新工科背景下融合OBE的教學(xué)改革及其實(shí)踐

程春玲　鄭思露　楊健

摘要：計(jì)算機(jī)專業(yè)的課程改革是高校新工科建設(shè)的內(nèi)容之一。為了培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)，本文結(jié)合OBE（ Outcomes-based Education，成果導(dǎo)向教育）理念，從課程的建設(shè)目標(biāo)、教學(xué)方法和持續(xù)改進(jìn)等方面，探索以項(xiàng)目體驗(yàn)為核心的教學(xué)改革。教學(xué)以項(xiàng)目引導(dǎo)、以體驗(yàn)為核心、融合以學(xué)生為中心的混合式教學(xué)，能夠提高學(xué)生的工程素養(yǎng)和思辨創(chuàng)新能力。經(jīng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等課程一輪教學(xué)的實(shí)踐，取得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：新工科;教學(xué)改革;OBE;數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2020）08-118-03

0 引言

信息技術(shù)發(fā)展迅猛，催生了新科技、新經(jīng)濟(jì)、新業(yè)態(tài)。為主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，推動(dòng)高等教育改革，教育部提出了“新工科”建設(shè)計(jì)劃[1]。計(jì)算機(jī)類專業(yè)與國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)緊密相關(guān)，人才需求旺盛，專業(yè)改革和建設(shè)勢(shì)在必行[2]。其中，專業(yè)課程改革是一項(xiàng)重要內(nèi)容。本文借鑒國內(nèi)外一流工程教育高校的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，在計(jì)算機(jī)核心課程教學(xué)中探索適合“新工科”建設(shè)的教學(xué)方法：立足“工科”的本質(zhì)，結(jié)合OBE（ Outcomes-based

Education）理念，圍繞新工科學(xué)生的核心素養(yǎng)，探索了以學(xué)生為中心、工程體驗(yàn)引導(dǎo)的混合式教學(xué)方法，并在專業(yè)基礎(chǔ)課“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)”、“Java程序設(shè)計(jì)語言”等課程中進(jìn)行實(shí)踐，經(jīng)過一年的嘗試取得了較好的成效。

1 相關(guān)工作

“新工科”是一種新的工科形態(tài)，強(qiáng)調(diào)工程教育的新理念、學(xué)科專業(yè)的新結(jié)構(gòu)、人才培養(yǎng)的新模式、教育教學(xué)的新質(zhì)量、分類發(fā)展的新體系[3]。我國自2017年年初提出“新工科”建設(shè)[3]，已形成復(fù)旦共識(shí)、天大行動(dòng)和北京指南，從專業(yè)建設(shè)、能力培養(yǎng)、教學(xué)方式、課程體系等多方面展開探索。例如，清華大學(xué)教育研究院對(duì)課程體系和課程建設(shè)進(jìn)行了探討Ⅲ;北京信息科技大學(xué)提出基于解決復(fù)雜工程問題能力的”多層次”實(shí)踐教育體系[5];一些高校采用了CDIO（構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、操作）[6]、混合式教學(xué)等新模式[7]。

國外也在積極推動(dòng)工程教育改革創(chuàng)新。麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)和劍橋大學(xué)等在工程教育上強(qiáng)調(diào)扎實(shí)的工程基礎(chǔ)知識(shí)、重視通過多種形式的實(shí)踐強(qiáng)化培養(yǎng)分析和解決問題的能力，以學(xué)生為中心實(shí)施教學(xué)和工程實(shí)踐、與社會(huì)和行業(yè)建立長期合作關(guān)系[8]。倫敦大學(xué)學(xué)院通過多學(xué)科融合的、投入真實(shí)工程項(xiàng)目的沉浸式學(xué)習(xí)來強(qiáng)化知識(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用，發(fā)展學(xué)生的專業(yè)技能[8]。一些新興院校的工程教育也頗具特色，如新加坡科技設(shè)計(jì)大學(xué)以基于設(shè)計(jì)的主動(dòng)學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的探索和持續(xù)學(xué)習(xí)，并提供廣泛的工程教育機(jī)會(huì)[8];荷蘭的代爾夫特理工大學(xué)強(qiáng)調(diào)扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)、以設(shè)計(jì)為中心的情境化學(xué)習(xí)和混合在線學(xué)習(xí)方法[8]。

2 新工科結(jié)合OBE的教學(xué)改革探索

OBE堅(jiān)持成果導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、持續(xù)改進(jìn)的工程教育理念，對(duì)工科專業(yè)學(xué)生提出了12項(xiàng)畢業(yè)能力要求，為新工科的落實(shí)提供了參考。將OBE與“新工科”有機(jī)結(jié)合，利于更好地實(shí)施新工科建設(shè)。我們?cè)凇皵?shù)據(jù)庫系統(tǒng)”等課程教學(xué)中，通過分析OBE的7個(gè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)從課程的建設(shè)目標(biāo)、教學(xué)方式和持續(xù)改進(jìn)展開教學(xué)改革實(shí)踐。

2.1 按需設(shè)定教學(xué)目標(biāo)

我們通過調(diào)研多個(gè)行業(yè)企業(yè)的人才需求，調(diào)研BOSS直聘、前程無憂等大型招聘網(wǎng)站，結(jié)合學(xué)生的就業(yè)、考研、讀博、出國深造等不同的個(gè)人發(fā)展方向，綜合OBE提出的能力要求指標(biāo)，分析新工科人才需要具備的素養(yǎng)和能力，并根據(jù)課程的特點(diǎn)，確定課程的建設(shè)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是一門理論性與實(shí)踐性并重的課程，在教學(xué)中需兼顧建立扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)和切實(shí)的工程實(shí)踐體驗(yàn)。我們從認(rèn)知能力、創(chuàng)新能力、自我與人際能力三個(gè)維度確定培養(yǎng)目標(biāo)，具體包括掌握基礎(chǔ)知識(shí)，應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)工具，知識(shí)融合和運(yùn)用解決復(fù)雜工程問題的能力，批判性思維和創(chuàng)新能力，自我管理能力、協(xié)作能力和終身學(xué)習(xí)能力。

2.2 以項(xiàng)目為核心的體驗(yàn)式教學(xué)

教學(xué)以貫穿課程始終的開放式項(xiàng)目和工程問題為核心，營造工作環(huán)境，學(xué)生在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題。課程開始就開展“身邊的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫”的討論，引導(dǎo)學(xué)生從身邊的生活中去發(fā)現(xiàn)和理解數(shù)據(jù)庫中的概念，體會(huì)數(shù)據(jù)庫的各種應(yīng)用;在討論中自由建立小組，確定項(xiàng)目主題。隨著教學(xué)內(nèi)容的推進(jìn)，逐步完成相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)所涉及的項(xiàng)目任務(wù)，包括：用數(shù)據(jù)模型描述項(xiàng)目數(shù)據(jù)需求，用SQL創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫并實(shí)施數(shù)據(jù)操作;分析所建數(shù)據(jù)庫存在的問題，用規(guī)范化理論優(yōu)化數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，體會(huì)不同方案的優(yōu)劣，感受性能的折中;討論項(xiàng)目規(guī)模，運(yùn)行場(chǎng)景、估算數(shù)據(jù)量、并發(fā)度、系統(tǒng)安全性，以及可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的策略;開發(fā)應(yīng)用最終實(shí)現(xiàn)一個(gè)原型系統(tǒng)，體會(huì)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)及其應(yīng)用開發(fā)的全過程。

項(xiàng)目主題的設(shè)計(jì)、結(jié)果和整個(gè)過程都是開放的，不限定內(nèi)容、目標(biāo)、規(guī)模和約束。一年的教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生較之前學(xué)習(xí)更主動(dòng)、實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目選題多樣、數(shù)據(jù)豐富、規(guī)模不一。以項(xiàng)目為核心不僅綜合了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)課程的全部知識(shí)點(diǎn)，還整合了軟件工程、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言、項(xiàng)目管理、軟件測(cè)試等多門課程的知識(shí)。同時(shí)，圍繞項(xiàng)目以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式促進(jìn)了自主學(xué)習(xí)和反思;以體驗(yàn)為核心的方式潛移默化地培養(yǎng)了學(xué)生整合知識(shí)和運(yùn)用知識(shí)以解決工程問題的能力，培養(yǎng)了計(jì)算思維能力。

2.3 以個(gè)性化主導(dǎo)的合作學(xué)習(xí)

思辨創(chuàng)新能力和自我管理與協(xié)助是工程教育的一項(xiàng)重要內(nèi)容。教學(xué)過程大量采用群組教學(xué)，充分支持學(xué)生的個(gè)性，鼓勵(lì)使用新技術(shù)新方法。每個(gè)教學(xué)活動(dòng)都充分發(fā)揮學(xué)生的自主能動(dòng)性，由同學(xué)自主分工、充分嘗試、自由表達(dá);整個(gè)過程既協(xié)作又評(píng)議，學(xué)生從中體驗(yàn)和收獲了與不同觀點(diǎn)不同方式的人們共同工作的經(jīng)驗(yàn)。

一輪的群組教學(xué)實(shí)踐中，不同觀點(diǎn)的碰撞培養(yǎng)了學(xué)生分析問題、判斷決策的能力和批判性思維。學(xué)生之間的協(xié)作、分歧、思辨、評(píng)議和反思貫穿始終，保護(hù)了個(gè)性的發(fā)展，也激發(fā)了主動(dòng)思維和創(chuàng)造力。