工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下的計算機(jī)類課程教學(xué)目標(biāo)與評價重構(gòu)探索

孫 涵，高 航，黃元元，陳 兵，袁偉偉

（南京航空航天大學(xué) 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 211106）

0 引言

中國高等教育正邁入一個新時代。工程教育專業(yè)認(rèn)證、新工科、金課等已得到社會廣泛認(rèn)同，眾多高校已積極探索實踐。復(fù)雜工程問題[1-2]是工程教育專業(yè)認(rèn)證[3]、新工科實踐中的核心問題，也是金課建設(shè)重點關(guān)注的問題。同時，課程是專業(yè)知識學(xué)習(xí)和能力素質(zhì)培養(yǎng)的直接載體，在培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[4-7]。為此，專業(yè)課程的教學(xué)目標(biāo)設(shè)計和學(xué)習(xí)效果評價顯得尤為關(guān)鍵。

2015 年以來，專業(yè)認(rèn)證工作逐漸從“形似”走向“神似”。但在此過程中，還或多或少存在著一些問題。

首先，畢業(yè)要求指標(biāo)點的分解未完全展現(xiàn)專業(yè)建設(shè)理念與專業(yè)發(fā)展內(nèi)涵，未具體闡述對應(yīng)專業(yè)中的復(fù)雜工程問題，未充分描述學(xué)生能力培養(yǎng)與素質(zhì)養(yǎng)成的路徑和方法。

其次，課程的教學(xué)設(shè)計未完全遵循“基于產(chǎn)出”原則，具體表現(xiàn)在課程大綱的設(shè)計中未完全明晰課程教學(xué)目標(biāo)對畢業(yè)要求指標(biāo)的支撐，教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計未完全考慮對非技術(shù)因素的支撐。

再次，系統(tǒng)、多層次、多維度的評估評價與持續(xù)改進(jìn)機(jī)制還未完全確立。畢業(yè)要求與課程的評價存在走向純粹算分誤區(qū)的趨勢，未合理評價課程考核環(huán)節(jié)對課程教學(xué)目標(biāo)、畢業(yè)要求的實質(zhì)支撐程度，針對評估評價結(jié)果有效利用的持續(xù)改進(jìn)機(jī)制還未系統(tǒng)確立。

1 面向復(fù)雜工程問題的畢業(yè)要求指標(biāo)點分解

國家標(biāo)準(zhǔn)中12 項畢業(yè)要求的描述較為通用寬泛，計算機(jī)類專業(yè)需要針對計算機(jī)特定領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題以及專業(yè)的辦學(xué)特色，對畢業(yè)要求進(jìn)行指標(biāo)點分解。

首先，畢業(yè)要求指標(biāo)點分解的目標(biāo)需明確。從12 項畢業(yè)要求總體來看，畢業(yè)要求指標(biāo)點分解應(yīng)更好闡釋各項畢業(yè)要求的內(nèi)涵，清晰描述專業(yè)特色和所針對的復(fù)雜工程問題，明確學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)和能力達(dá)成路徑：一方面，學(xué)生能從畢業(yè)要求指標(biāo)點描述中理解如何從基礎(chǔ)開始，逐步提升達(dá)到最終解決專業(yè)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的能力；另一方面，課程教師也能明確所授課程在整個培養(yǎng)體系中的定位，更有針對性地在知識傳授基礎(chǔ)上實現(xiàn)課程所承載的能力、素養(yǎng)培養(yǎng)。同時，社會公眾也能從畢業(yè)要求指標(biāo)點描述中明晰該專業(yè)的辦學(xué)定位和辦學(xué)特色，對該專業(yè)畢業(yè)生有明確的期許。

其次，畢業(yè)要求指標(biāo)點分解能夠支撐和覆蓋畢業(yè)要求。畢業(yè)要求指標(biāo)點的描述在廣度上應(yīng)能完全覆蓋標(biāo)準(zhǔn)中12 條畢業(yè)要求所涉及的內(nèi)容，描述的學(xué)生能力在程度上應(yīng)不低于12 項標(biāo)準(zhǔn)的基本要求。

再次，畢業(yè)要求指標(biāo)點的描述要具體并且可衡量。可衡量是指畢業(yè)要求指標(biāo)點所描述的能力，可以通過學(xué)生的學(xué)習(xí)成果和表現(xiàn)判定其達(dá)成情況。從可衡量角度來看，畢業(yè)要求指標(biāo)點分解應(yīng)有利于與現(xiàn)行的通識基礎(chǔ)、專業(yè)基礎(chǔ)、專業(yè)課程的分類方式對接，符合由淺入深的教學(xué)規(guī)律，按照能力形成的邏輯進(jìn)行縱向分解。

以南京航空航天大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的畢業(yè)要求指標(biāo)點分解舉例（見表1）。畢業(yè)要求指標(biāo)3 的分解中，既體現(xiàn)了計算機(jī)專業(yè)的知識體系結(jié)構(gòu)（從計算機(jī)硬件、軟件到系統(tǒng)），也給出了設(shè)計/開發(fā)解決方案能力達(dá)成的途徑（從專業(yè)知識的積累到基于特定需求和約束條件的軟硬件系統(tǒng)、模塊或算法流程的設(shè)計與優(yōu)化），同時注重追求創(chuàng)新，考慮相關(guān)的社會、健康、安全、法律、文化及環(huán)境等因素。

表1 南航計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)要求3 指標(biāo)點分解舉例

2 基于學(xué)習(xí)效果期望的課程教學(xué)目標(biāo)重構(gòu)

課程目標(biāo)是指課程本身要實現(xiàn)的具體目標(biāo)，是確定課程內(nèi)容、教學(xué)方法和評價方案等課程實施的基礎(chǔ)。在畢業(yè)要求指標(biāo)點合理分解的基礎(chǔ)上，課程教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計尤為關(guān)鍵。由于畢業(yè)要求指標(biāo)點仍是從專業(yè)整體宏觀視角給出的描述，在課程教學(xué)目標(biāo)設(shè)計時，需結(jié)合具體課程，對畢業(yè)要求指標(biāo)點進(jìn)行具體化闡述。

以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程為例，課程教學(xué)目標(biāo)見表2。針對畢業(yè)要求指標(biāo)點2.4 中的“能夠針對具體的計算機(jī)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的多種可選方案，進(jìn)一步根據(jù)約束條件進(jìn)行優(yōu)化分析，通過文獻(xiàn)研究等方法給出具體指標(biāo)和有效結(jié)論”，在該門課程中具體化為教學(xué)目標(biāo)2“能夠針對具體應(yīng)用問題，在多種可選方案中，根據(jù)問題的約束條件，分析各種方案在數(shù)據(jù)存儲、算法效率上的利弊，選擇恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、存儲表示和與之對應(yīng)的操作方法”。這就對約束條件和優(yōu)化分析進(jìn)行了具體化闡述，學(xué)生可以通過本門課程的訓(xùn)練來理解約束條件的內(nèi)涵，掌握并運(yùn)用與之對應(yīng)的優(yōu)化分析方法。

表2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論課程教學(xué)目標(biāo)舉例

結(jié)合作者在專業(yè)認(rèn)證現(xiàn)場考察經(jīng)歷，闡述課程目標(biāo)設(shè)計中存在的幾個值得注意的問題。

首先，課程目標(biāo)設(shè)計的視角選擇值得關(guān)注。課程目標(biāo)設(shè)計要基于學(xué)習(xí)效果的期望，針對本門課程承擔(dān)的復(fù)雜工程問題相關(guān)的能力訓(xùn)練，側(cè)重于通過該門課程學(xué)習(xí)獲得的知識、能力和素養(yǎng)提升效果。也就是說，針對課程所支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點，考慮如何在本門課程中進(jìn)行具體化闡述。這顯著區(qū)別于傳統(tǒng)的基于知識內(nèi)容列舉式的課程目標(biāo)描述?；趦?nèi)容出發(fā)的課程目標(biāo)描述，與之對應(yīng)的基于知識傳授的傳統(tǒng)教學(xué)方式，對學(xué)生專業(yè)能力和素養(yǎng)發(fā)展難以實現(xiàn)系統(tǒng)化的訓(xùn)練?；趦?nèi)容的課程目標(biāo)描述還存在與畢業(yè)要求指標(biāo)點支撐的多對多現(xiàn)象，每個課程目標(biāo)形式上都支持多個指標(biāo)點，每個指標(biāo)點也由多個課程目標(biāo)支撐，最終課程目標(biāo)都無法有效支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點。

其次，課程目標(biāo)設(shè)計中需更關(guān)注非技術(shù)因素的畢業(yè)要求指標(biāo)點。課程目標(biāo)對工程知識的支撐沒有異議，但對非技術(shù)因素的畢業(yè)要求支撐，存在諸多爭議：一方面，部分專業(yè)教師認(rèn)為課程應(yīng)更多承載知識的傳授，其他因素的考慮會本末倒置；另一方面，專業(yè)教師大多認(rèn)為學(xué)生普遍缺乏專業(yè)論文的寫作訓(xùn)練，畢業(yè)論文文字表達(dá)存在嚴(yán)重問題。其實，對于非技術(shù)因素的畢業(yè)要求支持，不可能僅通過專業(yè)實習(xí)、綜合設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等一蹴而就，需要在各門課程中進(jìn)行不間斷訓(xùn)練，才能最終達(dá)成期望。

再次，注重課程間的課程教學(xué)目標(biāo)對畢業(yè)要求指標(biāo)點的逐層支撐[8]。專業(yè)各門課程不是孤立存在的，可通過課程群來實現(xiàn)解決復(fù)雜工程問題能力的支撐覆蓋。例如，程序設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法分析、軟件工程等組成的軟件課程群，從底層的程序設(shè)計開始，逐步提升學(xué)生的基礎(chǔ)編程能力、多樣的數(shù)據(jù)表示與操作設(shè)計能力、算法設(shè)計與分析能力，進(jìn)而實現(xiàn)系統(tǒng)的軟件設(shè)計與實現(xiàn)能力。

總之，課程教學(xué)目標(biāo)是工程教育專業(yè)認(rèn)證落地的關(guān)鍵，起到承上啟下的關(guān)鍵紐帶作用。課程教學(xué)目標(biāo)既是畢業(yè)要求指標(biāo)點的具體化闡述，也是教學(xué)過程設(shè)計、教學(xué)組織實施、教學(xué)考核評價的依據(jù)。

3 多樣化教學(xué)環(huán)節(jié)實現(xiàn)

首先，課前列出課程相關(guān)的閱讀資料清單，并持續(xù)更新。閱讀資料圍繞課程的授課內(nèi)容，給出經(jīng)典論文、公開課視頻資源、技術(shù)前沿論文、業(yè)界動態(tài)與趨勢等。通過資料閱讀，既讓學(xué)生了解課程內(nèi)容的前世今生，也有助于培養(yǎng)學(xué)生的國際視野和終身學(xué)習(xí)能力。

其次，結(jié)合理論課程設(shè)計相關(guān)的實驗實踐環(huán)節(jié)，注重學(xué)中做和做中學(xué)。通過理論學(xué)習(xí)與實驗實踐的密切配合，不僅學(xué)習(xí)課程知識，更重要的是通過實驗實踐，明晰課程所支撐的專業(yè)思維方式、專業(yè)能力和素養(yǎng)要求。通過設(shè)計型、綜合型實驗，支持教學(xué)目標(biāo)中的問題分析、設(shè)計/開發(fā)解決方案、研究和使用現(xiàn)代工具能力，進(jìn)一步實現(xiàn)解決專業(yè)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的能力培養(yǎng)。

再次，注重團(tuán)隊合作和溝通能力的訓(xùn)練。例如計算機(jī)組成課程，通過分組研討、分組實驗，讓多人一起完成一個較大規(guī)模的CPU 設(shè)計。通過組隊，學(xué)生可合作完成單人短時間無法實現(xiàn)的任務(wù)，對知識的系統(tǒng)全面理解和運(yùn)用會有更多體驗，競爭與協(xié)作意識也能得到提升。在實驗實踐過程中，通過對項目開題論證、研究報告、展示匯報等環(huán)節(jié)設(shè)計，實現(xiàn)學(xué)生在專業(yè)領(lǐng)域中的聽、說、讀、寫等溝通能力訓(xùn)練。

值得注意的是，多樣化教學(xué)環(huán)節(jié)的實施過程需要有力保障：①課程教師團(tuán)隊要有足夠的教學(xué)投入，能夠就教學(xué)目標(biāo)重構(gòu)教學(xué)設(shè)計、豐富教學(xué)環(huán)節(jié)；②要有高水平的助教團(tuán)隊支撐，實現(xiàn)大班講課、小班甚至小組過程化管控；③充分利用智慧教室等教學(xué)條件，改變傳統(tǒng)教學(xué)方式，采用新型教學(xué)方式方法，如MOOC、SPOC 等更好支撐專業(yè)課程教學(xué)。

4 過程化、多維度教學(xué)考核與改進(jìn)

在課程目標(biāo)、課程教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計的基礎(chǔ)上，過程化、多維度的教學(xué)考核是課程目標(biāo)實現(xiàn)的關(guān)鍵[9]。

首先，所有的教學(xué)環(huán)節(jié)都要有公開、明確的考核方法和標(biāo)準(zhǔn)。例如實驗課程的評分，往往根據(jù)學(xué)生的實驗完成情況、實驗報告的長度來主觀給分，優(yōu)良中差缺少一個明晰的標(biāo)準(zhǔn)，造成學(xué)生較為困惑。表3 給出了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗課程教學(xué)大綱中明確的部分教學(xué)目標(biāo)考核方法和標(biāo)準(zhǔn)。表3中各項教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成要求清晰具體，特別是對編程水平和實驗報告寫作要求的同等重視，有利于教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成和實現(xiàn)對畢業(yè)要求的支撐。在團(tuán)隊考核方面，要注意考核的方法選擇，既要考查團(tuán)隊的整體學(xué)習(xí)效果，也要注意考查個體間的差異。

表3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗課程教學(xué)考核舉例

其次，注重教學(xué)考核的過程化和多維度。從教學(xué)實踐經(jīng)驗來看，實驗類課程建議慎用單一大作業(yè)形式，可考慮運(yùn)用由多個實驗構(gòu)成的過程化、層次化、系統(tǒng)化的實驗體系。在層次化的實驗體系中，教師可以對每個實驗環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控和評價，這樣有利于更全面、更細(xì)粒度的評價實驗教學(xué)目標(biāo)及其達(dá)成度。此外，教師也可以通過單獨(dú)改進(jìn)某個實驗環(huán)節(jié)從而穩(wěn)健平順地改進(jìn)整個實驗體系。另外，課程可多維度考核，除了期末考試外，可采用課內(nèi)測試、設(shè)計或大作業(yè)、團(tuán)隊合作、答辯展示等多種形式考核學(xué)生是否到達(dá)教學(xué)目標(biāo)所列能力。

另外，課程考核評價形成各類分析報告，目的不是追求形式化的過程記錄檔案，而是為了發(fā)現(xiàn)課程教學(xué)環(huán)節(jié)對教學(xué)目標(biāo)支撐存在的不足，為后續(xù)教學(xué)改進(jìn)指明具體方向。特別是部分課程的難點問題，一直未取得顯著的改進(jìn)效果，但通過多年的量化分析和數(shù)據(jù)積累，可以避免“想當(dāng)然”和“拍腦袋”的教學(xué)改革，會有助于課程教學(xué)的逐步改進(jìn)。

5 結(jié)語

針對工程教育認(rèn)證背景下復(fù)雜工程問題對計算機(jī)類專業(yè)課程教學(xué)帶來的新挑戰(zhàn)，探索了有效的畢業(yè)要求指標(biāo)點分解原則。從學(xué)生學(xué)習(xí)效果期望角度出發(fā)，結(jié)合課程承載支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點，重構(gòu)面向產(chǎn)出的課程教學(xué)目標(biāo)。為達(dá)成課程教學(xué)目標(biāo)設(shè)計多樣化教學(xué)環(huán)節(jié)，實施過程化、多維度的考核方法，定期檢驗課程教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成情況，形成穩(wěn)定的專業(yè)課程持續(xù)改進(jìn)機(jī)制。