計(jì)算與人工智能概論課程思政探索與實(shí)踐

李小英，谷長龍，羅 娟

（湖南大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長沙 410012）

0 引言

我國的教育方針是培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義合格建設(shè)者和可靠接班人。習(xí)近平總書記在學(xué)校思想政治理論課教師座談會(huì)上強(qiáng)調(diào)，用新時(shí)代中國特色社會(huì)主義思想鑄魂育人，貫徹黨的教育方針，落實(shí)立德樹人根本任務(wù)［1］。根據(jù)教育部《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》，高等學(xué)校人才培養(yǎng)是育人與育才相統(tǒng)一的過程。所有高校、教師與所有課程都需承擔(dān)好育人責(zé)任，守好一段渠、種好責(zé)任田。

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程是高校面向低年級學(xué)生開設(shè)的一門信息技術(shù)類課程，既具有專業(yè)課知識(shí)點(diǎn)多、對學(xué)生動(dòng)手能力要求高的特點(diǎn)，又具有公共基礎(chǔ)課面向?qū)W生多、影響面廣等特點(diǎn)。大學(xué)低年級學(xué)生處于從高中到社會(huì)的人生關(guān)鍵“拔節(jié)孕穗期”，最需要進(jìn)行精心引導(dǎo)和栽培。在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中進(jìn)行課程思政研究與實(shí)踐，對于發(fā)揮通識(shí)課育人作用、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重要意義，也是構(gòu)建全員全程全方位育人大格局的需要。

1 相關(guān)研究

課程思政是高校在“三全育人”要求下的重要抓手［2］，目前高校各專業(yè)［3-6］針對課程思政的研究已取得積極成果。計(jì)算機(jī)類課程具有內(nèi)容更新快、對實(shí)踐要求高等特點(diǎn)。對于計(jì)算機(jī)類專業(yè)的課程思政，不少學(xué)者進(jìn)行了探索與實(shí)踐。如吳強(qiáng)等［7］在計(jì)算機(jī)組成課程、李志華等［8］在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程、蔡麗［9］在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程、趙波等［10］在高級程序設(shè)計(jì)課程中都開展了課程思政建設(shè)。

對于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程思政，也有一些學(xué)者進(jìn)行了研究與實(shí)踐，如李培等［11］在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中結(jié)合課程內(nèi)容，在線上線下及課程競賽各環(huán)節(jié)中融入思政元素，構(gòu)建課程立體思政體系；王健等［12］研究了國內(nèi)外Python課程現(xiàn)狀，分析了課程教學(xué)要素，采用行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)法，設(shè)計(jì)與社會(huì)主義核心價(jià)值觀相對應(yīng)的個(gè)人、社會(huì)、國家層面的思政案例庫；王克麗等［13］采用以學(xué)生為中心的BOPPPS教學(xué)模式，并嘗試在其中融入思政元素。

但總體而言，針對高校非計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程思政研究成果不多，尤其是人工智能基礎(chǔ)相關(guān)課程的思政研究成果不多。而且，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程思政研究主要集中在課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容中，對實(shí)踐環(huán)節(jié)的思政研究不足，對課程整體的設(shè)計(jì)也不足。

本文針對人工智能基礎(chǔ)課程——計(jì)算與人工智能概論，提出以成果導(dǎo)向教育（Outcome Based Education，OBE）理念倒推課程教學(xué)體系和課程思政設(shè)計(jì)，采用改進(jìn)的BOPPPS教學(xué)模式，在各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)、各項(xiàng)教學(xué)內(nèi)容中進(jìn)行全方位、沉浸式的能力培養(yǎng)和價(jià)值塑造，實(shí)現(xiàn)顯性與隱性教育融合，增強(qiáng)學(xué)生的參與感和獲得感。

2 課程思政體系構(gòu)建

計(jì)算與人工智能概論課程是學(xué)校面向非計(jì)算機(jī)專業(yè)大一新生開設(shè)的公共通識(shí)必修課，旨在對計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程進(jìn)行新一輪改革，該課程的教學(xué)實(shí)施始于2020年。

2.1 課程目標(biāo)

計(jì)算與人工智能概論課程的專業(yè)目標(biāo)是結(jié)合教育部《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》，從計(jì)算思維的角度出發(fā)，以人工智能相關(guān)問題為引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生形成由問題到算法再到程序利用計(jì)算系統(tǒng)求解的基本思維模式，用于解決專業(yè)問題，掌握利用典型計(jì)算思維進(jìn)行計(jì)算系統(tǒng)構(gòu)造的初步能力。課程促進(jìn)學(xué)生的計(jì)算思維與各專業(yè)思維交叉融合，培養(yǎng)復(fù)合型創(chuàng)新型人才。課程采用線上線下混合教學(xué)模式，主要內(nèi)容包括計(jì)算與計(jì)算思維概述、計(jì)算系統(tǒng)、編程基礎(chǔ)、算法思維、人工智能、網(wǎng)絡(luò)思維和數(shù)據(jù)思維。

本課程思政目標(biāo)是圍繞立德樹人根本任務(wù)，貫徹落實(shí)“顯性教育和隱性教育相統(tǒng)一”的要求，實(shí)現(xiàn)價(jià)值塑造、能力培養(yǎng)、知識(shí)傳授三位一體，重點(diǎn)從“歷史文化、科學(xué)素養(yǎng)、社會(huì)責(zé)任、社會(huì)發(fā)展、合作創(chuàng)新”5個(gè)方面著手，傳播愛黨、愛國、積極向上的正能量，宣傳社會(huì)主義核心價(jià)值觀，培養(yǎng)精益求精的工匠精神、科技興國的民族使命感和理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

2.2 課程思政全過程教學(xué)體系構(gòu)建

2.2.1 融入思政的課程教學(xué)設(shè)計(jì)

根據(jù)計(jì)算與人工智能概論課程具有基礎(chǔ)性、實(shí)踐性和應(yīng)用性的特點(diǎn)，結(jié)合內(nèi)容的先進(jìn)性、專業(yè)需求的多樣性以及對教學(xué)成果的要求，本文提出基于OBE理念進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。深入教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行案例選擇、設(shè)計(jì)與制作，并在案例中融入思政元素。

OBE理念以學(xué)生為主體，調(diào)研社會(huì)需求并設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)方案（課程教學(xué)目標(biāo)），以此來預(yù)期產(chǎn)出成果，并以預(yù)期產(chǎn)出成果為導(dǎo)向反向設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容。圍繞人才培養(yǎng)方案、預(yù)期產(chǎn)出成果，嚴(yán)格按照教學(xué)內(nèi)容組織教學(xué)過程，然后通過評估方案對產(chǎn)出成果進(jìn)行成效評估，最后完善教學(xué)內(nèi)容和評價(jià)方式，以達(dá)到持續(xù)改進(jìn)的效果。

計(jì)算與人工智能概論課程采用OBE理念，以課程需要達(dá)到的能力和知識(shí)、素質(zhì)要求為目標(biāo)，倒推課程各章教學(xué)目的和教學(xué)要求。每章目標(biāo)和要求的實(shí)現(xiàn)以問題為導(dǎo)向，通過案例進(jìn)行問題求解，在案例中植入知識(shí)，鍛煉學(xué)生的應(yīng)用能力，并以案例作為課程思政的重要載體，將課程蘊(yùn)含的思想政治教育資源整合至案例中，從而外化課程中隱含的育人功能。

2.2.2 課程思政元素挖掘路徑

課程組經(jīng)過討論，確定了挖掘課程思政元素的主要路徑：

（1）從計(jì)算發(fā)展歷程、學(xué)科前沿重要人物的重要貢獻(xiàn)、重大事件、典型學(xué)科案例中挖掘思政元素，以激發(fā)學(xué)生的愛國精神，積極投身國家的科技事業(yè)，并培養(yǎng)學(xué)生合作創(chuàng)新的精神。

（2）從優(yōu)秀的歷史文化中挖掘思政元素，傳承優(yōu)秀歷史文化，樹立道路自信、理論自信與文化自信。

（3）從社會(huì)熱點(diǎn)、實(shí)時(shí)話題、時(shí)政要聞、身邊事件中挖掘思政元素，樹立社會(huì)主義核心價(jià)值觀，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任感。

（4）從課程內(nèi)容、學(xué)科專業(yè)特點(diǎn)挖掘必備的科學(xué)素養(yǎng)相關(guān)案例，培養(yǎng)工匠精神、探究精神、實(shí)事求是的精神以及職業(yè)道德和法律意識(shí)。

2.2.3 課程思政教學(xué)案例構(gòu)建

對挖掘的思政素材進(jìn)行分類，根據(jù)不同類型確定與之契合的知識(shí)點(diǎn)和能力要求，歸到不同章節(jié)，然后構(gòu)建案例，設(shè)計(jì)探究問題或啟發(fā)式問題。或根據(jù)每章的知識(shí)點(diǎn)及能力要求，選取合適的思政素材設(shè)計(jì)教學(xué)案例。建立各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)對應(yīng)的含思政課堂教學(xué)案例、挖掘的思政元素與思政結(jié)合方法清單，如表1所示。對于這些案例，在課程教學(xué)采用“做中學(xué)”方式，采用不同的結(jié)合方法進(jìn)行思政引導(dǎo) 及升華，使學(xué)生沉浸其中，在潛移默化中塑造其價(jià)值觀。

各章共有含思政的教學(xué)案例48個(gè)，對這些案例的授課形式、教學(xué)方法和預(yù)期達(dá)到效果進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)了教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)案例后，進(jìn)行了課件制作和教案編寫。例如，受到我國發(fā)射天問一號火星探測器啟發(fā)，在第4章Python編程進(jìn)階中，為教學(xué)內(nèi)容字典設(shè)計(jì)了火星及火星探測器統(tǒng)計(jì)的案例。人類探索火星的奧秘從對火星的了解開始，對應(yīng)的知識(shí)是建立Mars字典，以鍵值對形式存放火星相關(guān)信息。代碼如下：

然后對Mars字典進(jìn)行增加、刪除、修改等操作。接下來從網(wǎng)上搜集資料，建立mission字典，其中含有20多個(gè)真實(shí)的已發(fā)射成功的火星探測器名字及制造該探測器的國家名（或地區(qū)名）。請學(xué)生們把2020年發(fā)射的3顆火星探測器信息添加到mission字典中，再根據(jù)mission字典統(tǒng)計(jì)有多少個(gè)國家或地區(qū)發(fā)射了火星探測器？最后提出問題：發(fā)射火星探測器最多的國家或地區(qū)是哪個(gè)？如何看待我國在該領(lǐng)域的進(jìn)展以及與先進(jìn)國家的差距？該案例以講故事方式引入對火星的介紹，以問題啟發(fā)學(xué)生們進(jìn)行思考。案例中的思政元素包含創(chuàng)新精神、科學(xué)家精神與科技強(qiáng)國精神，通過各國發(fā)射火星探測器數(shù)量的對比，鼓勵(lì)學(xué)生們努力學(xué)習(xí)，科技強(qiáng)國。

2.2.4 融入思政的實(shí)踐課程

依托頭歌網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)（http：//www.educoder.net）設(shè)置了實(shí)踐課程（https：//www.educoder.net/paths/jfu48qgk），課程實(shí)踐部分設(shè)計(jì)了22個(gè)實(shí)訓(xùn)，每個(gè)實(shí)訓(xùn)包含3～8個(gè)案例，共116個(gè)案例，其中融入思政元素的實(shí)踐案例41個(gè)。如設(shè)計(jì)了“三國演義人物出場次數(shù)統(tǒng)計(jì)—詞頻統(tǒng)計(jì)”“十九大報(bào)告熱詞統(tǒng)計(jì)”“生成十九大報(bào)告詞云”以及影評情感分析等實(shí)訓(xùn)案例。在實(shí)訓(xùn)案例左側(cè)文檔部分最后加入勵(lì)志的古詩詞或名人名言，或摘錄的十九大報(bào)告內(nèi)容等，使學(xué)生在做題過程中不經(jīng)意間接受熏陶，從而潛移默化地思政育人。部分思政實(shí)踐案例如圖1所示。

Fig.1 Practical cases of ideological and political education圖1 思政實(shí)踐案例

2.2.5 課程、題庫制作及大作業(yè)設(shè)計(jì)

除課程前期錄制的38個(gè)慕課資源外，課程組還錄制了輔助學(xué)生學(xué)習(xí)的53個(gè)微課。其中，含思政的微課25個(gè)。為提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，構(gòu)建了課程練習(xí)題庫和考試題庫，并在部分練習(xí)題中融入思政元素，課程考試題中也有含思政元素的試題。

本課程的大作業(yè)是團(tuán)隊(duì)合作綜合案例，如求是網(wǎng)新聞爬取與分析、全球疫情數(shù)據(jù)爬取、成語接龍游戲、古詩詞數(shù)據(jù)集分析等。這些綜合案例或結(jié)合科技發(fā)展，或體現(xiàn)優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，或反映當(dāng)前國際國內(nèi)形勢與社會(huì)主義核心價(jià)值觀等。要求學(xué)生以小組形式（2～5人一組）合作完成，并撰寫報(bào)告。該方式既對學(xué)生進(jìn)行計(jì)算思維能力的培養(yǎng)訓(xùn)練，鼓勵(lì)學(xué)生在搜集、整理素材過程中，從內(nèi)容入手探究式地進(jìn)行案例的合作創(chuàng)作，又加深學(xué)生對社會(huì)主義核心價(jià)值觀的理解。

2.2.6 課程評價(jià)方案

采用過程化評價(jià)方式，將思政教育有機(jī)融入課程案例、實(shí)驗(yàn)、習(xí)題和測試中，并算入課程總成績。網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)可記錄學(xué)生對含思政元素教學(xué)資源的點(diǎn)擊量和觀看時(shí)長。實(shí)踐環(huán)節(jié)還布置蘊(yùn)含思政元素的主觀題，并通過生生互評、小組評價(jià)等方式進(jìn)行打分，作為平時(shí)成績的一部分。除主觀題需要手工打分外，其他數(shù)據(jù)全部由頭歌平臺(tái)自動(dòng)生成。期末考核時(shí)，全部數(shù)據(jù)都可以從頭歌平臺(tái)一次性導(dǎo)出。該方式可實(shí)現(xiàn)課程評價(jià)既有專業(yè)知識(shí)評價(jià)，又體現(xiàn)德育評價(jià)，兩者之間融會(huì)貫通。

3 課程實(shí)踐

計(jì)算與人工智能概論課程在教學(xué)實(shí)踐中，采用線上線下混合的改進(jìn)BOPPPS教學(xué)模式，如圖2所示。BOPPPS模式將課堂教學(xué)過程分為6個(gè)階段：導(dǎo)入（Bridge-in）、目標(biāo)（Objective）、前測（Pre-assessment）、參與式學(xué)習(xí)（Participatory Learning）、后測（Post-assessment）和總結(jié)（Summary），取各階段英文首字母縮寫為BOPPPS。該模式強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)。

Fig.2 Course teaching method圖2 課程教學(xué)方法

本文根據(jù)很多學(xué)生缺乏主動(dòng)學(xué)習(xí)的習(xí)慣、一些學(xué)生部分階段的課業(yè)壓力大等情況，改進(jìn)了該模式。改進(jìn)后的BOPPPS要求學(xué)生在課前預(yù)習(xí)，并將預(yù)習(xí)任務(wù)布置在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上，要求學(xué)生觀看相應(yīng)的慕課、微課視頻。在課堂學(xué)習(xí)中，先進(jìn)行案例導(dǎo)入，引出問題，激發(fā)學(xué)生興趣，建立問題與學(xué)生已有知識(shí)之間的聯(lián)系；接著提出問題所要達(dá)到的目標(biāo)，并引導(dǎo)學(xué)生對問題進(jìn)行分解，引出達(dá)到目標(biāo)所需的技能或新知識(shí)；之后，學(xué)生進(jìn)行參與式學(xué)習(xí)，對關(guān)鍵技能或知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)生間可以討論或提出問題，教師對共性問題進(jìn)行講解，同時(shí)要求學(xué)生自主編程實(shí)現(xiàn)問題/案例的求解；接下來進(jìn)行測試，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成效；在課堂結(jié)束前5～10min進(jìn)行總結(jié)歸納，并引導(dǎo)學(xué)生思考案例中的思政元素，進(jìn)行升華；在課后階段，要求學(xué)生進(jìn)行復(fù)習(xí)鞏固（含提交課堂案例的程序及回答針對思政元素思考的探究性問題到網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)）與知識(shí)擴(kuò)展，或完成合作探究的大作業(yè)。

在計(jì)算與人工智能概論課程的教學(xué)實(shí)踐中，理論和實(shí)踐都采用融入思政的案例，學(xué)生自主探究與教師引導(dǎo)同時(shí)進(jìn)行，運(yùn)用慕課、微課視頻、案例講解、情境教學(xué)、課堂討論多種教學(xué)方法。學(xué)生在接受知識(shí)、提升能力的同時(shí)，受到潛移默化的思政教育，并在實(shí)施過程中收集學(xué)生反饋，通過反饋優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)、案例設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)課程思政貫穿教學(xué)全過程。

課程教學(xué)實(shí)踐結(jié)果表明，學(xué)生的參與感與獲得感增強(qiáng)，課程得到師生好評，獲評學(xué)校課程思政示范課程和湖南省一流課程。在2021年春季期末，隨機(jī)選擇一個(gè)教學(xué)班進(jìn)行問卷調(diào)查，列出了6個(gè)較為典型的思政案例，請大家選出印象深刻的案例（多選題），調(diào)查結(jié)果如圖3所示。從圖中可以看到，學(xué)生們對所學(xué)內(nèi)容比較熟悉，并能接受其中的思政融入點(diǎn)。

Fig.3 Investigation on the effect of ideological and political cases圖3 思政案例效果調(diào)查

4 存在問題

（1）在課程思政案例數(shù)量和部分案例設(shè)計(jì)的“引”和“導(dǎo)”方面仍存在不足，實(shí)踐案例數(shù)量比課堂案例數(shù)量少，有些案例思政教育顯得生硬。以案例作為課程教學(xué)內(nèi)容和思政教育的載體，需要有機(jī)融合教學(xué)內(nèi)容與思政教育，具備價(jià)值塑造、知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)的復(fù)合功能，真正做到潛移默化地影響學(xué)生。以案例進(jìn)行教學(xué)，既是本課程“問題求解、知識(shí)植入、以練促教”教學(xué)方法的體現(xiàn)，也是思政融入的切入點(diǎn)。要體現(xiàn)用“小故事”講好“大道理”的思路，挖掘思政元素的途徑和構(gòu)建課程案例的思路需要更加寬廣。

（2）現(xiàn)有的計(jì)算與人工智能概論課程思政與其他課程，尤其是思政課之間的聯(lián)系及結(jié)合仍顯不足，沒有很好地與其他課程教師進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容與案例溝通。一些案例中的精神信仰和價(jià)值觀講解感染力不足。

（3）融入思政的教學(xué)資源數(shù)量雖然不少，但還未能滿足各個(gè)學(xué)科專業(yè)的需要。思政案例視頻與題庫等仍需加強(qiáng)建設(shè)。

（4）部分教師課程思政建設(shè)的意識(shí)和能力不足。教師與學(xué)生互動(dòng)不足，對案例中的價(jià)值塑造引導(dǎo)不夠，導(dǎo)致課程思政效果受到一定程度的影響。

（5）思政效果評價(jià)模型的構(gòu)建需要更全面。課程思政評價(jià)是課程思想政治教育成效的重要組成部分。課程思政評價(jià)的可測量化研究及測評工具的開發(fā)應(yīng)用缺乏。現(xiàn)有評價(jià)方式多采用問卷調(diào)查、自我主觀評價(jià)和調(diào)研訪談方式，但缺乏可操作的客觀評價(jià)方式。計(jì)算與人工智能概論作為公共基礎(chǔ)課程，也屬于專業(yè)教育課程，因此對課程思政的評價(jià)需要側(cè)重于對專業(yè)精神的評價(jià)，并且需要考慮不同類別專業(yè)的側(cè)重點(diǎn)。此外，期中和期末的評價(jià)內(nèi)容也應(yīng)該有所不同，以更好地反映學(xué)生在不同階段的學(xué)習(xí)成果。

5 結(jié)語

計(jì)算與人工智能概論課程深入落實(shí)課程思政建設(shè)，發(fā)揮通識(shí)必修課程受眾多、影響面廣的特點(diǎn)，將價(jià)值塑造、知識(shí)傳授與能力培養(yǎng)融為一體，將思政元素融入案例中，達(dá)到潤物無聲的育人效果。下一步工作將深入挖掘更多思政元素，綜合參考各個(gè)不同學(xué)科專業(yè)的課程思政落腳點(diǎn)，善用各種素材，盡可能分學(xué)科進(jìn)行專業(yè)設(shè)計(jì)和制作更多含思政元素的課堂案例、實(shí)驗(yàn)案例、慕課或微課資源，擴(kuò)充題庫，真正落實(shí)基于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)、與思政課和專業(yè)課同向同行的課程思政。同時(shí)，不斷提升教師學(xué)術(shù)水平、教學(xué)水平和育人水平，不斷探索學(xué)生樂于接受的話語方式，在緊扣時(shí)代主題、回應(yīng)學(xué)生需求的過程中實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長，在課程思政教育教學(xué)實(shí)踐中充分詮釋“隱性思想政治教育”理念，落實(shí)立德樹人根本任務(wù)。