鄧春燕 ,周治國(guó) ,陳 娟 ,呂 帥
(1.吉林大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,吉林 長(zhǎng)春 130012;2.東北師范大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,吉林 長(zhǎng)春 130024)
隨著新經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,當(dāng)前計(jì)算機(jī)專業(yè)人才無(wú)論從數(shù)量還是質(zhì)量上都無(wú)法完全滿足社會(huì)發(fā)展的需求。2017年,教育部在“教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知”中指出,新工科研究和實(shí)踐圍繞工程教育改革的新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系開展[1],而工程教育專業(yè)認(rèn)證[2]則為工程教育改革提供質(zhì)量保障。在此背景下,以工程教育認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)[3](以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》)和《華盛頓協(xié)議》[4])為指導(dǎo),開展高校工程教育改革和創(chuàng)新,促進(jìn)工程教育質(zhì)量的全面提升,為新經(jīng)濟(jì)發(fā)展培養(yǎng)新工科人才迫在眉睫。
工程教育的主要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生深入運(yùn)用工程原理和各種工程知識(shí),分析和解決復(fù)雜工程問(wèn)題[5]。程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)是為程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)置的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的一門實(shí)踐課程,在計(jì)算機(jī)專業(yè)的課程體系中具有舉足輕重的地位。通過(guò)分析以往的課堂教學(xué),發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)教學(xué)方式[6]難以達(dá)到理想的教學(xué)效果,具體體現(xiàn)在:①在教學(xué)方式上,以教師為主導(dǎo),學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)積極性不高;②在教學(xué)內(nèi)容上,以知識(shí)學(xué)習(xí)為主,學(xué)生好不容易學(xué)會(huì)了各種語(yǔ)法卻不知道所學(xué)知識(shí)有何用處;③在教學(xué)效果上,大部分學(xué)生應(yīng)試能力較強(qiáng),但解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力卻得不到提高,導(dǎo)致畢業(yè)后學(xué)生的能力無(wú)法和社會(huì)需求接軌。針對(duì)教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題,課程以《華盛頓協(xié)議》提出的“以學(xué)生為中心、產(chǎn)出導(dǎo)向(Outcome Based Education,OBE)、持續(xù)改進(jìn)(Continue Quality Improvement,CQI)”三大教育理念[4]為指導(dǎo),以培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力為目標(biāo)開展課程改革與實(shí)踐。
根據(jù)吉林大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)、結(jié)合《標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的畢業(yè)要求,學(xué)校制訂畢業(yè)要求,將畢業(yè)要求中的各項(xiàng)畢業(yè)能力分解并映射到課程體系的每一門課程,各門課程再依據(jù)自身支撐的指標(biāo)點(diǎn)自上而下地對(duì)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)策略和教學(xué)實(shí)施等各環(huán)節(jié)進(jìn)行反向設(shè)計(jì),形成課程教學(xué)思路,見圖1。
圖1 程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)的課程教學(xué)思路
圖1中的畢業(yè)要求是以專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向制定的。畢業(yè)要求確定后,將畢業(yè)要求的實(shí)現(xiàn)過(guò)程逐一分解映射到各門課程的課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文) 等教學(xué)環(huán)節(jié),從而完成從日常教學(xué)到畢業(yè)要求,再?gòu)漠厴I(yè)要求到培養(yǎng)目標(biāo)的層層支撐關(guān)系。
畢業(yè)要求不僅要支撐本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo),也要支撐《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的畢業(yè)要求。依據(jù)2011年國(guó)家工程教育認(rèn)證的反饋意見,我們對(duì)本專業(yè)在現(xiàn)行培養(yǎng)方案[7]基礎(chǔ)上制定了2018版培養(yǎng)方案[8],對(duì)專業(yè)畢業(yè)要求作了相應(yīng)修訂,使專業(yè)畢業(yè)要求完全覆蓋《標(biāo)準(zhǔn)》中12條畢業(yè)要求。達(dá)成《標(biāo)準(zhǔn)》畢業(yè)要求不只是一門課程的目標(biāo),也不是一位教師的責(zé)任,它需要本專業(yè)擔(dān)任教學(xué)的全體教師、從事教學(xué)管理的全體職員、專業(yè)負(fù)責(zé)人、學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)以及學(xué)校相關(guān)部門的共同努力,才能勝任和完成[9]。在具體開展能力培養(yǎng)工作前,需要將本專業(yè)各項(xiàng)畢業(yè)能力予以分解和落實(shí)。本課程作為計(jì)算機(jī)專業(yè)課程體系的一員,為最終達(dá)成畢業(yè)要求承擔(dān)了相應(yīng)的支撐工作。作為專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),本課程重點(diǎn)對(duì)專業(yè)畢業(yè)要求③“掌握計(jì)算機(jī)專業(yè)領(lǐng)域系統(tǒng)設(shè)計(jì)、集成、開發(fā)及工程應(yīng)用的基本方法,能夠綜合運(yùn)用理論和技術(shù)手段設(shè)計(jì)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的方案,設(shè)計(jì)滿足特定需求的計(jì)算機(jī)軟、硬件系統(tǒng),能夠?qū)?chuàng)新意識(shí)體現(xiàn)到設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中;具備在設(shè)計(jì)/開發(fā)中考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化及環(huán)境等因素的基本素養(yǎng)”和畢業(yè)要求⑨“具有一定的獨(dú)立工作能力、組織管理能力和團(tuán)隊(duì)合作能力,能夠在多學(xué)科背景下的團(tuán)隊(duì)中承擔(dān)各種角色”進(jìn)行支撐。在對(duì)這兩項(xiàng)畢業(yè)要求進(jìn)一步分解后,本課程負(fù)責(zé)支撐的具體指標(biāo)點(diǎn)見表1。
由表1可以看出本課程教學(xué)目標(biāo)的核心是培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力,因此課程的后續(xù)環(huán)節(jié)主要圍繞該核心開展工作。
表1 程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)支撐的主要畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)
如何為學(xué)生選擇并設(shè)計(jì)合適的課程設(shè)計(jì)題目是培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的關(guān)鍵要素之一??紤]到本課程的受眾為計(jì)算機(jī)專業(yè)本科一年級(jí)學(xué)生,大部分學(xué)生僅有程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論課和實(shí)驗(yàn)課所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí),因此在題目設(shè)計(jì)上既要考慮課程所支撐的畢業(yè)要求,又要兼顧受眾的專業(yè)基礎(chǔ),根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況設(shè)計(jì)課程內(nèi)容。
針對(duì)表1中的教學(xué)目標(biāo)①,課程內(nèi)容應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)綜合性、較大規(guī)模的工程問(wèn)題,該問(wèn)題符合復(fù)雜工程的特征,有一定的挑戰(zhàn)性又不失生活化,利于學(xué)生反向分析該工程并找出所需專業(yè)知識(shí),進(jìn)而通過(guò)設(shè)計(jì)、編寫、調(diào)試、測(cè)試的軟件開發(fā)過(guò)程,培養(yǎng)學(xué)生初步解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。
針對(duì)教學(xué)目標(biāo)②,本課程設(shè)計(jì)設(shè)置3~4人為一組,分組完成課程內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生的組織管理能力和團(tuán)隊(duì)合作能力[10]。
教學(xué)策略是為實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)而制訂的、付諸教學(xué)過(guò)程實(shí)施的整體方案,包括合理組織教學(xué)過(guò)程、選擇具體的教學(xué)方法和材料、制訂教師與學(xué)生遵守的教學(xué)行為程序等[11]。為有效開展致力于培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的教學(xué),教學(xué)策略設(shè)計(jì)著重從以下4個(gè)方面考慮。
(1)強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心。教師的身份從課堂的主導(dǎo)者轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)者,通過(guò)診斷、評(píng)價(jià)、反饋以及建設(shè)性介入等策略,協(xié)助學(xué)生達(dá)成預(yù)期成果[11]。
(2)強(qiáng)調(diào)產(chǎn)出導(dǎo)向。面向產(chǎn)出的教育與面向課程的教育(Competency based education,簡(jiǎn)稱CBE)的區(qū)別,關(guān)鍵在于“追求的是產(chǎn)出(能力),還是輸入(知識(shí)/課程)”。課程強(qiáng)調(diào)產(chǎn)出導(dǎo)向,根據(jù)教學(xué)目標(biāo)中畢業(yè)能力要求,對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)策略進(jìn)行反向設(shè)計(jì),培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。課程主體上采用基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)(Project-Based Learning,PBL)策略,讓學(xué)生從一個(gè)生活中可以接觸到的實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)出發(fā),分析目標(biāo)系統(tǒng),逐步推導(dǎo)并設(shè)計(jì)各個(gè)模塊及相應(yīng)的解決方案,最終實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題的求解。
(3)強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)合作。課程的教學(xué)過(guò)程貫穿基于團(tuán)隊(duì)的學(xué)習(xí)(Team-Based Learning,TBL)、合作學(xué)習(xí)(Collaborative Learning, CL)等教學(xué)策略。學(xué)生以小組為單位,根據(jù)給定的復(fù)雜工程問(wèn)題討論工程需求,進(jìn)而分析、設(shè)計(jì)并編碼實(shí)現(xiàn)目標(biāo)系統(tǒng)。一方面,團(tuán)隊(duì)成員為達(dá)成團(tuán)隊(duì)成果而合作學(xué)習(xí);另一方面,每個(gè)團(tuán)隊(duì)成員有不同的分工,通過(guò)自我挑戰(zhàn)和自我競(jìng)爭(zhēng)提升自身能力。
(4)強(qiáng)調(diào)教學(xué)手段情景化。在課程的驗(yàn)收階段采用角色學(xué)習(xí)(Role Play Learning)法。很多計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生習(xí)慣于站在開發(fā)人員的立場(chǎng)思考問(wèn)題,認(rèn)為實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)功能就萬(wàn)事大吉了,這種自我定位直接導(dǎo)致設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)過(guò)程中對(duì)用戶體驗(yàn)的忽視,進(jìn)而引發(fā)系統(tǒng)開發(fā)與維護(hù)時(shí)的諸多問(wèn)題。為了改變這種狀況,在測(cè)試和驗(yàn)收階段,學(xué)生切換角色、從使用者的角度使用、評(píng)估其他小組的系統(tǒng)。
在選題階段,課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)為2017級(jí)計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生設(shè)計(jì)的題目為“利用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)校園卡管理信息系統(tǒng)”,選題的具體要求中只列出各小組必須達(dá)到的基本要求,并鼓勵(lì)學(xué)生在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展。該選題具備復(fù)雜工程問(wèn)題的特征,可以鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力。同時(shí),該校園卡管理信息系統(tǒng)是學(xué)生們每天都能接觸并使用的實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng),教學(xué)內(nèi)容的生活化可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,很適合剛剛接觸專業(yè)知識(shí)的學(xué)生從系統(tǒng)角度開展項(xiàng)目需求分析等工作。該題目無(wú)論從規(guī)模上還是從復(fù)雜性上,對(duì)處于入門階段的一年級(jí)本科生都是極具挑戰(zhàn)性的。每個(gè)階段的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)如下。
(1)需求分析與系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段,安排4學(xué)時(shí)。本階段學(xué)生對(duì)系統(tǒng)需求、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、任務(wù)分工等進(jìn)行組內(nèi)討論,強(qiáng)調(diào)站在系統(tǒng)的高度,以系統(tǒng)的視角分析問(wèn)題。
(2)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)階段,安排8學(xué)時(shí)。采用合作學(xué)習(xí)法,每個(gè)組員完成各自分工模塊的編碼實(shí)現(xiàn),最終各模塊整合成一個(gè)目標(biāo)系統(tǒng)。本階段教師不進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的講解,而要求學(xué)生根據(jù)第1階段討論的分工分析實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需的知識(shí)(可能包括課堂上沒有學(xué)過(guò)的知識(shí)),并通過(guò)與教師或同學(xué)討論、查閱文獻(xiàn)資料、瀏覽技術(shù)論壇、搜索網(wǎng)絡(luò)資源等多種渠道解決該過(guò)程中遇到的困難。此方法引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、積極思考,促使學(xué)生逐漸養(yǎng)成獨(dú)立分析、自主探索的學(xué)習(xí)習(xí)慣。
(3)系統(tǒng)測(cè)試階段,安排2學(xué)時(shí)。教學(xué)過(guò)程中采用角色扮演法,要求不同小組之間交換測(cè)試、使用其他小組的系統(tǒng),每個(gè)小組扮演另一個(gè)小組的“客戶”角色。實(shí)踐證明,該方法對(duì)幫助學(xué)生深入理解客戶的需求和提高對(duì)客戶體驗(yàn)的重視程度有積極作用,大部分學(xué)生在使用了其他小組的系統(tǒng)之后,能立即意識(shí)到良好用戶體驗(yàn)的重要性,從而在教師驗(yàn)收之前對(duì)自己的系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)改進(jìn)。
(4)驗(yàn)收階段,安排2學(xué)時(shí)。按照平時(shí)考核、代碼和實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量、任務(wù)分工和完成比例、界面設(shè)計(jì)和答辯情況等因素綜合評(píng)定最終成績(jī)。在驗(yàn)收過(guò)程中,教師隨機(jī)選擇一位非組內(nèi)成員的學(xué)生作為操作者,以用戶的角色輔助教師對(duì)程序進(jìn)行驗(yàn)收,并在使用結(jié)束時(shí)為該小組設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的軟件給出至少1個(gè)修改意見或建議。實(shí)踐證明,所有扮演該角色的學(xué)生均可客觀公正地提出建設(shè)性意見,進(jìn)而主動(dòng)思考自己小組系統(tǒng)的不足之處。
本課程的整個(gè)教學(xué)過(guò)程強(qiáng)調(diào)了學(xué)習(xí)過(guò)程中以學(xué)生為中心、以產(chǎn)出為導(dǎo)向的理念,使學(xué)生進(jìn)行自我管理,充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題和自主學(xué)習(xí)的能力,教學(xué)取得了良好的效果。各階段均支撐課程的教學(xué)目標(biāo)①和教學(xué)目標(biāo)②。
為獲取教學(xué)效果的反饋信息,我們對(duì)剛剛結(jié)束本課程的2017級(jí)計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生開展問(wèn)卷調(diào)查,同時(shí)征集對(duì)課程教學(xué)的意見和建議。教師共發(fā)放問(wèn)卷130份,收回121份,其中無(wú)效問(wèn)卷2份。通過(guò)對(duì)119份有效問(wèn)卷統(tǒng)計(jì)分析,得到以下反饋信息:①在教學(xué)內(nèi)容方面,參與調(diào)查問(wèn)卷的學(xué)生中,68%的學(xué)生認(rèn)為題目比較難;83%的學(xué)生在16學(xué)時(shí)內(nèi)不能全部完成題目要求,其中大部分學(xué)生需要額外學(xué)習(xí)10~24小時(shí);所有參與調(diào)查問(wèn)卷的學(xué)生均認(rèn)為通過(guò)本課程,加深了對(duì)理論課所學(xué)知識(shí)的理解。②在對(duì)畢業(yè)要求的支撐情況方面,認(rèn)為該課程對(duì)于表1中的分解指標(biāo)點(diǎn)③-1、指標(biāo)點(diǎn)③-2和指標(biāo)點(diǎn)⑨-1起到支撐作用的學(xué)生分別占98%、97%和97%。
從程序驗(yàn)收情況和學(xué)生調(diào)查問(wèn)卷來(lái)看,課程基本達(dá)到了預(yù)期,取得了如下成果:①教師從課堂主導(dǎo)者轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)者,學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)改變?yōu)樽晕夜芾?,培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力;②改變了學(xué)生不知所學(xué)知識(shí)究竟有何用處的尷尬狀況,把一學(xué)期所學(xué)的理論知識(shí)直接轉(zhuǎn)化為工程項(xiàng)目的要素,實(shí)現(xiàn)了第一個(gè)“麻雀雖小,五臟俱全”的工程項(xiàng)目,極大地提升了學(xué)生的自信和成就感;③學(xué)生學(xué)會(huì)從系統(tǒng)的角度看問(wèn)題,根據(jù)系統(tǒng)反推所需知識(shí),鍛煉了初步解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。
本專業(yè)先后于2011年和2017年參加工程教育認(rèn)證,兩次均順利通過(guò),2017年獲得了有條件6年有效期的結(jié)論,本課程作為專業(yè)課程體系的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),積極開展課程改革與創(chuàng)新,對(duì)最終達(dá)成《認(rèn)證》畢業(yè)要求作出了預(yù)期的貢獻(xiàn)。
吉林大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)建立了基于教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)、基于畢業(yè)生反饋信息和基于社會(huì)評(píng)價(jià)結(jié)果的持續(xù)改進(jìn)機(jī)制。根據(jù)合理性評(píng)價(jià)意見,結(jié)合國(guó)家政策、社會(huì)需求、學(xué)校定位、教育教學(xué)改革等多方因素,每4年對(duì)專業(yè)培養(yǎng)方案進(jìn)行一次大修訂,每年對(duì)課程設(shè)置進(jìn)行微調(diào)。
2017年,本專業(yè)以工程教育認(rèn)證為契機(jī),進(jìn)一步改進(jìn)本科培養(yǎng)方案,完成了2018版培養(yǎng)方案的修訂工作。專業(yè)在新培養(yǎng)方案中進(jìn)一步完善與課程體系及教學(xué)過(guò)程直接相關(guān)的畢業(yè)要求,除了將畢業(yè)生知識(shí)、能力和素質(zhì)要求修訂完善成完全覆蓋《標(biāo)準(zhǔn)》現(xiàn)行的12條畢業(yè)要求外,還強(qiáng)調(diào)對(duì)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的要求,畢業(yè)要求中體現(xiàn)復(fù)雜工程問(wèn)題的重要特征,強(qiáng)調(diào)工程實(shí)踐能力的培養(yǎng),尤其是解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的培養(yǎng)。
結(jié)合本專業(yè)畢業(yè)生調(diào)查問(wèn)卷和學(xué)生座談意見,在新版教學(xué)計(jì)劃中,程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論課課時(shí)在原基礎(chǔ)上減少16學(xué)時(shí),程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)在原基礎(chǔ)上增加16學(xué)時(shí),切實(shí)為提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力創(chuàng)造條件。
結(jié)合2017級(jí)本專業(yè)本科生的調(diào)查問(wèn)卷反饋,程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)擬在2018級(jí)的理論課教學(xué)中采用小班授課模式,實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中安排更多綜合性和設(shè)計(jì)性題目,程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)繼續(xù)保持對(duì)學(xué)生具有挑戰(zhàn)性的難度。本課程將繼續(xù)改革創(chuàng)新,為最終達(dá)成工程教育的畢業(yè)要求不斷提升課程教學(xué)質(zhì)量。
通過(guò)應(yīng)屆和歷屆學(xué)生評(píng)估反饋的結(jié)果,本專業(yè)及本課程梯隊(duì)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題并積極改進(jìn),教學(xué)質(zhì)量不斷得到提升。隨著新工科建設(shè)和工程教育認(rèn)證工作的推進(jìn),隨著對(duì)“解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力”的理解的深入,課程團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)改革程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì),將教學(xué)反饋與預(yù)定教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行對(duì)照,使課程教學(xué)始終處于持續(xù)改進(jìn)的狀態(tài)。