新工科背景下离散数学为核心的专业基础课程实践教学体系,该文是关于离散数学类毕业论文范文与离散数学和实践教学和新工科背景有关学术论文怎么写.
离散数学论文参考文献：
新工科背景下离散数学为核心的专业基础课程
实践教学体系研究
王晓华,汪荣贵,杨?娟,李书杰
（合肥工业大学 计算机与信息学院,安徽 合肥 230601）
摘?要：分析新工科背景下实践能力与创新精神在人才培养过程中的重要性以及计算机科学与技术专业的人才培养现状,从专业培养的角度提出离散数学为核心的专业基础课程实践教学体系.
关键词：新工科；实践能力；创新精神；专业基础；离散数学；综合实验平台
1新工科背景下实践能力与创新精神在人才培养过程中的重要性
2004年12月,教育部组织实施《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》,2010年7月国家发布《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020 年)》,2015年10月党的十八届五次会议通过《关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议》这些文件分别在相应章节明确了人才培养在高校工作中的地位并强调了人才培养过程中实践能力和创新精神培养的重要性[1-3].
日本2007年制定了以知识创造贡献于世界,以科学技术立国为目标的创新发展战略——“长期战略方针——创新25”,而有计划地培养创新人才是实现科学技术创造立国以及完成“创新25”发展目标的先决条件.为此,日本内阁在第三、第四期科学技术发展五年规划——“科学技术基本计划”以及“教育振兴基本计划”中,将创新人培养纳入国家重要发展战略,而培养创新人才也成为21世纪日本高等教育发展的主要目标[4-6].
美国教育一直重视学生实践能力培养.以MIT为例,虽然从19世纪60年代经历了从“技术学院”到 “研究范式”的教改,但到了20世纪十年代,MIT还是迎来了工程实践时期的回归,其率先开始工程教育改革,强调工程教育应该远离“纯粹”的科学,强调“大”系统设计[7].National Academy of Engineering （NAE）关于2020年工程教育的报告《Educating the Engineer of 2020: Adapting Engineering Education to the New Century》中特别强调的就是创新能力、实践经验等[8].
“新工科”是基于国家战略发展新需求、国际竞争新形势、立德树人新要求而提出的我国工程教育改革方向,是对工科学科建设的优化再造和内容升级,以及对未来工科学生培养目标、培养方式、培养内容的探索.教学中围绕工程教育的新理念、学科专业的新结构、人才培养的新模式、教育教学的新质量、分类发展的新体系等内容开展研究和实践[9],而实践能力与创新精神的培养则必须以学生的课内外实践为载体；除了目前达成的对于加强工科学生课外实习、社会实践的共识之外,要让创新思维的传授变成知识和技能授受双方的一种信念,渗透到教学每一个环节[10],如每门课程的基础实验环节中去.
2计算机科学与技术专业人才培养现状分析
作为信息领域4个一级学科之一的计算机科学与技术,在教育改革和发展的道路上取得了长足进步,但同时仍存在提升空间：①该专业既有较深理论基础要求,又特别强调在广泛领域内解决实际问题的能力.同时由于其学科发展速度快、创新能力培养要求高、人才培养目标多样化等特点导致人才培养尤其是本科生培养面临严峻挑战,如被用人单位反映很多毕业生学了很多理论,但动手能力较差[11].②受到传统专业培养计划和课程设置欠系统化的束缚,学生缺乏对专业的正确理解和明确的学习目标,甚至集中呈现两个极端：缺乏动手实践能力的纯粹理论概念型人才,和忽视系统性、原理性、设计性的纯编程型人才,导致了理论与实践的严重脱节[12].③先修基础课与后续课程的衔接不够,导致本应存在前后依存关系的课程之间,不仅体现不出关联,反而针对相同知识点在多门课程中重复讲解,不仅浪费时间,还会引起学生逻辑混乱,难以理解不同层次之间内容的综合关联关系,缺乏系统化的全面认识[13].④创新和实践能力一定要通过学生的“做”来培养.先修与后续课程之间相互独立的状态对应到各门课程的实践环节,对学生实践能力的培养往往只局限于局部范围的有限训练,且训练之间的内在联系和意义很难被充分领会,导致学生在面对系统性和设计性实验时力不从心,从而对课程失去兴趣.没有兴趣的学习将直接面临学习主动性缺失,何谈创新能力培养[11].
3应用中的离散数学实验教学平台
离散数学是研究离散量结构及相互关系的学科,不仅是计算机科学与技术、信息安全、物联网工程等专业的核心基础课程,更是一系列课程的先导课程[14],但同样存在着学生学习目的不明确, 理论与实践脱节；有限的学时使得课程理论难度加大,学生畏难情绪加重；课程辐射不够,体现不出其基础地位等问题.如何引导学生思维方式的数学化、培养其计算思维能力、实现运用计算机科学的基础概念和知识进行问题求解,实践教学是不可或缺的拓展式教学方式,而离散数学的实验环节是该拓展方式的落脚点.
通过实践环节的持续开展,尤其是基于自建平台的实验课程的设计与实施,有效帮助学生理解和掌握了精妙的离散数学相关算法,激发了学生的学习热情,凸显了教学效果.然而,就目前的实验平台来说：①实验项目设置相对独立,没能衔接分散的知识点而形成系统化的知识体系；②未考虑学生层次上的差异,缺乏有针对性地自适应实验内容；③实验内容仅围绕本门课程,缺乏和其他基础课程之间的关联和衔接.
4新工科背景下离散数学为核心的专业基础课程实践教学
4.1优化教学方式方法,夯实课程基础知识掌握
（1）注重问题驱动式、案例式教学方法以加深对概念与知识的理解.离散数学课程存在着“概念多、理论性强、高度抽象”的内容特点,学生在学习该课程时,往往看不到其具体应用.问题驱动或案例式的教学方式,方便从课程内容中提炼出重要的知识点或能表明多个知识点关联关系的内容进行代入和引导,有利于明确学习目标并进而有针对性地掌握相应的概念和相关知识点,从而夯实基础理论体系.另外,通过借助问题驱动或案例式教学方式可以鼓励学生进行发散性思考,锻炼举一反三能力.
（2）充实多样化教学模式,提高学生的学习兴趣.为了在有限的课时安排内降低课程学习难度,同时保持内容的完整性和知识体系的系统化,采用微课模式、翻转课堂与传统课堂教学手段以解决以上困局.
4.2注重课程辐射,做好有效衔接,提炼实验素材,强化专业基础课程体系建设
现行专业基础课程标明了课程间的先行和后行关系,但由于不同课程往往由不同的教师讲授,为教授好各自负责的课程,教师在讲解时极有可能出现对同一知识点重复讲解的情况.并且,在重复讲授内容的同时,却没能兼顾课程知识点之间的衔接,导致基础课程知识点和实际应用严重脱节.在此背景下,以点带线,线面结合,梳理和不同课程之间的联系,增加课程关联度介绍,加强专业基础课程之间的纵向联系,突出知识应用和专业培养目标就显得非常必要.以数字逻辑课程为例,课程教学目的是使学生理解计算机结构中基本的组成元件以及它们的作用；掌握使用逻辑代数工具对各类逻辑电路进行分析和设计,其中的逻辑代数基础、运算方法和运算器部分的加法器分别对应6课时和1课时的学习任务,任课教师在明确二者之间关联的前提下,可以在离散数学逻辑部分的课程教学和实验中重点引出,强调二者之间的衔接关系,并具体实施实验布置；而数字逻辑课程则可以重点放在芯片选型、存储器、外部接口、成本分析、功耗估计等实验项目上面.
此外,作为介于数学、计算机硬件和计算机软件三者之间的数据结构课程,离不开离散数学的基础作用,比如图论中用于传输与通信代价计算的最小生成树、Huffman最优树、各种最短路径算法的实现,以及一些用于特殊用途的如欧拉图等特殊图的判定与解答问题.数据库原理课程中的数据库技术是计算机相关专业学生所必须掌握的基本技术.小型关系数据库的设计与实现,进一步验证传统集合运算和专门关系运算的数据库技术,都是以离散数学中的二元关系为基础的最直接应用.学是信息安全专业的核心主干课程,但大多数学实验不包括数论和抽象代数内容；而离散数学中的初等数论、抽象代数部分却有很多概念具有鲜明的算法特性,需要通过实验来验证规律和理解算法.
4.3依托现有平台建设综合实践平台,进一步强化学生的实践能力和创新能力
1）坚持现有应用中的“插件式”实践平台思想,注重实验项目的趣味性和难易层次性.
形式上,现有实践平台为每个实验项目设置一个或多个“接口”,实验过程中学生须开发完成“接口”对应的“算法模块”,然后将“算法模块”插入综合实践平台进行实验,以初等数论部分的欧几里得算法为例,其实验过程如图1所示.
内容上,做到以下两点：①实验项目注重趣味性,一改离散数学枯燥抽象的旧面貌.例如针对数论中国剩余定理,及图论特殊图部分的柯尼斯堡七桥等问题求解,使得实验项目兼具算法思维和趣味性.②实验项目难易程度、复杂程度层次分明,学生可自行选择搭配.尽可能设计不同难度和复杂程度的实验项目,学生可针对不同难易程度和不同章节内容自由搭配选择.
2）兼顾验证性、综合性和创新性实验项目类别设置,培养学生对课程内、衔接课程间知识点的深度认识、理解和应用.
验证性实验主要是针对离散数学自身知识点,以培养基本实验操作能力为目的的章节内或章节间实验；实验项目会伴随课堂讲授内容及时布置,学生根据理解和兴趣利用课下时间选择完成.综合性实验注重从课程自身向辐射课程拓展,强调课程间的衔接和关联.比如在4.2中重点阐述的与数字逻辑、数据结构、数据库原理、学等课程在知识点衔接和综合应用方面可挖掘出的实验项目.创新性实验则从离散建模思维模式出发,力图最大限度地培养学生的综合实践能力和创新能力.综合性和创新性实验项目在阶段任务完成后或课程结束前开放,采取先课下熟悉并尝试,然后实验课上最终实现的方式完成,力求形成“教学模式指导教学平台,教学平台反过来实现教学模式”的双向反馈格局,并最终完成培养学生的综合实践能力和创新能力的研究目标.综合实践平台的总体研究思路和内容设置如图2所示.
5结?语
新工科建设在强调加强工科学生课外实习、社会实践工作之余；努力让创新思维的传授变成知识和技能授受双方的一种信念渗透到教学的每一环节,而课程实验则是尝试此种渗透最直接的方式.在自建实验平台上开展课程实验,有效帮助学生理解和掌握了精妙的离散数学相关算法,从一定程度上锻炼了学生分析问题、解决问题的能力,并为引导创新建立了良好开端.然而,就该实验平台的应用来说从实验内容的设置、实验开展形式等方面仍存在值得改进的空间.
参考文献：
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（编辑：郭田珍）
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