合，网络化思维将继续创新生活方式，改变社会与世界。（2）记忆关系到信息的表示、存储和恢复，这其中蕴含了有效进行数据搜索的方法。围绕记忆可以培养学生从不同角度与方法看待事物。①在以AlphaGo、自动驾驶等人工智能应用为代表的“大数据思维”时代，思维方式胜于数据本身，通过典型实例的讲解培养学生职业进程中需要的职业素养。②中国存储系统的先行者率先在高性能存储领域深耕发力，使得中国的存储系统领域从一张白纸到世界领先，通过典型人物事迹的讲解激发学生的爱国主义精神与四个自信，将奋斗精神、科技强国的决心厚植于学生心中。（3）围绕通信培养学生安全意识、道德法律意识、爱国主义精神，可将网络安全威胁、网络诈骗案、百度搜索引擎取得成功作为案例。①网络安全是全球性挑战，各国都难以独善其身，维护网络安全是国际社会的共同责任。关注网络安全、加强网络治理，不仅让互联网企业获得更安全的发展空间，还能激发网络安全产业发展，形成新的互联网经济增长点。②网络诈骗在现实中屡禁不止，通过网络兼职、网络投资等典型案例的讲解提高学生的法律意识。③通过讲解百度搜索引擎取得的成功以及网络爬虫抓取网络应遵循的技术规范，带领学生学习《网络空间安全法》，培养学生网络安全意识。中国始终把处理好安全和发展的关系作为统筹推进互联网工作的重中之重，通过落实网络安全责任制，倡导“网络安全为人民，网络安全靠人民”的理念，以关键信息基础设施保护加固安全屏障，为互联网快速发展提供有力的安全保障。（4）评估方面的案例可以与疫情数据分析相联系，通过疫情大数据的爬取、建模与预测可以使人们直观感受到疫情的变化。可视化建模、数据分析等让人们看到了疫情地图、实时资讯，使生活更加智能。可视化建模通过现象看本质，可以加深学生对唯物主义的理解，也可以让学生感受到应对疫情时的中国力量。4大学计算机与课程思政的融合实践4.1以培养学生计算思维能力为导向，多层次挖掘思政元素在授课过程中，要做到系统性的课程设计，就要明确课程思政的切入点，要理清课程内容与思政内容之间的关联，使得二者相互联系、相互促进。计算思维核心概念要能够与课程目标相对应，要围绕该核心概念系统挖掘思政元素，细分到每一章、每一节。对于教学目标的每个部分要各有侧重，找准挖掘的着力点，除此之外还可以与其他教师合作，与时俱进挖掘思政元素，将系统挖掘、区分挖掘、合作挖掘落到实处。4.2以价值引领为核心，教学过程中合理融合思政元素笔者通过2020级和2021级大学计算机课程教学实践，深刻体会到思政元素与专业知识的融合须做到润物无声。课程实施要注重教学路径的设计，强化思政元素与课程教学内容之间的融合。授课过程中采用“MOOC+SPOC+翻转课堂”的教学模式，课前通过雨课堂、MOOC、SPOC等发布带有思政元素的学习任务，让学生自学；课中分为理论课和实验课两种，实验课以带有思政元素的任务为驱动，让学生搜集相关案例并采用翻转课堂进行讲解，理论课采用多种教学方法将思政教育融入其中；课后学生完成相关作业进行巩固

[7]。相比课堂上三言两语的讲述，线上平台可以图文并茂地提供丰富的思政材料供学生自主学习，从而更好地实现课程思政教学目标。4.3以教学质量为中心，完善教学效果评价经过两年来的教学实践，采用定量定性相结合的方法进行教学效果的评定，通过对学生进行访谈和问卷调查得出课程思政的实施对学生产生了深刻影响。学生在收获方面的反馈见表3，学生对课程思政的认识反馈见表4。通过分析发现，即使有部分学生不能区分“课程思政”与“思政课程”，但面向学生计算思维能力培养的课程思政教育起到了一定作用；此外教师在授课过程中，不仅要安排思政元素的融入，还应提升自身的素养，从而促进学生全面发展。通过本课题的研究，力求达到以下预期目标：（1）对区域代表性企业进行调查走访，通过调查结果分析得到围绕软件工程专业人才培养方案要求及毕业要求的解决复杂工程问题的创新能力需求报告；（2）校企双方教师尝试在嵌入式核心课程的实践教学中将OBE教学模式进行应用，包括共同进行项目选择、案例设计、场景设计及实施过程；（3）校企双方教师在课程设计中加入师生协同创新，制定过程化考核机制，完善软件工程专业课程体系；（4）形成带有实践效果的应用研究报告；（5）发表教学改革论文1-2篇。2023年8月-2023年1月：开展性工科产教融合、校企合作模式相关外政策及文献的整理，并对相关文献和法规进行研究探索，深入理解国家对新工科专业人才需求的具体标准和方向，并以此为基础对国内知名高校新工科专业建设现状进行调研，收集整理相关信息资料，通过学术交流等方式与领头高校专业负责人和领域专家进行沟通探讨，找到新工科专业与优质企业进行产教融合、校企合作的型模式，新标准。2024年2月-2024年7月：对现有“新