程序设计类课程“科教融汇”关键路径研究

［摘           要］  “科教融汇”是一种将科研与教学有机结合的教育实践模式。以职业本科程序设计类课程为研究对象，探索其在课程设计和教学实施中的关键途径，旨在增强学生的实践创新能力，培养高素质的应用型人才。以Go语言及应用课程为例，主要工作包括基于认知结构学习理论和转化学习理论，探索“科教融汇”的着力点；基于科研项目打造具备难度阶梯的任务群；构建“获得（Acquisition）—转化（Transformation）—应用（Application）—评价（Evaluation）”（ATAE）教学模式。

［关    键   词］  “科教融汇”；职业本科教育；程序设计类课程；科研项目拆解；ATAE教学模式

［中图分类号］  G712                   ［文献标志码］  A                   ［文章编号］  2096-0603（2025）04-0133-04

“科教融汇”作为世界各地一流大学的核心办学理念，其理论支撑可追溯到19世纪初期德国教育学家洪堡提出的“科研应作为一种培养人的过程，必须与教育相统一”的思想[1]。20世纪中后期，麻省理工学院实施的“本科生研究计划”掀起了全球研究型大学鼓励本科生参与科研工作的热潮[2]。然而，职业技术大学作为为新一代信息产业输送人才的重要渠道，其毕业生虽然在实践操作方面表现突出，但在解决实际问题时往往理论基础薄弱，且缺乏深入探索问题的意愿和能力。这导致大中型企业对其职业认可度普遍不高。因此，本文将“科教融汇”作为程序设计类课程的建设方向，并以Go语言及应用课程为例，探讨能够将创新能力和探索精神传递给专业学生的关键实践路径，旨在为职业院校培养同时具备高技能、高素质和创新能力的应用型人才提供参考。

一、职业院校“科教融汇”的发展背景

（一）“科教融汇”在职业院校中的研究进展

我国职业院校的“科教融汇”虽然起步相对较晚，但近年来伴随着高等职业教育的快速发展，其逐渐成为职业院校创新发展的重要方向。2016年，教育部发布的《高等学校“十三五”科学和技术发展规划》明确提出了要坚持“科教融合”，支撑高质量高等教育[3]，为高等职业院校的“科教融汇”提供了政策依据。在高职教育层面，国内学者近年来也开展了大量关于“科教融汇”的研究与探索。例如，龚娜等人从政府部门和高等学校的宏观层面出发，分析职业院校实现“科教融汇”的具体路径，提出了政策支持、校企合作等方面的建议[4]。汕头职业技术学院则以计算机系的人才培养模式为例，展示了在“科教融汇”策略下，创新型人才培养所取得的显著成效，为职业院校的“科教融汇”提供了可参考的范例[5]。此外，周建松等学者立足职业院校的发展视角，提出了“产教—科教”双融合的原则和新机制[6]。这一机制旨在通过“产教融合”与“科教融汇”的双轮驱动，全面提升高职院校的科研与教学水平，强化职业教育与产业需求的对接，培养具备创新能力和实践技能的高素质技能人才。

（二）“科教融汇”在职业院校中的实践挑战

现有研究尽管在一定程度上构建了“科教融汇”的基本框架，但在职业本科实际教学中的落地实施仍面临诸多挑战，主要体现在以下两个方面：第一，“科教融汇”的实践教学路径系统性不足。在职业本科的教学中，实践环节至关重要，而现有的“科教融汇”路径往往缺少对教学、项目实践等方面的具体指导方案，导致融合难以有效落地。第二，对融入课程设计的科研任务缺少较为细致的难度划分。这对科研基础相对薄弱的职业本科学生而言，严重影响了其参与的积极性，进而导致“科教融汇”并未充分发挥其提升学生综合素质的潜力。因此，本文将在深挖“科教融汇”对职业本科教育重要内涵的基础上，构建“获得（Acquisition）—转化（Transformation）—应用（Application）—评价（Evaluation）”（ATAE）教学模式，并探索该模式下的教学实施关键路径。

二、职业本科“科教融汇”内涵探析

大学中的科研工作应是一个潜移默化的育人过程，除科研性之外，还蕴含了教育性[7]。本节将以程序设计类课程为切入点，探析新时代赋予职业本科院校的“科教融汇”丰富内涵。

（一）课程设计与科研成果的结合

项目化课程设计能够将科研进展及时引入课堂教学、将科研活动直接融入教学过程，从而有效保持课程内容的应用性和前沿性。然而，由于不同课程的教学目标、知识点及技能要求存在差异，科研课题需要经过适当的拆解，才能与各课程的具体需求相匹配。以笔者的研究课题为例，其中涉及的阵列信号处理基础理论适合信号处理技术课程的教学内容。研究中涉及的具体技术实现与方法应用则更适合相关实验课程。此外，课题中的数据处理与分析模块则与程序设计类课程高度契合，能用以有效提升学生通过程序设计实现对数据科学处理的能力。

（二）教学能力与科研能力的融通

教学能力通常是指教师在教学过程中有效传递知识、技能和价值观的能力；而科研能力则体现在教师提出科学问题、设计研究方案、进行实验与数据分析、得出结论并撰写学术论文的过程中[8]。职业本科院校的专任教师通常肩负着教学与科研的双重职责。他们不仅是课堂上知识的传授者，更是培养学生科研素养与创新能力的科研引领者。因此，合理地将科研成果融入教学内容，运用科研思维优化教学方法，并通过教学反馈促进科研进展、优化科研过程，实现教学能力与科研能力的相互融合、互为支持、共同发展，构成了职业本科教育中“科教融汇”的深刻内涵之一。这种教学与科研的有机结合为提升教育质量和培养高素质创新型人才提供了重要支撑。

（三）学生学习与科研训练的结合

将学生的课程学习与科研训练相结合是职业本科教育中“科教融汇”的核心实践形式，展现了这一教育模式在培养应用型人才方面的独特优势。众所周知，项目驱动式课程设计已成为职业本科课程设计的主流理念。然而，如何选择合适的实际项目对许多教师而言仍是一项颇具挑战的工作。事实上，将科研项目拆解为多个贴合课程内容的子任务是一种有效的解决方案。在科研任务训练中，学生能够将课堂上学到的理论知识应用于实际项目，进而更加深刻地理解这些知识的现实意义，并学会如何在复杂的环境中灵活运用。此外，科研项目具备的不确定性和复杂性，将迫使学生在完成项目的过程中不断探索和试错。这一过程对学生适应多变环境和应对复杂问题的能力的培养，正是职业本科教育提升学生就业竞争力的关键所在。

（四）创新教育与跨学科思维训练的结合

职业本科教育侧重于培养应用型人才，现代产业的快速发展与日益增长的复杂性要求相关人才具备跨学科的知识背景。“科教融汇”的重要内涵之一便是课程的跨学科融通。通过科研项目训练，将不同学科的知识点有机结合，学生能够从更广阔的视角理解并应用所学内容。这一理念在程序设计类课程中得到了良好体现。例如，将科研项目中涉及程序设计的部分拆解并作为教学案例，学生在锻炼编程能力的同时，能够快速接触并了解大数据金融、信号处理与分析、生物医学等多个领域的背景知识。这不仅强化了学生的实际操作技能，还有效培养了他们的跨学科创新思维能力。

三、“获得—转换—应用—评价”教学模式构建

本部分首先将给出ATAE教学模式的理论基础，然后在此基础上分析构建ATAE教学模式对“科教融汇”的重要性，最后对ATAE教学模式的核心内涵进行阐述。

（一）ATAE教学模式的理论来源

ATAE教学模式主要以转化学习理论[9]和认知学习理论[10]为指导。美国著名心理学家和教育学家Bruner的认知学习理论强调发现学习与结构化学习，认为学习是一个主动的认知过程。学生应主动参与学习，通过探索和发现来获取知识，而非被动接受。教学应采用螺旋式推进的方式，通过不断递进、重复和深化来呈现知识内容。Nonaka等人提出的转化学习理论围绕知识创造的动态过程，强调隐性知识（难以通过语言表达、主要依赖个人经验理解）与显性知识（可通过语言、文字或图像清晰表达）之间的相互转换。在科研小任务的实践中，学生将课堂中获得的显性知识内化为个人的经验与能力，并在此过程中不断创造与应用新的知识。在这两大理论的指导下，学生的自主学习能力得到增强，同时新知识的生成与应用也得到了持续推进。

（二）ATAE教学模式对于“科教融汇”的重要性

在认知学习理论和转化学习理论的指导下，如图1所示的ATAE教学模式为“科教融汇”提供了系统化的路径。首先，知识获取阶段为“科教融汇”奠定了坚实的基础。通过主动学习，学生将掌握必要的基础理论与工具，为后续的科研实践做准备。接着，知识转化过程将抽象的科研内容转化为学生能够理解并应用的知识体系，使科研成果有机融入课程教学中。然后，学生通过知识的实际应用，验证了对所学知识的理解，并在实践中锻炼了其创新能力和解决问题的能力。这种应用不仅推动了理论与实践的紧密结合，也反映了“科教融汇”的核心目标。最后，评价环节为教学和科研训练提供反馈，帮助师生及时调整学习和研究策略，确保“科教融汇”效果的持续提升。因此，在ATAE教学模式下，学生不仅能够深入掌握学科理论，还能在科研实践中不断提升创新能力和综合应用能力。这一模式充分体现了“科教融汇”的深刻内涵，将为培养具备创新思维和实践能力的高素质应用型人才提供有效支持。

（三）ATAE教学模式的主要内涵

本节将从教师的专业能力发展与学生的学习能力培养两个方面深入探讨图1所示的ATAE“科教融汇”教学模式的主要内涵。

在教师专业能力发展方面，ATAE“科教融汇”教学模式的“获得”阶段要求教师关注学科前沿与行业最新技术动态，并持续更新自身的知识体系，以确保其教学内容的先进性和实践性。在“转化”阶段，教师需要将科研中的复杂概念、理论和实验设计加以简化与结构化，转化为适合教学的小型项目。同时，教师在学术研究和实践教学之间的转化能力将得到有效提升。在“应用”与“评价”阶段，教师将科研成果和技术创新融入教学实践，强化科研成果的实践价值，同时通过课堂反馈反推科研创新，从而持续提升其专业能力。

在学生学习能力培养方面，学生在“获取”阶段不仅是被动接受教师讲授的内容，还经历了主动探索与知识发现的过程。正如认知结构学习理论所强调的，将新知识与已有认知相联系，形成更加深刻的理解。在“转化”阶段，学生需将课堂获得的显性知识转化为自身的隐性知识，并结合科研小项目中的实践经验，主动内化、生成新的理解，进而构建自己的认知结构。在“应用”和“评价”阶段，学生通过在实际问题情境中运用所学知识，并得益于团队之间的交流，进一步深化对知识的理解与掌握。因此，ATAE教学模式中的应用与评价，不仅仅是对知识的验证过程，更是知识创新与实际问题解决能力的提升过程，将有效提升学生未来的职业适应能力。

四、ATAE教学模式的“科教融汇”实践路径

基于图1所示的ATAE教学模式构建完整的“科教融汇”教学实践路径，重点探索将科研项目拆解为教学任务的方法、ATAE教学设计方案以及合理的教学评价体系。以下将以Go语言及应用课程为例展开详细阐述。

（一）科研项目拆解方法

科研项目的拆解旨在根据教学需求将复杂的科研任务分解为适合课堂教学的、学生能够理解和实践的小任务。具体方法如图2所示：同时考虑任务的层次化和教学案例的模块化两个维度，科研项目将被分解为由基础到高级的任务链。学生以分组合作的方式逐步完成这些任务，从基础操作到高级应用，逐步深入科研的逻辑体系，避免直接面对复杂科研课题时的理解障碍。例如，本人的科研项目涉及阵列信号的接收、预处理与存储，可将其转化为Go语言及应用课程中的基本编程模块中的各个任务。在此基础上，学生可以进一步实现信号处理的核心算法模块（如去噪、波束形成和方位角估计等），并通过编写优化的Go语言程序提升大矩阵分解的计算效率。最后，学生将应用Go语言中的Goroutine机制，完成多通道数据的并行计算和任务调度，从而构建出信号的高效并行处理模块。这一系列任务既体现了科研项目的核心内容，又为学生的编程类课程学习提供了逐步深入的实践机会。