張 民
(清華大學(xué)出版社有限公司 計算機與信息分社,北京 100084)
步入全球化進(jìn)程后,中國的工程教育面臨來自國內(nèi)工業(yè)界的新要求和來自國際工程教育的新挑戰(zhàn),深化課程體系改革和建設(shè)是全面提高教育質(zhì)量的基本內(nèi)容和重要舉措。高校培養(yǎng)目標(biāo)是對學(xué)生的知識、能力和素質(zhì)提出的理想預(yù)期,而課程體系在很大程度上決定了學(xué)生能呈現(xiàn)的知識、能力和素質(zhì)結(jié)構(gòu),決定了教育理想能否成為教育現(xiàn)實。計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)是現(xiàn)代高等教育中發(fā)展最為活躍的專業(yè)之一,也一直是高校的熱門專業(yè)。筆者將研究視角聚焦于普通本科院校計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系的改革研究,從整體上梳理和探討該領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢,并對其核心要素和重點問題進(jìn)行深度挖掘和分析。
多年來,美國在計算機科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域一直處于世界領(lǐng)先地位。在美國,每年都會召開有關(guān)計算機科學(xué)與技術(shù)課程體系的研究與改革國際會議,各高校的研討活動也開展得如火如荼。國際計算機教育領(lǐng)域最具影響力的國際計算機學(xué)會(ACM)和國際電氣和電子工程師協(xié)會/計算機協(xié)會(IEEE/ CS)聯(lián)合成立的教育分委員會專門負(fù)責(zé)研究計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)計劃的修訂工作,平均每10年推出一輪新的教學(xué)計劃。1991年,IEEE/CS與ACM制定了著名的計算教程(Curricula for Computing,以下簡稱CC),對世界各國的計算機本科教育產(chǎn)生了非常大的影響。1998年秋,兩大團體建立計算教程聯(lián)合任務(wù)組,并于2001年12月公布了新教程(以下簡稱CC 2001)的計算機科學(xué)卷最終報告,報告說明了CC 2001劃分為計算機科學(xué)、計算機工程、軟件工程、信息系統(tǒng)和信息技術(shù)等的指導(dǎo)思想。計算機學(xué)科長期以來被認(rèn)為具有兩個重要的分支領(lǐng)域,即計算機科學(xué)和計算機工程。在后來發(fā)布的CC 2005中,信息技術(shù)也被正式納入計算學(xué)科的分支領(lǐng)域,并于2006年推出了學(xué)科教程IT 2006。2013年,最新的CS 2013發(fā)布。
CC的研究工作為高校計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的發(fā)展帶來了深遠(yuǎn)的影響,參考美國多所大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的課程體系以及一些學(xué)者的調(diào)查和總結(jié)不難發(fā)現(xiàn):美國高等教育主要以培養(yǎng)通才類型的人才為主,注重通識教育和跨學(xué)科選修。美國高等教育課程體系的重點在于為學(xué)生的未來發(fā)展奠定基礎(chǔ),而不僅僅是為專業(yè)發(fā)展服務(wù)。各大學(xué)的主要核心課程一般控制在10門以內(nèi),并為學(xué)生的深度發(fā)展提供許多高級課程,如斯坦福大學(xué)的深度課程、佐治亞理工學(xué)院的研究生專業(yè)選修課程、伊利諾大學(xué)-香檳分校的高級課程等。課程設(shè)置充分考慮學(xué)生的能力,在強調(diào)寬厚基礎(chǔ)的同時,注重理論與實踐相結(jié)合[1-2]。
有學(xué)者在分析美國、英國、德國等國高校計算機專業(yè)課程體系的基礎(chǔ)上,總結(jié)出一些相似之處和值得借鑒的地方:①注重課程設(shè)置的社會性、時代性和實用性,始終依據(jù)社會需求設(shè)置課程;注重課程的平衡性,合理分配理論與技術(shù)課程的比例;注重課程設(shè)置的科學(xué)性,強調(diào)自然科學(xué)、人文科學(xué)內(nèi)容的重要地位。②重視學(xué)生的主體地位,通過大量的選修課程給學(xué)生充分的選擇與發(fā)展空間。③注重學(xué)生多種能力的培養(yǎng),尤其是創(chuàng)造能力和科研素質(zhì)的培養(yǎng)。注重傳授獲取知識的方法和手段,而不是只給出最終結(jié)論和定理[3-4]。
此外,對于高校計算機專業(yè)課程體系的組織,美國高校計算機院系大都設(shè)置了由若干名教師組成的課程委員會,每學(xué)期舉行2次會議討論課程設(shè)置問題。反觀我國的計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè),許多學(xué)校的課程體系一旦制定,通常是3~5年不變,也有不少學(xué)校只在上級部門要求編寫新教學(xué)計劃時,才臨時召集幾名教師討論。如何轉(zhuǎn)變觀念并創(chuàng)建和完善課程體系更新機制,以保證科學(xué)制訂并及時更新計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系,也是我們需要反思并向國外高校學(xué)習(xí)的重點之一。
我國計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教育已經(jīng)歷了60年的發(fā)展。多年來,IEEE/CS和ACM發(fā)布的計算教程(CC系列)對我國計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教育產(chǎn)生的影響極大,如今很多學(xué)校的培養(yǎng)方案仍有其痕跡。2006年,教育部高等學(xué)校計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會編制了《計算機科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)規(guī)范》(簡稱《規(guī)范》),鼓勵各高校在《規(guī)范》的基礎(chǔ)上,根據(jù)各自的實際情況制定人才培養(yǎng)方案。2013年,教育部高等學(xué)校計算機類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會又在教育部的組織下,啟動了制定計算機類專業(yè)教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)的工作,并于2018年正式發(fā)布。
2015年,中國工程教育認(rèn)證協(xié)會制訂了我國專業(yè)認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)(2015版),并對每個試點專業(yè)領(lǐng)域都制定了補充標(biāo)準(zhǔn),其中的計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)補充標(biāo)準(zhǔn)指出,“本認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)適用于計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。課程設(shè)置由各學(xué)校根據(jù)自身的辦學(xué)特色自主設(shè)置,本專業(yè)補充標(biāo)準(zhǔn)只對數(shù)學(xué)與自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)、專業(yè)基礎(chǔ)、專業(yè)課程四類課程的內(nèi)容提出基本要求。各高??稍谠摶疽笾显鲈O(shè)課程內(nèi)容”。
隨著以上專業(yè)規(guī)范、專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)以及“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”通用標(biāo)準(zhǔn)和專業(yè)培養(yǎng)方案的相繼出臺,許多高校陸續(xù)開展了一系列的教學(xué)改革工作,試圖構(gòu)建具有本校特色的計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系,取得了一些成果,也積累了許多經(jīng)驗。其中,既有多位計算機教育專家對課程體系構(gòu)建方法的思考和研究[5-6],也有許多高校的一線教師對本校計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系的一系列關(guān)鍵問題進(jìn)行的總結(jié)和提煉。這些成果的發(fā)表充分顯示了我國大批學(xué)者的不懈努力和取得的成就,但也應(yīng)看到,論文的數(shù)量和質(zhì)量與其他傳統(tǒng)學(xué)科或工程教育的相關(guān)研究成果相比還有不少差距,與計算機產(chǎn)業(yè)的重要地位、發(fā)展速度,以及對計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系改革的迫切需求尚不匹配。
在中國學(xué)術(shù)文獻(xiàn)網(wǎng)絡(luò)出版總庫中,以“課程體系”為主題的文獻(xiàn)超過12萬篇,涉及“工科”或“工程”的文獻(xiàn)有1.4萬篇,其中計算機專業(yè)的相關(guān)文獻(xiàn)只有7千多篇(且有一大半是高職院校的課程體系)。以“計算機專業(yè)課程體系”為主題,共搜索到950篇,其中,2000年之前發(fā)表的文獻(xiàn)只有3篇,2000—2005年60篇,2006—2010年253篇,2011—2015年429篇,2017年之后已有近百篇,文獻(xiàn)逐年上升的趨勢十分明顯。如果再精準(zhǔn)檢索,以“計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系”為主題,則只有不足200篇,且超過半數(shù)為近5年發(fā)表,其中只有一半文獻(xiàn)被引頻次大于等于1。以上數(shù)據(jù)反映了我國計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系相關(guān)研究在數(shù)量上的不足,而這些成果在質(zhì)量方面的評價則不能簡單地一概而論,需要進(jìn)一步的深入分析。
1)課程理論研究和指導(dǎo)不足,研究隊伍尚需整合。
高等工程教育課程理論研究有兩大類:一種是課程基本理論,主要解決課程的方向和設(shè)置問題;另一種是課程編制理論,主要解決課程內(nèi)容的編排和評價問題。較理想的情況是:課程理論研究隊伍由數(shù)量相對合理的課程思想家和課程編制專家共同組成。我國的現(xiàn)狀則是:兩種類型的研究人員的數(shù)量都嚴(yán)重不足,從事第二種類型研究的學(xué)者則更少。盡管有不少專家熱心于課程研究,但大多局限于微觀課程,有關(guān)宏觀課程和課程體系的研究相對薄弱。我國從事計算機課程理論研究與實踐工作的大多是一線教師和教學(xué)管理人員,這一領(lǐng)域的理論研究人員較少,且多年來這兩方面的人員一直缺乏足夠的交流與合作,理論研究與改革實踐的聯(lián)系也不夠緊密。應(yīng)該肯定的是,近年來有不少計算機教育專家在構(gòu)建和改革計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系方面做出了艱苦的努力和卓越的貢獻(xiàn),其中不乏一些專家以宏觀和系統(tǒng)的視角分析和研究,已具備較深的理論深度,但此類研究實屬鳳毛麟角,尚未達(dá)到應(yīng)有的規(guī)模。多年來,教育部高等學(xué)校計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)相關(guān)教學(xué)指導(dǎo)委員會和計算機類專業(yè)認(rèn)證分委員會主持的一系列相關(guān)工作發(fā)揮了重要的指導(dǎo)和示范作用,但還需要廣大一線教師和教育專家密切合作,進(jìn)行更多更深入的跨學(xué)科合作研究。
2)比較研究尚不全面。
我國在計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系改革的比較研究集中于對發(fā)達(dá)國家計算機專業(yè)課程體系的研究,尤其是對美國的關(guān)注和研究。誠然,美國在計算機領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位,有許多值得學(xué)習(xí)和借鑒的經(jīng)驗,但其他國家的經(jīng)驗也值得我們關(guān)注,而這方面的研究極少。在中國學(xué)術(shù)文獻(xiàn)網(wǎng)絡(luò)出版總庫中,以“課程體系”+“計算機”+“美國”為主題的文獻(xiàn)有一百余篇,而有關(guān)印度的只有12篇,且?guī)缀醵际钦撌雎殬I(yè)教育而非本科教育。印度是僅次于美國的全球第二大軟件人才儲備庫,有獨特的金字塔式人才培養(yǎng)模式,其教學(xué)模式和課程體系等方面有許多值得我們借鑒和研究的經(jīng)驗,而目前這方面的研究非常有限。
除了國別研究的不平衡,比較研究的深度也不夠。例如,對于國外計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系的研究往往只注重介紹當(dāng)代和現(xiàn)行的做法,對其歷史及發(fā)展過程中的經(jīng)驗教訓(xùn)和原因缺乏深入的分析和系統(tǒng)的綜合研究,缺乏在結(jié)合我國國情和實踐的基礎(chǔ)上探討如何借鑒及創(chuàng)新的深入研究。
3)研究視角和方法的不足。
我國對于計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系的研究多以實用主義為主,以解釋各種政策文件和介紹國內(nèi)外先進(jìn)的體系模式為主。目前,已有一些嘗試以理論指導(dǎo)實踐的努力,但課程改革的實踐還不夠深入,大多還停留在經(jīng)驗交流層面,側(cè)重于一般的建設(shè)性意見和實際工作總結(jié),缺乏有說服力的實證研究或系統(tǒng)化的理論框架和實施體系的支撐,在相關(guān)理論和實踐方面均有待突破。尤應(yīng)注意的是,還缺乏將實踐上升到理論高度的意識和能力,以致在多年實踐工作中形成的想法難以沉淀、總結(jié)并形成新理論或新方法。
此外,選擇Web of Science數(shù)據(jù)庫,以curriculum system為主題的英文文獻(xiàn)達(dá)4萬余篇,而同時涉及計算機專業(yè)的英文文獻(xiàn)只有3千余篇。從英文文獻(xiàn)的類型來看,會議論文和學(xué)術(shù)論文幾乎平分秋色;從國家/地區(qū)的分布來看,最多的是美國(42%),其次是中國(11%,多為在中國召開的國際會議論文),然后是英國(4.5%)、德國(4.13%)、澳大利亞(3.8%);從發(fā)表時間來看,2006年之后的文獻(xiàn)占比超過60%,也有逐年上升的趨勢;從引文報告的情況來看,2006年是引文數(shù)量逐年增加的分界點,不過文獻(xiàn)的被引頻次總量不高,平均引用次數(shù)2.6,且被引頻次高的多為方法類或單門課程的文獻(xiàn),真正相關(guān)度高的文獻(xiàn)被引頻次很低。總的來說,無論是會議論文還是期刊論文,這些英文文獻(xiàn)的相關(guān)性和被引頻次都明顯不如其他工程教育領(lǐng)域的研究成果。
內(nèi)容分析法是一種獨立、完整的科學(xué)研究方法,具有系統(tǒng)性(對類目的取舍依據(jù)一致標(biāo)準(zhǔn))、客觀性(分析基于明確制定的規(guī)則執(zhí)行)和定量性(運用統(tǒng)計學(xué)方法對類目和分析單元進(jìn)行計量和分析)3個關(guān)鍵特性[7]。筆者以中國學(xué)術(shù)文獻(xiàn)網(wǎng)絡(luò)出版總庫中公開發(fā)表的關(guān)于計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系的學(xué)術(shù)論文為研究對象,運用內(nèi)容分析法,根據(jù)學(xué)術(shù)論文的內(nèi)容確定研究主題并進(jìn)行深度挖掘與分析。
首先確定研究對象:設(shè)定合適的檢索條件進(jìn)行精準(zhǔn)檢索后,通讀所有論文,進(jìn)一步去掉相關(guān)度低的論文,最終選取185篇相關(guān)度較高的學(xué)術(shù)論文進(jìn)行內(nèi)容分析研究。
關(guān)于分析類目,依據(jù)相關(guān)課程理論,并參考《高等學(xué)校計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報告暨專業(yè)規(guī)范(試行)》《中國工程教育認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)》《“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”通用標(biāo)準(zhǔn)》等文獻(xiàn),以及相關(guān)機構(gòu)和學(xué)者的研究成果,經(jīng)過3次測試,確定了4個一級類目(專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系結(jié)構(gòu)、課程體系實施和課程體系評價4個核心要素)和若干個二級類目、三級類目及四級類目。
精讀185篇文獻(xiàn),按照類目分解并統(tǒng)計。由于本研究由作者獨立完成,因此采取重復(fù)編碼的方法檢驗信度。每隔2個月進(jìn)行了3次編碼和分類,達(dá)到了比較高的信度。本研究的分析類目參考了許多規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)威文獻(xiàn),多次咨詢計算機科學(xué)與技術(shù)和高等教育領(lǐng)域的專家,經(jīng)過多次試測修正,并借助計算機輔助工具的協(xié)同研究,可以認(rèn)為總體上有較高的效度,由于有些文獻(xiàn)中的描述較模糊等因素,故難以達(dá)到更高的效度。
在編碼統(tǒng)計的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步對各個分級類目和分析單元進(jìn)行數(shù)據(jù)的解釋與綜合分析,研究數(shù)據(jù)反映出的高校計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系的主要問題和突出問題可概括為如下4個方面。
(1)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)不規(guī)范。突出問題是各校各專業(yè)具有較大的趨同性,缺乏專業(yè)特色,尤其是大部分地方院校只簡單將培養(yǎng)目標(biāo)定義為應(yīng)用型人才,沒有深入研究本校本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)要求的實現(xiàn)途徑,缺乏科學(xué)的設(shè)計和不斷修正的機制。
(2)課程體系的結(jié)構(gòu)趨同且科學(xué)性不足。突出問題是各高校的課程體系結(jié)構(gòu)基本趨同,大多為模塊式結(jié)構(gòu)或“平臺+模塊”結(jié)構(gòu),拼裝多、整合少,課程結(jié)構(gòu)的設(shè)計缺乏科學(xué)性和邏輯性。
(3)課程體系實施方式改革不夠深入。課堂教學(xué)的教學(xué)方式中,研究性學(xué)習(xí)方式還不夠普及;課外學(xué)習(xí)的教學(xué)方式中,雖然大學(xué)生科研和學(xué)科競賽已經(jīng)引起較普遍的重視,但在線學(xué)習(xí)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練等教學(xué)方式仍須大力發(fā)展和深入改革。
(4)課程體系改革缺乏可行的整體解決方案。不少高校雖然意識到了課程體系的問題并努力探索改進(jìn),但切實可行的整體解決方案尚不多見,大多為單純調(diào)整課程比例或改進(jìn)單門課程的教學(xué)模式,沒有上升到系統(tǒng)論和課程論的高度。
在高等教育管理實踐中,專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)又稱為培養(yǎng)規(guī)格,是對學(xué)生畢業(yè)后在知識、能力和素質(zhì)上應(yīng)該具備或達(dá)到程度的綜合描述。
關(guān)于培養(yǎng)類型,工科院校的重要任務(wù)是培養(yǎng)國家和社會需要的各類工程師,各工科院校計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)應(yīng)根據(jù)本校的定位和辦學(xué)優(yōu)勢,結(jié)合本專業(yè)的特點和社會需求,對所培養(yǎng)的工程師類型做明確的定位和清晰的說明。
關(guān)于培養(yǎng)要求,各校在充分滿足專業(yè)規(guī)范基本要求的基礎(chǔ)上,可以根據(jù)自身特點,集合教育專家、產(chǎn)業(yè)界、校友、用人單位等多方力量,設(shè)計符合本專業(yè)需要的知識、能力和素質(zhì)要求。尤其應(yīng)注重目前普遍缺乏或不規(guī)范的方面,應(yīng)加強培養(yǎng)現(xiàn)代工程意識的規(guī)范描述,加強對技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與政策法規(guī)的要求,加強對創(chuàng)新意識和國際交流合作能力的要求。
目前,較常用的課程體系結(jié)構(gòu)模式主要是層次化結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu)。層次化結(jié)構(gòu)以學(xué)科和專業(yè)知識為主線,課程之間的邏輯關(guān)系是學(xué)科知識體系;模塊化結(jié)構(gòu)由若干個完整的課程模塊構(gòu)成,課程之間的邏輯關(guān)系具有多樣性和靈活性,能夠突破學(xué)科專業(yè)領(lǐng)域的界限,但如果過于追求學(xué)生的個性發(fā)展,可能變成各種課程的大拼盤,從而失去課程體系的整體功用。
在構(gòu)建專業(yè)課程體系的過程中,將專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)細(xì)化為知識、能力和素質(zhì),并落實到具體課程的對應(yīng)關(guān)系矩陣,是一種有效的方法,層級式和模塊式都可以用這種方法將所有的要求都落實到課程中去。應(yīng)始終立足本校定位,結(jié)合專業(yè)特點,強調(diào)個性化和多樣化,將專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)中的培養(yǎng)要求細(xì)化為知識、能力和素質(zhì),并落實到課程的映射關(guān)系矩陣。
(1)將課程體系實施要素的設(shè)計納入課程體系構(gòu)建流程,進(jìn)行一體化設(shè)計。采取的教學(xué)實施方式要有利于培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn),有利于創(chuàng)建反映計算機系統(tǒng)(工程)的真實工作過程的環(huán)境。在設(shè)計每個課程模塊和每門課程時,統(tǒng)一考慮課程模塊或課程的目標(biāo)、教學(xué)方式和考核方式。
(2)進(jìn)一步改進(jìn)課堂教學(xué)的教學(xué)方式。除了講授式教學(xué)的實施方式,新型的課堂教學(xué)方式可歸結(jié)為研究性學(xué)習(xí)方式,最常見的有基于問題的探究式學(xué)習(xí)、基于案例的討論式學(xué)習(xí)和基于項目的學(xué)習(xí)等方式。既要借鑒國際優(yōu)秀模式,也要結(jié)合我國具體實際,大力開展研究性學(xué)習(xí)方式的實踐和探索,并努力將原來比較極端的建構(gòu)主義改造為新型建構(gòu)主義,為學(xué)生創(chuàng)造更理想、更恰當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)環(huán)境。
(3)優(yōu)化整合課外學(xué)習(xí)的教學(xué)方式。同課堂教學(xué)方式一樣,課外學(xué)習(xí)的實施方式也要在構(gòu)建課程體系時統(tǒng)一考慮,將各類課堂合理均衡地分布到各個學(xué)期和學(xué)生的認(rèn)知周期,創(chuàng)造條件搭建各類教學(xué)平臺,構(gòu)建適合本校本專業(yè)需求的混合式學(xué)習(xí)模式,整合在線學(xué)習(xí)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育等教學(xué)方式的優(yōu)勢,為課程體系的總體目標(biāo)提供更堅實有效的支撐。
計算機學(xué)科的發(fā)展非常迅猛,我們的課程體系構(gòu)建應(yīng)更加注重多元、注重社會和科技發(fā)展等帶來的影響,以工程教育理論、課程理論以及計算機科學(xué)與技術(shù)方法論等理論為指導(dǎo),以更加開放的心態(tài)和步伐不斷更新。相信隨著我國高校教學(xué)改革的逐步深入,以及“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”“新工科建設(shè)”等重大舉措的實施和推進(jìn),今后會涌現(xiàn)更多更深入的有關(guān)計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系改革的研究成果和實踐應(yīng)用。