基于OBE 的計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系構(gòu)建

文志強(qiáng)，朱艷輝，陶立新，彭召意，曾志高

（湖南工業(yè)大學(xué) 計算機(jī)學(xué)院，湖南 株洲 412007）

0 引 言

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020 年）》明確指出我國教育要適應(yīng)國家經(jīng)濟(jì)社會對外開放的要求，培養(yǎng)大批具有國際視野、通曉國際規(guī)則、能夠參與國際事務(wù)和國際競爭的國際化人才[1]。工程教育認(rèn)證是我國高等教育進(jìn)入國際就業(yè)市場的“通行證”。2016 年6 月2 日，《華盛頓協(xié)議》全會通過決議，接納我們國家成為《華盛頓協(xié)議》正式成員，這意味著我國通過認(rèn)證專業(yè)畢業(yè)生的學(xué)歷資格將得到簽約國認(rèn)可。近3 年來，中國工程專業(yè)認(rèn)證協(xié)會受理工程教育認(rèn)證申請的專業(yè)數(shù)量逐年增加。2018 年受理了547 個專業(yè)工程教育認(rèn)證申請，2019 年受理了688 個專業(yè)的工程教育認(rèn)證申請，2020 年受理了671 個專業(yè)工程教育認(rèn)證申請。截至2018 年底，全國共有227 所高等學(xué)校的1 170 個專業(yè)通過了工程教育認(rèn)證。

《華盛頓協(xié)議》全面接納成果導(dǎo)向教育（Outcomes-based Education，OBE）理念。OBE 是指教學(xué)設(shè)計和教學(xué)實施的目標(biāo)是學(xué)生通過教育過程最后所取得的學(xué)習(xí)成果[2]。在OBE 教育系統(tǒng)中，教育者必須對學(xué)生畢業(yè)時應(yīng)達(dá)到的能力及其水平有清楚的構(gòu)想，然后尋求設(shè)計適宜的教育結(jié)構(gòu)來保證學(xué)生達(dá)到這些預(yù)期目標(biāo)[3]。OBE 教育模式是一種新的教育教學(xué)規(guī)范，計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)接受工程教育認(rèn)證，必然要求其專業(yè)課程體系符合OBE 教育理念。因此，構(gòu)建和實踐基于OBE 理念的計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系既是工程教育認(rèn)證的要求，也是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的要求。通過課程體系構(gòu)建與實踐，實現(xiàn)從教育資源輸入為主轉(zhuǎn)向教育產(chǎn)出導(dǎo)向的轉(zhuǎn)變。

1 當(dāng)前課程體系中存在的問題

課程體系決定了學(xué)生所獲得的知識、能力和素養(yǎng)結(jié)構(gòu)。課程體系結(jié)構(gòu)模式主要有層次化結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu)[4]兩種，如文獻(xiàn)[5]構(gòu)建了4 個層次結(jié)構(gòu)課程體系模式，以培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、分析問題和解決問題的能力。文獻(xiàn)[6]構(gòu)建了由計算思維、系統(tǒng)設(shè)計、工程應(yīng)用和創(chuàng)新實踐構(gòu)成的4 種能力培養(yǎng)為主線的模塊化課程體系。文獻(xiàn)[7]在課程模塊化基礎(chǔ)上，提出創(chuàng)新型應(yīng)用人才培養(yǎng)模式。文獻(xiàn)[8]通過對網(wǎng)上業(yè)務(wù)分析流程的分析，提出基于業(yè)務(wù)的計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)模塊化課程體系，以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。從所查文獻(xiàn)來看，傳統(tǒng)的課程體系存在如下問題。

（1）傳統(tǒng)的課程體系強(qiáng)調(diào)課程對技術(shù)類知識和能力的培養(yǎng)，弱化非技術(shù)類知識和能力培養(yǎng)，這是目前國內(nèi)專業(yè)教學(xué)的通病。

（2）課程體系的能力培養(yǎng)覆蓋缺乏整體規(guī)劃。傳統(tǒng)能力培養(yǎng)集中在知識獲取、創(chuàng)新和動手能力的培養(yǎng)，工程能力的培養(yǎng)偏少。

（3）課程體系的評價機(jī)制缺失或弱化。國內(nèi)傳統(tǒng)專業(yè)人才培養(yǎng)方案因人設(shè)課現(xiàn)象十分普遍，隨意性比較嚴(yán)重。

（4）課程體系知識更新慢。傳統(tǒng)的課程體系中，部分相關(guān)內(nèi)容要么是缺失的，要么是停留在20 多年前，無論課程建設(shè)還是教材更新，都明顯遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于學(xué)科和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[9]。

為此，2019 年9 月29 日，教育部印發(fā)《教育部關(guān)于深化本科教育教學(xué)改革全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見》，要求“立足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需求和人才培養(yǎng)目標(biāo)，優(yōu)化公共課、專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課比例結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)課程體系整體設(shè)計，提高課程建設(shè)規(guī)劃性、系統(tǒng)性，避免隨意化、碎片化，堅決杜絕因人設(shè)課”。為了從根本上解決上述問題，在課程體系構(gòu)建中，需要結(jié)合多方因素來整體設(shè)計，抓住以學(xué)生為中心的教學(xué)本質(zhì)，從而達(dá)到提升培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)量的目的。工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)提供了一個很好的課程體系整體設(shè)計規(guī)范，如文獻(xiàn)[10]根據(jù)專業(yè)實際，通過細(xì)化和分解工程教育標(biāo)準(zhǔn)要求，構(gòu)建了滿足工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的計算機(jī)類課程體系。依據(jù)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，可以將OBE 理念引入計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的課程體系整體設(shè)計中，構(gòu)建基于OBE 理念的計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系，并不斷實踐，持續(xù)改進(jìn)。

2 模塊化課程體系的構(gòu)建思路

根據(jù)OBE 理念，能力結(jié)構(gòu)與課程體系結(jié)構(gòu)應(yīng)有一種清晰的映射關(guān)系，能力結(jié)構(gòu)中的每一種能力要有明確的課程來支撐[2]。據(jù)此，模塊化課程體系構(gòu)建思路如圖1 所示。通過調(diào)研國家、社會和行業(yè)、用人單位發(fā)展需要，學(xué)校辦學(xué)定位及發(fā)展目標(biāo)、學(xué)生發(fā)展、校友家長期望，確定培養(yǎng)目標(biāo)。培養(yǎng)目標(biāo)決定了畢業(yè)要求（學(xué)生能力）。畢業(yè)要求覆蓋工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)共12 條，涵蓋工程知識、問題分析、設(shè)計/開發(fā)解決方案、研究、使用現(xiàn)代工具、工程與社會、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展、職業(yè)規(guī)范、個人和團(tuán)隊、溝通、項目管理和終身學(xué)習(xí)等。課程體系是在這12 條標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上構(gòu)建的。首先將每條畢業(yè)要求分解成2～5 條的指標(biāo)點(diǎn)，然后建立課程與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐矩陣，形成課程體系。通過設(shè)計課程目標(biāo)，建立課程目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐矩陣，確立課程教學(xué)大綱。通過教學(xué)內(nèi)容的選擇和課程教學(xué)，獲得學(xué)生學(xué)習(xí)成果。通過對學(xué)習(xí)成果的評估及畢業(yè)要求達(dá)成評價，形成對畢業(yè)要求及課程體系的持續(xù)改進(jìn)。整個過程就形成了校內(nèi)循環(huán)。課程目標(biāo)描述學(xué)生能力，而學(xué)習(xí)成果體現(xiàn)學(xué)生能力。

3 模塊化課程體系構(gòu)建

從工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)對工程知識及能力培養(yǎng)等不同要求的依賴程度出發(fā)，將課程體系劃分為6 個模塊。

（1）數(shù)學(xué)與自然科學(xué)課程模塊。教學(xué)重點(diǎn)放在數(shù)學(xué)、物理等知識的工程靈活應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的復(fù)雜工程問題的表述、建模和數(shù)學(xué)求解。涵蓋知識點(diǎn)有高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、大學(xué)物理和數(shù)據(jù)分析方法等內(nèi)容。

（2）通識教育課程模塊。教學(xué)重點(diǎn)放在政治經(jīng)濟(jì)、法律、環(huán)境、倫理、國家與社會、職業(yè)道德等知識的了解和社會實踐，培養(yǎng)學(xué)生工程與環(huán)境、工程與社會的分析、溝通和社會能力。涵蓋知識點(diǎn)有思想道德修養(yǎng)與法律基礎(chǔ)、中國近現(xiàn)代史綱要、馬克思主義基本原理、毛澤東思想和中國特色社會主義理論概論課、應(yīng)用寫作、大學(xué)生心理健康、大學(xué)生職業(yè)生涯規(guī)劃、就業(yè)指導(dǎo)、第二課堂等。

（3）工程基礎(chǔ)類課程模塊。教學(xué)重點(diǎn)放在現(xiàn)代編程工具及程序編程技巧運(yùn)用上，培養(yǎng)現(xiàn)代工具的選擇與使用，及復(fù)雜工程問題的識別、研究、表達(dá)、分析和程序求解能力培養(yǎng)。涵蓋知識點(diǎn)有C/C++、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、Java、匯編語言、Web、Python 等程序設(shè)計內(nèi)容。

（4）專業(yè)基礎(chǔ)類課程模塊。教學(xué)重點(diǎn)放在計算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)理論、原理、技術(shù)分析、方案設(shè)計上，培養(yǎng)復(fù)雜計算機(jī)系統(tǒng)問題的識別、研究、表達(dá)、分析和解決方案設(shè)計能力。涵蓋知識點(diǎn)有電路與電子學(xué)、數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)、離散數(shù)學(xué)、編譯原理、操作系統(tǒng)、計算機(jī)組成原理、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等內(nèi)容。

（5）專業(yè)類課程模塊。教學(xué)重點(diǎn)放在計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)及核心算法的研發(fā)，培養(yǎng)復(fù)雜工程系統(tǒng)的研究、設(shè)計、開發(fā)和評價等能力。涵蓋知識點(diǎn)有大數(shù)據(jù)系統(tǒng)、算法設(shè)計與分析、軟件工程和軟件項目管理等。

（6）工程實踐模塊。教學(xué)重點(diǎn)放在復(fù)雜工程問題解決方案的設(shè)計與開發(fā)、工程實踐能力提升，培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計、創(chuàng)新、協(xié)作和綜合應(yīng)用能力。涵蓋實踐內(nèi)容有各類工程實訓(xùn)、課程設(shè)計、各類實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動等。

4 實踐教學(xué)體系構(gòu)建

實踐教學(xué)體系集中在工程實踐模塊，由基礎(chǔ)實踐子模塊、專業(yè)實踐子模塊、綜合實踐子模塊和職業(yè)實踐子模塊構(gòu)成，由認(rèn)識實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)實習(xí)、工程綜合訓(xùn)練、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動和第二課堂活動等實踐教學(xué)活動組成。實踐教學(xué)體系及相應(yīng)能力/素養(yǎng)培養(yǎng)見表1。實踐教學(xué)體系的安排按由淺到深的認(rèn)識規(guī)律和由簡單方案設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)計到工程設(shè)計的過程培養(yǎng)方式進(jìn)行。就實踐教學(xué)內(nèi)容來看，從注重能力培養(yǎng)的角度出發(fā)，緊密結(jié)合專業(yè)的發(fā)展，不斷設(shè)計新方式和新內(nèi)容；對于實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，無論是必修課還是選修課，實踐內(nèi)容、方式、考核方式等均按照教學(xué)大綱的要求來設(shè)置，體現(xiàn)了對培養(yǎng)方案、教學(xué)大綱的嚴(yán)格執(zhí)行。

實踐教學(xué)體系中要求每個學(xué)生必須完成8 學(xué)分的企業(yè)學(xué)習(xí)經(jīng)歷，共兩門課程，見表2。另外，實踐教學(xué)體系中以團(tuán)隊形式完成的實踐教學(xué)活動見表3。

表2 學(xué)生必須完成的企業(yè)學(xué)習(xí)經(jīng)歷

表3 以團(tuán)隊形式完成的實踐教學(xué)活動

畢業(yè)設(shè)計作為大學(xué)4 年最后一項實踐課程，體現(xiàn)學(xué)生通過大學(xué)4 年最后所取得的學(xué)習(xí)成果。該課程需結(jié)合計算機(jī)工程實際問題，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識以及綜合應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題的能力。所謂工程意識，是指工程的質(zhì)量意識、安全意識、創(chuàng)新意識、責(zé)任意識、環(huán)保意識、團(tuán)隊意識、經(jīng)濟(jì)意識和倫理意識等內(nèi)容的思維過程[11]。據(jù)此，設(shè)計的課程能力培養(yǎng)覆蓋了工程意識的各個思維過程，見表4。工程問題分析方面，要求學(xué)生能通過文獻(xiàn)查閱等手段，分析課題現(xiàn)狀、技術(shù)和需求，提出符合實際的初步解決方案。解決方案具體設(shè)計方面，要求學(xué)生分析課題對社會、健康、安全、法律、文化及環(huán)境等因素的影響及解決方法，并體現(xiàn)在設(shè)計和實現(xiàn)的解決方案里。這樣的方案包含了倫理、環(huán)保、安全和質(zhì)量等方面的因素，同時也體現(xiàn)了創(chuàng)新性。團(tuán)隊協(xié)作方面，要求以項目組的形式開展畢業(yè)設(shè)計，制訂項目開發(fā)實施辦法，組建項目團(tuán)隊，制訂任務(wù)分配方案和協(xié)調(diào)機(jī)制，并按制訂的方案和機(jī)制實施。指導(dǎo)老師負(fù)責(zé)考評，體現(xiàn)團(tuán)隊精神和責(zé)任精神。溝通方面，要求學(xué)生以團(tuán)隊形式闡述項目的設(shè)計及實施方案、實施效果并回答專任老師或企業(yè)工程師提出的問題，體現(xiàn)團(tuán)隊意識。項目管理方面，要求學(xué)生應(yīng)用技術(shù)經(jīng)濟(jì)方法分析項目開發(fā)、實施、管理和維護(hù)等過程中的成本與收益問題，體現(xiàn)學(xué)生的經(jīng)濟(jì)意識。

表4 畢業(yè)設(shè)計課程目標(biāo)對工程意識內(nèi)涵的覆蓋

畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)方面，有選題、開題報告、中期檢查、論文誠信檢查、源碼質(zhì)量檢測、論文評審和答辯7 個環(huán)節(jié)。選題環(huán)節(jié)，學(xué)生可以自由選題或老師指定題目，但學(xué)生或指導(dǎo)老師必須給出選題表，包括課題名，內(nèi)容及任務(wù)，擬達(dá)到的要求或技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)度安排等，提出課題條件或要求。開題報告環(huán)節(jié)，學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)撰寫文獻(xiàn)綜述，選題依據(jù)、主要研究內(nèi)容、研究思路及方案、工作進(jìn)度及具體安排。中期檢查簡述開題以來所做的具體工作和取得的進(jìn)展或成果、存在的具體問題、下一步的主要研究任務(wù)、具體設(shè)想與安排。論文誠信檢查環(huán)節(jié)，利用Gocheck 論文檢測系統(tǒng)來判斷是否存在抄襲現(xiàn)象，檢測結(jié)果分A、B、C 3 類，作為論文能否參與答辯的依據(jù)。源碼質(zhì)量檢測環(huán)節(jié)，利用國防科技大學(xué)提供的Trustie 實訓(xùn)平臺對學(xué)生編寫的源碼進(jìn)行質(zhì)量評判。論文評審環(huán)節(jié)，有指導(dǎo)教師評閱和評閱教師評閱構(gòu)成，都需要對每一項能力給出成績，并明確是否同意參加答辯。答辯環(huán)節(jié)，由課題介紹和回答問題兩個子環(huán)節(jié)構(gòu)成。答辯老師分別給出兩個子環(huán)節(jié)的成績，綜合得到答辯成績。

5 課程體系評價

課程體系評價的任務(wù)是評價課程體系是否合理。評價內(nèi)容包括課程體系調(diào)研報告、支撐矩陣和課程體系列表。評價工作的責(zé)任機(jī)構(gòu)是學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會，由主任、副主任、秘書及教學(xué)專家成員若干組成。評價周期4 年一次。評價過程如下。

（1）專業(yè)負(fù)責(zé)人撰寫課程體系調(diào)研報告；分解畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)；建立課程設(shè)置對畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐矩陣。

（2）專業(yè)負(fù)責(zé)人將調(diào)研報告、支撐矩陣和課程體系列表等，送校外專家、企業(yè)專家和校內(nèi)專家評審。專業(yè)負(fù)責(zé)人根據(jù)評審意見修改課程體系。

（3）提交學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會進(jìn)行評審，提交材料包括調(diào)研報告、支撐矩陣、課程體系列表、專家評審意見。學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會秘書負(fù)責(zé)收集材料和評審組織工作。

（4）學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會對調(diào)研報告、支撐矩陣、課程體系列表和專家評審意見4 個方面做出合理性評價后，將結(jié)果反饋給專業(yè)負(fù)責(zé)人。學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會秘書負(fù)責(zé)反饋。

（5）專業(yè)負(fù)責(zé)人根據(jù)反饋結(jié)果修改調(diào)研報告、支撐矩陣和課程體系列表。

通過這種評價過程，能保證專業(yè)負(fù)責(zé)人按質(zhì)按量完成課程體系的整體設(shè)計。

6 結(jié) 語

規(guī)范性課程體系及課程教學(xué)設(shè)計是當(dāng)前國內(nèi)高校工科專業(yè)所面臨的重要工作，而工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)為我們提供了一種國際上多數(shù)國家都遵循的規(guī)范。建立符合OBE 理念的課程體系是當(dāng)前專業(yè)建設(shè)中最迫切的課題。按照工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和OBE 理念，通過對計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的課程體系、實踐課程體系以及能力培養(yǎng)的探索和建設(shè)，能夠使課程體系無論在課程組成上、還是能力培養(yǎng)上，都基本滿足認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。下一步，將要把能力培養(yǎng)落實到每一門課程教學(xué)上，以最終實現(xiàn)工程人才培養(yǎng)，滿足社會對工程型人才的需求。