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把握新时代计算机教育科学新机遇
编者按：近年来,国内人工智能等很多计算机科研领域在国际学术界的研究成果能与美国平分秋色.但是,为什么计算机教育领域罕见来自中国的优秀论文？国内的计算机教育研究人员很难获得与国家自然科学基金科研项目同等资助力度的独立研究资助,是重要的原因之一.在以科研项目考核为导向的国内高校,如果继续"重科研轻教学",我们将在信息领域的国际竞争中面临人才缺失的困境.为此,国家基金委全面启动支持教育科学基础研究的相关工作,目前已经确立了F0701教育信息科学与技术二级代码.
《计算机教育》杂志社于2017年10月21日在北京举办了"计算机教育的科学研究"主题沙龙,邀请了国家自然科学基金政策局郑永和副局长以及11名高校教师参加.本刊将陆续发布与会老师的观点,希望能够促进计算机教育领域教育科学基础研究的发展.
摘 要：针对新时代新技术快速发展中,计算机教育改革建设发展变革必须面临的新课题,从凝练已有研究建设基础、凝聚教育科研创新合力、探索计算机教育科学研究新方向等方面,介绍面对新机遇、新挑战的计算机教育研究建设与发展.
关键词：计算机教育；信息科学；教育科学；人才培养；科学研究
0引言
互联网信息大数据时代,伴随人工智能、大数据技术、机器学习、云计算、智慧教育等新技术的快速发展,信息科学融合教育教学的创新人才培养需求增加.随着"互联网+教育"的发展,"AI+教育""VR+教育"等新技术、新理念和新方法不仅对信息技术深度融合教育人才培养提出更高要求,也对计算机教育科学研究提出了新课题[1].
以往计算机教育在深度融合教育科学等交叉研究方面存在局限,难有突破性的教育研究成果能够及时跟随国家发展战略而推广.国家自然科学基金委员会联合教育部,自2018年起在国家自然科学基金委信息学部增设了F07"交叉学科中的信息科学"目录,下设F0701"教育信息科学与技术"二级申请代码及10个目录研究方向,开启我国信息技术与教育深度融合科学研究的新起点,翻开了我国教育科学研究历史性的一页,也为计算机教育科学研究带来新的机遇[2].
首批增设的教育信息科学与技术目录,把解决信息技术融合教育问题的关键,转向运用自然科学研究的理论、技术和方法,探索教育科学研究的新课题、新领域和新方向,以适应国家发展战略对科技强国创新人才培养的迫切需要.如何凝练已有研究基础,凝聚教育科研创新合力,共同探索信息技术与教育深度融合研究的新领域和新方向,是新时代国家战略发展带来的新机遇,也是提升信息科学创新人才培养以及计算机教育研究水平必须面临的新课题和新挑战[3].
1凝练研究基础,从提高教学质量到建设创新人才培养教育体系
改革开放以来,我国计算机教育历经了不同阶段技术发展的教育教学改革与建设,积累了大量的教学改革研究成果和建设经验.以往高校计算机教育主要结合本校实际教学改革需要,以提高教学质量和人才培养目标为核心,跟随计算机技术发展,进行学科建设等研究探索与实践,具有一定的教育教学研究和发展建设基础.
1.1计算机教育教学改革建设实践与发展
高校计算机教育教学研究与发展的各个阶段,都伴随着计算机新技术和现代教育技术的快速发展.教育教学新理念新方法的不断发展,对于人才培养和教育教学质量,又不断提出新课题新目标.计算机教育教学研究,首先应从教学内容、教材建设、教学方法、课程体系、培养方案,到教学评估、工程教育专业认证等各方面,作系统规划和设计,更多是围绕人才培养方案和提高教学质量,从课堂教学、实验教学到网络辅助教学、MOOC/SPOC在线课程建设及混合式教学等各个教学环节,开展各阶段探索研究与实践.
实际上,教育要以人为本,信息技术与教育教学深度融合带来的教育领域变革,最直接的反映就是课堂教学方式方法和教育理念的结构性变革.目前OBE（Outcome-basedEducation）产出导向型教育模式在国内得到广泛重视和较多的实践应用,其基本理念是将传统以教为中心的教育教学模式,转变为以学为中心的教育教学模式,使学习者由被动受众转换为主动学习的主体,有利于调动学习的主观能动性.通常在混合式教学实践中采用OBE设计模式,一般包括为学习者设定课堂教学成果目标、组织达成相应能力目标的教学活动、制订科学合理的评价指标、获得教学过程中的各种数据,并借助软件工具进行统计分析,建设形成教学质量保障体系.
未来计算机教育不仅是教育教学内容的更新与变革,还要结合"互联网+教育""AI+教育""VR+教育"等智慧型信息技术教育学习手段,激发学习者的学习动力,提升创新思维和创造力,从而提高整体学习质量.
1.2构建互联网+教育创新人才培养教育质量保障体系
现代高等教育要培养新时代具有创新意识和能力的综合型人才,要在不同的教育层次达到预期知识结构和能力结构的目标,就需要研究建立不同的课程体系结构,实施科学完整的课程教育教学体系.例如以互联网+教育教学优质精品资源建设共享为基础,构建以学生学习为中心的多样化混合式教学模式,以丰富课堂教学内容和形式,提高教学质量,其课程体系与教学建设的基本流程见图1.
计算机教育教学质量体现在人才培养方面,就是培养学生掌握计算机科学与技术综合素质能力、未来学习与发展能力,包括培养方案的实施、教学任务的全面完成和体能力的全面提高等.其中教学任务的全面完成,是指根据培养方案和教学大纲,学生能掌握计算机科学与技术相关知识的基础理论要点及系统应用技能,要特别注重培养学生的综合素质与能力,而不是把教学任务单纯看作知识的单向传授和灌输.
《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010－2020年）》指出："提高人才培养质量,牢固确立人才培养在高校工作中的中心地位,着力培养信念执著、品德优良、知识丰富、本领过硬的高素质专门人才和拔尖创新人才,创立高校与科研院所、行业、企业联合培养人才的新机制[4]."
计算机教育不仅是"教书",也是"育人".教育产出质量与商品生产质量类似,完成每项工作都要有质量问题,要生产制作合格产品,必须有质量管理保障体系.教学质量是衡量学生"产品"和教学工作"生产"优劣程度的标尺,教学质量可分为学生"产品"质量和教学工作"生产"质量.产品的质量取决于整个教学工作质量,而教学工作质量最终要体现在学生"产品"质量上.教书育人与生产物品不同的是,育人是通过教育发展人的智力与丰富人的知识、经验；物品在生产过程中增加了其价值,但在使用过程中逐渐磨损消耗其价值,物在使用中消耗至尽；而人在工作中潜力会不断被挖掘,智力会越来越发展,知识与经验会越来越丰富.
在教育的诸多发展过程中,互联网+教育是推进多样化创新人才培养的有力助手.互联网融合信息技术教育的许多优势,可提供快速有效的教学手段、学习工具和互联网数据；可共享丰富的优质教育教学资源,构建以学为中心的多样化混合式教学模式；利用互联网先进的教育技术辅助教学,还可以提高学习效率等.在"言传身教"文化传承育人方面,课堂教学面对面交流的优势也是无法取代的,传统教育可以利用互联网+教育先进的技术手段和工具,以更高视野设计人才培养教育目标,推动教育创新理念用于实际教学,以适应国家发展战略需要,在平衡教育发展、提高整体教育水平的教育科学研究中有所作为.
对于学习评价标准的建设,依据布鲁姆掌握学习理论,学习掌握情况可以用学习达成度来量度.根据布鲁姆在"认知领域"教育目标的分类,分有知识（knowledge）、领会（comprehension）、应用（application）、分析（analysis）、综合（synthesis）、评价（evaluation）几方面.其中评价是认知领域教育目标的最高层次,要求不凭直观感受观察表象作出评判,要用理性对事物本质作出有价值、有说服力的评判,是综合了内在与外在信息资料对客观事实形成的评价.实践中通常进行学科建设、教学评估、工程教育专业认证等,也会从"产品"或毕业生毕业要求达成度等进行评估.
创新人才培养教育"产品",不仅要在学校学习期间的教学管理中检验是否合格,更要在社会发展使用中检验培养质量的高低.因此,教学质量管理是教育教学创新全过程的系统管理,关键是教学质量管理标准化,建立教学质量评测标准和科学的评价体系,奠定新时代创新人才培养学科交叉融合教育教学体系建设的重要基础.
2凝聚教育科研创新合力,共同探索学科交叉融合新领域
信息科学融合教育科学发展,带来信息技术融合教育教学理念的发展变革,也带来计算机教育的科学研究新课题.以往教育者更多地用社会科学的模式和方法研究教育,现在要用研究自然科学的理论与方法,系统研究学科融合教育教学和创新人才培养教育教学体系建设,必须要凝聚具有不同学科背景的科学研究创新队伍,发挥各自研究所长,共同探讨计算机教育科学研究新课题.通常高校教师在应聘入职或资格认证时,要求有不同程度的教育学和教育心理学方面的培训学习基础.信息科学与教育深度融合研究,需要凝聚具有不同学科研究背景的创新力量形成合力,无论是在新课程、新专业培养方案,还是学科融合创新人才培养教学体系,抑或新的研究方向等建设方向.这将有利于对信息学科融合教育教学关键问题的系统研究,凝聚学科交叉融合教育科研队伍,也有利于"双一流"学科建设科研教学的融合建设.
2.1信息科学技术与各学科交叉渗透发展应用
在大数据信息时代,信息科学与技术在各学科领域交叉渗透,无处不在.因此,新兴学科或新技术专业等都体现出信息技术融合学科交叉的特点,大数据和人工智能等新技术、新专业领域更亦如此.
大数据技术同样广泛用于教育领域.数据科学与大数据技术融合了信息科学、统计学、数学、数据采集行业领域等学科专业,支撑大数据专业建设和人才培养.互联网+教育时代,在教育教学信息化建设基础上,现代教育技术发展可以为教学过程管理和数据采集提供完整的技术支撑.目前先进的教育平台不仅提供国内外优质课程教学资源,还能提供先进的教育技术支撑和不断创新的教学辅助工具.
中国农业大学开放课程平台在引入教育部在线教育研究中心的研究交流和成果应用平台学堂在线（www.xuetangx.com）及优质课程资源的同时,也分享了该平台各种研究成果和教育教学先进技术.例如,在教学过程中使用该平台大数据采集分析工具,可提供数百维度大数据实时分析,还可以将人工智能、机器学习、深度学习等新技术应用到在线教学课程里.除此之外,在实际教学应用过程中,还可以配合学堂在线的新型智慧教学解决方案"雨课堂"移动教学工具,对主讲课程所有教学过程,依据实证大数据智能化信息支持,实现教学全过程的管理和支持.完成以学为中心、课堂内外和线上线下高效互动多种模式混合式教学,为学习者提供以学为中心的全新智慧型学习体验.说到智慧教育,如韦钰院士所讲,智慧教育要有实证研究基础,大数据来源于实证研究基础信息才有实际意义,在此基础上的分析才有实际应用价值.显然实现智慧教育必然是以学科交叉融合为基础的.
人工智能学科专业不仅需要计算机科学相关专业理论和科学技术,还涉及信息论、控制论、数理逻辑、自动化等.如果用于机器人,还要针对不同用途,涉及生物学、心理学、仿生学、语言学、医学、美术学甚至哲学等多门学科融合支撑.试想一个卓越实用的机器人,必然是多种科技与艺术完美结合的优秀产物.科技强国也离不开具有信息科技综合素质人才的培养,国家已明确提出人工智能国家发展战略,信息科技后备人才培养无论在质量、数量和结构上,要及时追赶美国等发达国家,高校计算机教育研究必将面临新的课题和挑战.
2.2探索学科交叉融合教育研究,促进教育科研创新
学科交叉融合素质教育研究,可借鉴起源于美国的STEAM教育理念.STEAM意味着学科交叉融合的教育思路,得到广泛认可.STEAM取自科学、技术、工程、艺术、数学5个学科英语单词的首写字母,越来越多地为我国教育界借鉴和使用.STEAM注重实践的综合学科素质教育,其理念强调人的发展成功不能只有单一的学科能力,要兼而有之.实际上,在信息技术融合创新发展的今天,新技术新产品层出不穷,并以各种形式走进学校.知识经济时代的人才培养目标可以在人生教育的任何一个阶段规划设计,终身学习是现代人生活的刚需.
事实上,现在有了互联网+教育丰富的学习资源,借助现代教育技术,人才培养模式也开始多样化发展.因而,未来计算机教育人才培养目标,必须是掌握基本理论和多种技术的综合性人才,才能适应知识经济时代快速发展需要.韦钰院士也提到,要直面信息科学创新人才培养教育的瓶颈和难点问题,其中建立评测标准体系、早期教育、创新人才培养都是教育科学研究的内容[4].国家基金委副主任高文院士在国家自然科学基金委员会"双清论坛"报告中指出,教育科学基础研究的关键在于深化学科交叉融合,需要各学科协力攻克教育创新中的关键科学问题,充分鼓励自然科学与人文社会科学等领域研究人员开展交叉研究,共同探索教育科学基础研究的新概念、新理论、新方法和新技术.
3探索计算机教育科学研究新方向,共建学科融合创新生态圈
计算机教育教学随着新技术和新经济的快速发展,人才需求急剧增大,人才培养目标和要求也随之不断提升,计算机信息技术融合教育有诸多新课题有待研究和探索.多年来,笔者在主持各种教改立项建设过程中,也参与了各大学术团体的学术论文征集或立项评审等工作,在建设"双一流"学科评估、工程认证等学科建设中,积极参加国内外各种学术活动,包括学科建设培养方案、课程体系、评价标准建设的研讨和课程建设等；在不断学习研究与建设实践中,提高教学改革立项建设水平.近年来随着国内外计算机教育学术交流增多,在学习借鉴的同时,笔者也看到了一些差距和问题.
3.1国内外创新人才培养与创新创业教育比较与借鉴
说到创新人才培养与创新创业教育,不得不提到美国的创新创业教育.哈佛商学院早在1947年就开设了大学创业教育新企业管理,经过半个多世纪发展,形成政府、学校、社会机构等多主体参与的创新创业教育体系；重视精神培育和价值引领,注重国际性和开放性,产学合作广泛,其建设发展经验不仅对我国深化创新创业教育改革有一定借鉴意义,对新时代计算机教育创新创业人才培养教育教学改革同样有实际借鉴意义[5].
2018年开始,国家自然科学基金委专门开辟了支持教育研究的渠道,这让传统教育科学与信息科学、神经科学、认知科学相互交叉研究教育,推动有关教育的科学发展,国家发展战略引导和基金政策支持对信息科学融合教育研究具有重要意义,是计算机教育研究创新发展的机遇和挑战.
探索计算机教育科学研究新方向,共同建设学科交叉融合教育科学研究和创新发展生态圈,需要高校共同努力.应借鉴国内外教育创新研究发展经验,联合教育企业、研究机构,建立高水平教育科学研究学术交流平台.2017年组建的ACMSIGCSEChina,有效开展国内外计算机教育顶尖学术团体和专家学者国际合作与交流,在成功举办的ACM图灵奖50年中国大会（ACMTURC2017）上,开设了教育研究学术论坛.大会邀请国内外著名计算机学者专家作学术报告,注册与会6000余人,学界影响大、效果好.通过广泛深入的国内外教育研究学术交流与合作,有助于相互借鉴找出优势与差距,推动我国计算机教育深度研究和探讨.
3.2立校教育教学研究基础,共建共享才能共赢
每所高校的计算机教育教学都有适合本校办学特色的建设基础,教学建设主要是根据本校人才培养方案,设置专业培养方向和课程.在以往教育教学改革建设研究和实践中,对于创新人才培养提高综合素质能力教育,多以社会科学的模式方法研究探讨.随着新技术新理念的出现,通常会遇到一些技术上的瓶颈问题难以逾越.具体到计算机课程设置和教学方案的设计,也有整体培养方案的各种因素局限,难有适用性好、可复制、可借鉴并易于推广的突破性教育研究成果,来满足技术经济快速发展对创新人才培养增长需求,进而适应国家总体发展战略,引领教育研究走向国际.
中国农业大学计算机教育教学改革研究建设主要是结合本校教改建设发展并不断积累建设完成的,笔者主持完成教改研究立项有20多项,主要依靠团队协作共同建设,不断将新技术新理念引入教学研究,也不断将先进技术研究成果用于教学实践,使学校计算机教育教学在不断探索中与时俱进,引领学校教育教学信息化改革建设与实践,有效完成各阶段改革研究、课程体系建设和资源建设,并始终保持在高等教育教学改革发展建设的前列,获校级教学成果奖6次,奠定了教育教学改革创新不断深化研究的基础.2013年随MOOC进入中国,借助先进的在线教育教学平台和先进的教学技术,我们实现了以优质精品教学资源建设共享为基础,构建以学习为中心的多样化混合式教学模式,见图2.
在计算机课程教学改革建设方面,首先要结合本校教学条件和培养方案,从提高教学质量出发设计教学方案,制订课程内容、课程体系、教材建设目标,并完成试题数据库、评测标准、精品课程、精品教材建设,不断构建适合新教学平台的教学模式,实现优质精品资源建设共享,完成以学习为中心的MOOC/SPOC教学建设.在中国农业大学在线开放课程平台,笔者主编主讲的计算机在线课程是学校所有MOOC课程中,唯一由学校教师主编主讲的2门MOOC/SPOC课程,目前校内外有30多所SPOC学校共享建设和使用.利用先进的MOOC在线教育平台,在建设共享课程教学资源的同时,还可共享MOOC平台先进的教学技术、大数据分析工具和国内外优质精品教学资源,实现课堂内外、线上线下多种模式混合式教学,共同开展"基于平台技术的MOOC资源建设共享及SPOC教学模式实现方法研究与实践"研究与实践,在已有的基础上,进一步开展信息技术与教育教学深度融合的相关研究.
4结语
教育是复杂的系统工程,计算机教育不是几个人、几门课的坚守.不直面更多亟待研究探索的新课题,就不能满足新时代快速发展对创新人才培养的迫切需求.把握国家发展战略在教育信息科学与技术研究领域的新机遇,要共同打造计算机教育科学研究创新生态圈,共同攻克教育科学研究关键科学问题,才能全面提升计算机教育科学研究的建设水平.
信息科学融合教育科学研究,必须凝聚学科交叉融合新的创新合力,才能有实质性创新和突破,包括产学研建设、新型学科建设等,需直面新时代计算机教育新技术和新课题,逾越瓶颈、攻克难关,才会有实质性创新和提升.这不仅是高校在信息科学融合教育方面需要研究解决的问题,也是教师在育人施教方面需要科学系统地研究解决的问题.希望计算机教育各大学术团体、专业学术期刊和各大出版社,在凝聚学科融合教育研究、引领新时代教育教学研究与创新、开展适合国家发展战略的高水平学术研究交流方面,继续搭建更多更好的国内外教育创新研究交流平台.
基金项目：教育部在线教育研究中心在线教育基金项目（全通教育）（2017YB169）.
作者简介：张莉,女,教授,硕士生导师；兼任CCF教育工作委员会委员、ACMSIGCSEChina委员、CCF教育专业委员会委员、全国高等院校计算机教育研究会常务理事、全国高等院校计算机基础教育研究会理事、北京市高教学会计算机教育研究会常务理事等；研究方向为信息系统建模、机器学习、教育认知模型、计算机教育、智慧教育环境；获国家精品在线开放课程1门、教育部"十一五"国家级规划教材1套、北京市精品教材2部、北京市高等教育教学成果奖1项、校级教学成果奖5项、校级精品教材2部、农业部中华农业教育优秀教材1部、教育部宝钢优秀教师称号等；zl@cau.edu.cn.
参考文献：
[1]中华人民共和国人民政府.:决胜全面建成小康社会夺取新时代中国特色社会主义伟大胜利--在中国第十九次全国代表大会上的报告[EB/OL].(2017-10-18)[2017-10-27].http://www.gov.cn/zhuanti/2017-10/27/content_5234876.htm.
[2]张铭.计算机教育的科学研究和展望[J].计算机教育,2017(12):5-10.
[3]韦钰.关注这个新的起点,关注这个新代码[EB/OL].(2017-09-27)[2017-10-28].http://mp.weixin..com/s/2Z5e3xfYoUeh7YzDg6zn8g.
[4].国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)[EB/OL].(2010-07-29)[2017-10-29].http://www.zjedu.gov.cn/news/16902.html.
[5]郝杰,吴爱华,侯永峰.美国创新创业教育体系的建设与启示[J].高等工程教育研究,2016(2):7-12.
（编辑：孙怡铭）
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