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-基于情感体验和行为锻炼的计算机专业选修课程思政实践

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：基于情感体验和行为锻炼的计算机专业选修课程思政实践负责人：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(不含项目负在2016年全国高校思想政治工作会议、2018年全国教育大会以及2019年学校思想政治理论课教师座谈会上，习近平总书记提出高校思想政治工作关系到高校“培养什么样的人，如何培养人以及为谁培养人”这个根本问题。这为中国特色社会主义高等教育事业发展指明了方向，为新时代我国高等教育的改革发展提供了根本遵循[1]。我国十四五规划提出“开启全面建设社会主义现代化国家新征程”，尤其重视“加快数字化发展，建设数字中国”，亟须培养大量信息科技领域优秀人才。对发展迅猛的计算机专业而言，“高水平、高质量”的人才培养工作既重要又紧迫，更需要教师通过课程思政帮助学生从“为谁学习、为什么学习、为谁服务的问题”开始[2-3]，建立自发学习、不断进取的内驱力[4]，坚定理想信念，获得巅峰体验，不断求知求真，在提升专业能力的过程中将之固化为内在行为模式，最终真正实现为国家强盛和民族复兴而奋斗的目标。2计算机专业选修课程思政难点分析信息科技产业发展日新月异，即使是传统行业也不得不加快信息化和互联网化，万众互联网创业的盛景已经出现。一方面，社会对计算机专业人才非常渴求，学生具有一定的专业优越感和归属感，学好专业的动机较强；另一方面，随着社会进步，对学生解决复杂工程问题的能力有较高要求[5]，对其思想道德的要求也不断提高，而学生这方面仍有不足或不够了解。相较于基础课，计算机专业选修课内容更新更快、与社会需求的联系更紧密。以笔者在北京工业大学本科生和研究生中分别讲授的信息安全测试和可信计算技术专业选修课为例，信息安全测试的课程目标是使学生掌握安全测试的基本概念、基本理论、基本方法，在系统层次和测试角度上再认识信息系统安全性，增强系统安全性测试工程能力；可信计算技术的课程目标是使学生掌握可信与安全相关理论技术，获得基于可信计算方进行信息系统安全架构及应用方案设计的能力。历年课程反馈显示了学生选择上述选修课程的主要动机和关注点，从高到低排序见表1。另外，学生对课程思政的态度分为两类：①如果和专业有关，愿意了解；②思政和知识技能关系不大，无所谓。在关注点方面，学生认为要获得较高的专业技术能力是有难度的，反馈的原因有：①专业领域知识有一定深度，但专业知识变化太快，以后可能用不上，不想花精力学；②专业课涉及的知识点多，很多在前导课学的已经忘记，更不会应用；③动手做实验时出现很多问题，做不下去。总体来说，学生选择专业选修课的动机是了解专业知识和为后续工作/研究做准备，说明计算机专业学生具有较高的学习兴趣，这与当前计算机人才需求较大、待遇较好有关。另外，学生主要关注将来的薪酬和专业技能水平，但对如何达到目标不太清楚。一方面，对具有深度或广度知识要求和应用能力要求的专业课有畏难情绪，认为课本知识难以直接转化为将来工作所需的能力[6]；另一方面，对专业思想政治、道德伦理要求等方面关注较少[7]，认为专业更多是认识和应用自然规律，与立场导向和价值观关系不大。由上可见，如果学习过程中没有内在的主观能动性和来自教师及同学的外在激励，学生自然对课程思政没有热情、参与度不高，难以取得效果[8]。然而，上述常见的两个迷思恰恰是计算机专业选修课程思政目标和开展思政工作的动力，即更好地同时进行知识传授和价值引导[9]。首先，从立场导向看，虽然科学技术没有国界，但是跨国公司和科技人才是要遵守自己国家的法律要求的。2018年延续至今的中美贸易战，尤其是“华为芯片断供事件”，让大家深刻体会到了这一点。我国计算机行业取得的发展举世瞩目，但在很多基础软硬件领域还有所欠缺。毋庸讳言，科学技术只有掌握在自己手中，发展才掌握在自己手中。这些案例与计算机专业选修课内容相关性很高，是非常好的爱国专业教育素材。其次，从价值取向看，互联网行业从一开始的野蛮生长状态，变为现在逐渐被纳入国家法律法规监管范围，可见计算机专业具有强烈的法律和道德伦理属性。为保证行业持续健康发展，2017和2021年《中华人民共和国网络安全法》与《中华人民共和国数据安全法》相继实施；2021年以来，国家市场监管总局依据《反垄断法》对阿里、腾讯、美团等多家超级互联网企业的不当行为实施了处罚。说明信息科技行业并不是法外之地，更不能脱离伦理道德滥用。国家对蓬勃发展的互联网行业加以合理引导，以承担更大的责任、为大多数人民谋福祉为目标，才能提高整个社会的生产效率和国家竞争力，创造更大的价值。这些都是在课程中可以与学生讨论并加以引导的。最后，从个人发展看，只有当学生找到自我实现的目标和使命感，且与专业课程培养目标一致时，才能最大限度地提高专业课程人才培养的成效。为了获得实现自我的满足感，就需要不断挑战自我，连接团队，获取新的知识，点亮新的技能。由于计算机专业选修课需要基于前导课的知识广度并深入学习后，获得更贴近实际的知识技能，因此恰恰具备挑战和拓展学生的条件，能够激发和保持学生的好奇心、同理心，帮助他们体验如何通过友爱互助、相互激励将高层次的自我实现需要变为稳定、持久的实际行为，为将来建设祖国、发展宏伟事业打下基础。由此可见，计算机专业选修课与当前社会普遍关心的议题，如科技的立场导向、高科技企业的价值取向及计算机人才的发展息息相关。面对学生的关注点、学习态度引发的挑战，应该通过合理的课程方案和案例素材设计，将挑战转换为机遇，为国家培养高素质专业人才。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。由于计算机专业选修课程与时代和社会需求联系紧密，又具有一定专业难度和深度，针对这些特点设计思政教学方案和案例能够增强思政课的思想性、亲和力和影响力。思政教学应以学生为主体进行，从增强学生学习内驱力入手，让学生产生发自内心的学习热情，促使学生养成自主学习的习惯，教学方法上可从情感体验、行为锻炼两方面着手[10]，通过与学生产生情感共鸣，帮助学生固化求真务实、团结协作的行为模式，激励学生成为德才兼备的内驱型专业人才。与信息安全测试和可信计算技术这两门专业选修课直接相关的前导课包括操作系统、计算机网络、信息安全导论、密码学等多门专业基础课。课程设计方面基于理论课、课堂讨论和分组实验的教学方式进行，比纯理论课增加了讨论和分组实验环节，这样安排是希望能增加学生的参与度和收获[11]。讨论环节中主要对与专业相关的技术道德伦理、科学问题进行讨论，通过增加师生之间的互动增强对学生的引导，提高学生的思辨能力；在分组实践环节设计专业相关的实验或课设题目，制造阶梯性目标为学生制造心流体验，通过综合应用专业概念一步步设计和实现安全可信系统，通过分组培养学生的团队合作精神，表达、协作和组织能力，在知识转移层面培养学生的创新能力。1）面向情感体验的震网病毒教学案例设计。专业课程内容看似与理性密切相关，然而在学习过程中加以适当的情感体验引导能够帮助学生对客观世界及规律有更深刻的理解。如图1所示，可信计算技术基于情感体验设计了震网病毒教学案例，通过对世界上首个工业系统病毒（震网病毒）进行介绍，设计知识迁移、思考推理和责任担当3个教学场景，帮助学生识别和思考工业系统安全问题，了解我国自主可控研发及产业政策形成的背景和可信计算在这方面的进展。结合讲解和提问，通过挑战学生的形式激发学生的情感、制造贯通体验，帮助学生提高职业素养，培养独立思考精神，激发担当责任感。（1）体验良好专业素养。通过提问基础课中已学过的基本信息安全属性和基本概念和方法（如攻击路径、零日漏洞、完整性篡改），帮助同学们快速认识如何利用信息安全领域的共性属性、概念、方法来分析解决相对陌生应用领域（工业系统）中的安全问题。通过知识迁移方式对世界上首个工业系统病毒——震网病毒复杂、精妙的技术特点进行分析，帮助大家认识和体验提高专业素养的重要性。

（2）体验独立思考、思辨推理。介绍震网病毒及后续火焰病毒对受害国家造成的巨大损害，以提问方式挑战学生：震网病毒与大家日常接触到的病毒的作用场景、实施手段、设计难度有何不同？请同学们分析该攻击背后的影响因素，反向思考工业互联网面临的威胁对国家网络空间和物理空间的危害，推导背后的角逐者。最终发现作为第五大战略空间的网络空间背后的角逐者其实是国家网络部队，不再是传统单打独斗的黑客，事件成因也与国家利益挂钩，说明没有网络空间安全就没有国家安全，激发学生的爱国热情，培养思辨推理能力。（3）体验家国情怀、责任担当。引导学生探索信息安全问题出现的根源和可能的解决方法以及我国在解决这些问题的时候面临的关键硬件芯片、系统软件和专业应用的卡脖子问题，唤起大家的家国情怀，介绍在信息安全领域开展的可信计算等自主可控研究工作和进展，鼓励大家勇于担当责任、积极投身到建设国家信息安全事业中。2）面向行为锻炼的拒绝服务攻击检测实验教学案例设计。计算机专业与应用场景具有天然的紧密联系，因此专业选修课程内容较之基础课更为深入，更需要实践，良好的实验教学环节不可或缺。在信息安全测试的实验课中以行为锻炼为目标设计了多个实验教学案例，学生可以自行选择规定数量和内容的实验任务。以“拒绝服务攻击检测实验教学案例”为例，实验设置了跨网段虚拟机组网、基本网络拒绝服务攻击模拟和分布式拒绝服务攻击模拟3个任务场景（最后一个场景需自查资料实现），帮助学生在从已知到未知的探索中学习。另外还规定了实验前、实验中、实验后需要遵守的规范制度，组长负责的分组实验方式。在提出、分析和解决问题的过程中，通过对不同级别对象和问题的分析，培养学生的工程实践能力；通过实验教学的形式，帮助学生获得良好的行为锻炼，引导学生获得自我管理和规划的能力、体会共赢思维、发掘“1+1>2”的团队力量。案例分如下3个层次递进，通过行为锻炼帮助学生进步和成长。（1）通过课前预习、课上实验分析、课后总结报告三重行为要求，帮助学生形成有始有终、自我管理和规划的习惯。例如，在“拒绝服务攻击检测实验教学案例”中，要求学生课前复习和查找拒绝服务攻击相关原理和资料，实验中会对其概念以及延伸的分布式拒绝服务攻击比较提问；实验结束时会对效果进行提问验收，比如对模拟攻击过程中出现的虚假重传和SYN泛洪攻击导致目标主机处理带宽的流量变化模式与传统的流量测试变化模式有何异同；课后提交总结报告时，会针对报告的规范性、现象和效果的展示和分析进行提问点评。从而保证学生对拒绝服务攻击的基本概念和理论有较深入理解，且有能力将之应用到问题求解中。（2）通过组长负责制，即要求分组实验必须选择一个组长担当实验任务的组织管理和组内评价工作，帮助学生体会共赢思维，培养健全人格。实验案例教学中，曾有过因搭便车行为，组长和组员吵架的情况。经过了解，发现是某个组员因为前导课中的组网知识点基础不牢，不敢参与，拖累了实验进度。通过与全组同学沟通，组长在课后主动提出帮助该组员补习基本知识点。这位组员课上完成了基础实验，课后通过向其他同学学习，追上了进度，并主动承担了最后的报告总结工作，理解掌握了后续的扩展知识。最终全组发扬友爱互助精神，从完不成任务到完成并获得了中等评价，实现了团队共赢。（3）通过团队分工协作体验团队带来的“1+1>2”团队力量和规模效益。分组实验模式实际上是对常见的项目管理模式的模拟。在实验教学中，要求学生必须分工协作，完成一个较大规模的任务。由于专业选修课程实验通常涉及多门前导课和本课程的知识点，客观上需要多个同学合作才能完成，主观上也可以帮助学生体会团队合作带来的规模效应。在实际案例教学中，各组同学主要采用了横向和纵向分工协作结合方式，获得了不错的效果。首先，各位同学基于该实验任务分解的三个子任务进行分工，每个组员都要负责一个或部分子任务中的实验资料查找、方案设计实施、报告总结部分；另外，子任务之间存在跨网段网址分配、网络连通策略、流量特征识别等关联部分，因此相关同学需共同对这些关联任务进行合作，对其中问题涉及的关联知识进行共享，相互激发，才能在较短的实验时间内完成最终任务，体会团队合作的力量带来的规模效应。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