基于成果導向理念的計算機新工科人才培養(yǎng)

王 毅，黃建忠，張滬寅

（武漢大學 計算機學院，湖北 武漢 430072）

0 引言

自我國2016 年正式加入國際本科工程學位互認協(xié)議《華盛頓協(xié)議》后，如何順應宏觀的國家戰(zhàn)略和社會進步需求，適應微觀的行業(yè)發(fā)展和用人單位需要，培養(yǎng)具備跨專業(yè)、跨學科能力的創(chuàng)新型、復合型人才逐漸成為眾多高校的研究方向，并總結(jié)了許多有效的教學理念和實驗、實踐教學方法[1-9]，而計算機學科作為“老的新工科，新的老工科”，其人才培養(yǎng)方法具有典型性和代表性，因此探討滿足計算機類新工科人才培養(yǎng)需求的教學理念非常重要。

傳統(tǒng)教育是進程導向的，學生根據(jù)學校規(guī)劃的人才培養(yǎng)方案進行固定學時的課程內(nèi)容學習；教學策略以解決具體學科的具體問題為主，注重固定內(nèi)容的考試評分；教學模式強調(diào)教師為核心，以教師課堂教授內(nèi)容為主要授課形式，更側(cè)重于傳授給學生線性的、能形成邏輯知識點鏈條的知識體系。有鑒于此，必須采用有別于傳統(tǒng)的新的教育理念，引導新的教學模式、思路或方法來滿足創(chuàng)新型、復合型人才培養(yǎng)的需求。

1 成果導向教育理念符合新工科人才培養(yǎng)的實際需要

成果導向教育（OBE）是由美國首先提出來的，美國工程教育認證協(xié)會全面接受了OBE的理念，并將其貫穿于工程教育認證標準的始終[10-11]。相對于傳統(tǒng)教育，成果導向教育具有根據(jù)最終成果反向設(shè)計教學內(nèi)容的特性，即以學生獲得的最終能力為中心，反向推導制訂所需的教學策略、教學方案、教學內(nèi)容和教學模式。其內(nèi)核理念，即教育目標分類理論、精熟教學理論、標準參照評價、能力本位教育等多個方面[11-13]，符合新工科人才培養(yǎng)特性。

1.1 OBE 教育目標分類內(nèi)涵契合新工科人才培養(yǎng)目標

布盧姆的目標分類理論將教育目標分為認知、情感和動作技能3 個領(lǐng)域，并從實現(xiàn)各領(lǐng)域的最終目標出發(fā)，確定了一個細化目標的程序，在認知領(lǐng)域，教育目標分類理論將目標劃分為由低到高的知識、領(lǐng)會、運用、分析、綜合、評價共6 類。在情感領(lǐng)域，教育目標分類理論將目標劃分為接受、反應、價值化、組織、價值體系個性化共5 級[14]。

1.2 OBE 精熟教學方法符合新工科人才培養(yǎng)模式

精熟教學強調(diào)以學生為中心，彈性安排教學時間、方式與內(nèi)容，以所有學生對知識的全面掌握為核心標準，契合了以學生能力培養(yǎng)為中心的新工科人才培養(yǎng)模式。

1.3 OBE 標準參照評價提高新工科人才培養(yǎng)效能

標準參照評價，是基于某種特定的標準，評價學生對與教學等密切關(guān)聯(lián)的具體知識和技能的掌握程度，其對學生學習成就的解釋采用的是絕對標準，即學生是否達到了教學目標所規(guī)定的學習標準以及達到的程度，而不是比較學生個人之間的差異[15]。新工科要求培養(yǎng)人才的創(chuàng)新意識和持續(xù)學習能力，如果以傳統(tǒng)教學的常模參照評價，則難以提供相應教學輔助，導致無法滿足新工科的個性化人才培養(yǎng)需求。以具體成果為標準參照評價，則可以提供一個穩(wěn)定可觀測的事件或數(shù)值作為每個學生學習結(jié)果的評測標準。

1.4 OBE 能力本位教育提升新工科人才培養(yǎng)質(zhì)量

能力本位教育強調(diào)提升學生的綜合職業(yè)能力，即學生在產(chǎn)業(yè)界入職工作后表現(xiàn)出來的知識能力、自學能力等多方面能力，貼合了新工科人才培養(yǎng)的具體需求，其實踐方式必然給學生帶來創(chuàng)新意識的增強和持續(xù)學習能力的提高，最終提升新工科人才培養(yǎng)質(zhì)量。

2 通過以賽促學的教學模式，踐行成果導向教學理念，滿足新工科人才培養(yǎng)需求

2.1 以賽促學符合新工科人才培養(yǎng)需要

以賽促學為本科教學提供了客觀評估數(shù)據(jù)，推動了教學改革，保證了課程符合“金課”標準。通過引入學科競賽作為外部的第三方考評標準，解決了人才培養(yǎng)成效評定的專業(yè)性、客觀性的問題。國家級學科競賽的組織專業(yè)性和客觀性被廣泛認可。競賽結(jié)果可作為人才培養(yǎng)成果的外在可觀測結(jié)果，使教學效果有了直接觀測的可能，解決了教學成果的統(tǒng)一性評價難題，也為持續(xù)改進教學內(nèi)容和方法提供了可參照的數(shù)據(jù)結(jié)果。同時因為學科競賽天然的高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)性等特點，也使得相應培訓課程滿足教育部提出的“兩性一度”的金課標準。

以賽促學為課程提供了新的實踐案例制作思路。學科競賽獲獎案例、企業(yè)賽命題案例等均可逆向轉(zhuǎn)化為課程教學案例資源，降低了成果導向教學理念的實踐難度，也助推了本科人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高。

2.2 以賽促學實踐教學模式以學生能力提高為最終成果

以賽促學實踐模式以學生的創(chuàng)新意識與持續(xù)學習能力為最終結(jié)果。因此必須綜合考量現(xiàn)有的師資力量、實驗教學資源等情況，通過設(shè)計符合學校特性的課程模式，完成教學內(nèi)容和教學方案的反向設(shè)計。教學策略以多專業(yè)、學科的教師團隊指導學生競賽項目為主，注重師生合作以形成教學合力，其教學模式以學生為中心，側(cè)重于引導學生通過案例實踐掌握理論的應用方式，并通過思維訓練形成學生個性化的創(chuàng)意靈感，最終將之靈活運用于學生創(chuàng)意項目中。

3 以賽促學教學模式的特色、優(yōu)點及實踐過程中的注意事項

成果導向教育理念的實踐有5 個步驟，分別是確定學習成果、構(gòu)建課程體系、確定教學策略、自我參照評價、逐級達到頂峰[11]。武漢大學計算機學院以學生的創(chuàng)新意識培養(yǎng)和持續(xù)學習能力提高為最終結(jié)果，以提升新工科人才培養(yǎng)質(zhì)量為設(shè)計思路，反向設(shè)計了以“思維訓練+案例實驗實踐+創(chuàng)意項目文本撰寫與實現(xiàn)”為核心教學內(nèi)容的教學模式。

3.1 構(gòu)建核心教學內(nèi)容，提升人才培養(yǎng)的針對性

思維訓練，以案例解析的形式講解物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新工科技術(shù)運用方式，擴展學生視野，讓學生建立基礎(chǔ)的計算機類技術(shù)概念，培養(yǎng)學生的計算機思維能力。

案例實驗實踐，分為基礎(chǔ)案例實踐、綜合案例設(shè)計與實現(xiàn)兩部分?；A(chǔ)案例部分以多類型硬件設(shè)備實踐為主，讓學生熟悉工業(yè)傳感器、MCU和多類型無線通信模塊的實操技能，綜合案例設(shè)計與實現(xiàn)以學科競賽獲獎案例的復現(xiàn)為主，目前提供中國大學生計算機設(shè)計大賽的學生獲獎案例轉(zhuǎn)化的實踐教學資源，如基于arduino 的智能操控系統(tǒng)設(shè)計、基于樹莓派的智能小車系統(tǒng)設(shè)計等。

創(chuàng)意項目文本撰寫和實現(xiàn)，通過課堂討論、課下交流等多種形式，引導學生形成項目團隊和創(chuàng)意構(gòu)建，教師根據(jù)團隊人員組成、項目可行性等具體情況進行對應指導，并根據(jù)教學進程、競賽安排等情況要求學生團隊運用之前所學知識和技能，完善項目內(nèi)容。

3.2 以“案例”為靈魂，提升教學模式的普適性

以“案例”為靈魂的課程設(shè)計方式，實際上是以“案例”為橋梁，將各專業(yè)、學科的理論授課與實踐教學相連通，因此可以在不破壞既有人才培養(yǎng)方案的情況下，最大限度地拓展與豐富教學內(nèi)容，保證以賽促學教學模式下的教學內(nèi)容與學生能力培養(yǎng)間的普適性。

在思維訓練階段，將專業(yè)性競賽案例轉(zhuǎn)化為通識性教學知識點，引導學生理解物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新工科技術(shù)的實現(xiàn)原理和具體應用方式，在解構(gòu)具體案例的過程中梳理案例的技術(shù)路徑，降低了學生掌握相關(guān)技術(shù)的門檻，提高了以賽促學教學模式的人才培養(yǎng)兼容性。

在案例實驗實踐階段，以學科競賽案例設(shè)計性復現(xiàn)為重點，有效串聯(lián)前期基礎(chǔ)案例實踐內(nèi)容，強化了“學”與“用”之間的聯(lián)系，提高了以賽促學教學模式面向各專業(yè)、學科學生的教學實用性。

在創(chuàng)意項目文本撰寫和實現(xiàn)階段，圍繞“創(chuàng)意”實現(xiàn)這個核心目標，學生以組隊形式和教師團隊形成互動，系統(tǒng)性地運用前期所學知識與技能，提升了學生的獲得性成就感，增強了學習動力，提高了以賽促學教學模式面對多專業(yè)、學科學生的適應性。

3.3 彈性授課與逐級考核，滿足不同需求學生的學習需要

鑒于教學資源、學生興趣方向、學校教學規(guī)定、學科競賽時間點等方面的限制，武漢大學計算機學院在以賽促學教學模式實踐過程中，并未強制所有學生必須在課程結(jié)束后參與某項國家級學科競賽，而是采用了“計劃內(nèi)授課+課下開放”的彈性教學模式，通過設(shè)定逐級考核目標的方式，滿足了不同需求學生的學習需求。

3.3.1 計劃內(nèi)授課面向競賽興趣更強的學生

針對競賽興趣與意愿較強的學生，安排了3門各32 學時的通識課（主要面向非計算機學院學生）和1 門32 學時的專業(yè)選修課（主要面向計算機學院學生）供學生選課。課程安排為思維訓練部分4 學時，案例實驗實踐12 學時，創(chuàng)意項目文本撰寫和實現(xiàn)16 學時。為了提升教學效果，課程設(shè)置了逐級考核，要求參與課程的學生必須完成案例實操、創(chuàng)意文本撰寫、項目模擬答辯等環(huán)節(jié)的內(nèi)容，以達到個性化培養(yǎng)和全面教學兼顧的目的。

3.3.2 課外開放提供彈性教學內(nèi)容

由于部分國家級計算機類學科競賽的組織時間并不完全契合教學時間，導致部分學生參加今年的課程后需要明年才能參加比賽，而課程分數(shù)評定無法延期一年，并且計劃內(nèi)授課的彈性不足，因此設(shè)計了開放教學環(huán)節(jié)作為計劃內(nèi)授課的教學補充和擴展。

一是面向選課學生進行課程對應的課下開放。通過教師集中講授的形式，在固定地點（一般為實驗室）、固定時間段（第三學期）集中式開放，進行固定內(nèi)容（各類學科競賽宣講、某類具體技術(shù)的案例講解與實操等）的教習。

二是面向非特定學生進行形式較自由的計劃外開放。在固定地點、非固定時間段（一般是每周周末）進行的具體技術(shù)實訓指導，如arduino小車拼裝與控制等。

三是面向有一定基礎(chǔ)的學生進行固定題目的計劃外開放，如針對計算機學院卓越工程師班的學生，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布具體項目（如基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的白血病檢測結(jié)果篩查等）征召隊員，利用學生空閑時間靈活安排開放時段，完成項目內(nèi)容。

3.4 以賽促學模式的教學結(jié)果可觀測，有包容性

3.4.1 學生角度

參賽學生以競賽結(jié)果和課堂逐級考核成績?yōu)樽罱K課程成績，除正?？凕c的獲得外，還可根據(jù)武漢大學本科生院競賽獎勵規(guī)定，依照競賽獲獎級別和名次，獲得對應的創(chuàng)新學分、獎學金等獎勵。

未參賽學生將以課堂逐級考核成績?yōu)樽罱K課程成績，并且其文本資料必須仿照某類國家級學科競賽進行充分準備，以便納入成績評定標準范圍。

圖1 引導學生完成個人能力臺階提升

3.4.2 教師角度

可以通過競賽獲獎數(shù)量對教學效果進行間接觀測對比，從而不斷優(yōu)化教學內(nèi)容和教學方式，提升教學質(zhì)量。

3.4.3 教學管理部門角度

教學結(jié)果便于進行成果管理，落實相應的支持政策。目前武漢大學本科生院通過開設(shè)第三學期通識課、競賽項目申報審批、年終競賽獲獎績效獎勵、工作量等效核算等方式支持以賽促學教學模式的推廣，也取得了較好的成果，在2014—2018 年全國普通高校學科競賽評估中，武漢大學以各類競賽獲獎429 項，總分98.33 位列全國第三。

3.4.4 社會認可角度

在GPA 績點外提供了另一個學生學習情況的評判依據(jù)，尤其企業(yè)深度參與的學科競賽（如中國大學生服務(wù)外包創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等），學生團隊的能力會通過競賽評定獲得企業(yè)認可。

3.5 案例”建設(shè)的一些注意事項

3.5.1 “案例”來源

以賽促學教學模式所選取的案例主要來自3個方面，一是學生的競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目內(nèi)容的轉(zhuǎn)換，二是教師的科研、教改等項目成果轉(zhuǎn)化，三是與企業(yè)供應商的合作開發(fā)，如教育部的“產(chǎn)學合作協(xié)同育人”項目等。

3.5.2 案例建設(shè)應避免碎片化

以案例為主的實踐教學極易導致教學內(nèi)容碎片化，因此必須以創(chuàng)新意識培養(yǎng)為線索，讓學生以應用角度將案例內(nèi)容與所學課程知識點進行串聯(lián)，引導學生自學修補知識點間的“間斷點”，完成個人能力臺階的逐步升級。學生通過自學完成個人能力臺階提升，見圖1。

3.6 教學團隊、成果轉(zhuǎn)化方面的一些措施和經(jīng)驗

3.6.1 教學團隊建設(shè)

（1）教學團隊應注重實踐經(jīng)驗，最好有實驗技術(shù)人員參與，便于日常管理、指導、案例轉(zhuǎn)化、案例維護、安全管控等。

（2）教學團隊應鼓勵學生參與，通過納入不同專業(yè)的本科、碩研學生，提升計劃外開放的頻次，提高指導效率，減輕教師壓力。

3.6.2 從學生和教師兩方面入手，注重教學成果的轉(zhuǎn)化

（1）鼓勵學生申請專利、創(chuàng)建創(chuàng)業(yè)團隊等。目前已促成3 項學生競賽案例內(nèi)容轉(zhuǎn)化為相關(guān)專利。

（2）鼓勵教師撰寫教學案例參賽、教學論文投稿、實驗指導書發(fā)行等。目前已組織教師發(fā)表十多篇教學論文，2 次獲得CPEC 全國普通高校實驗教學案例二等獎。

（3）基于以賽促學教學模式的實驗教學改革成果《構(gòu)建計算機類本科實踐教學體系，引領(lǐng)“以賽促學”創(chuàng)新型人才培養(yǎng)》，獲得第八屆湖北省高等學校教學成果獎一等獎。

4 結(jié)語

本科教育是高等學校長遠發(fā)展中最基礎(chǔ)、最重要的工作之一[16]，而新工科作為“中國制造2025”等國家戰(zhàn)略的人才培養(yǎng)核心推動力，是工程人才培養(yǎng)必須滿足的核心需求，因此探討如何在本科階段培養(yǎng)具有跨專業(yè)、跨學科能力的創(chuàng)新型、復合型人才是十分必要的。武漢大學計算機學院秉持成果導向教育理念，抓住計算機學科人才培養(yǎng)的特性，依照新工科人才培養(yǎng)的實際需求，反向設(shè)計教學模式，通過以賽促學教學模式有效推進了計算機類本科人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高。