面向?qū)W生能力培養(yǎng)的課程教學(xué)設(shè)計

洪玫 嚴(yán)斌宇 余靜

摘 要：針對軟件工程專業(yè)學(xué)生能力培養(yǎng)的問題，在針對學(xué)生能力培養(yǎng)的調(diào)研基礎(chǔ)上，基于工程教育理念，提出了課程教學(xué)大綱和考試大綱的設(shè)計方法，介紹了以學(xué)生為中心的反饋式、互動式課程教學(xué)方法，以及學(xué)生課外學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計等。最后，以四川大學(xué)軟件工程專業(yè)的課堂教學(xué)改革實踐為例，說明能力培養(yǎng)的可行性和有效性。

關(guān)鍵詞：面向能力培養(yǎng);課程設(shè)計;課程考核;課堂教學(xué);以學(xué)生為中心;軟件工程

一、引言

國家特色化示范性軟件學(xué)院的建設(shè)，對軟件工程專業(yè)提出了新的要求。培養(yǎng)學(xué)生通用的、可遷移的技能，以及面向IT產(chǎn)業(yè)解決實際工程問題能力，成為軟件工程專業(yè)人才培養(yǎng)的重要任務(wù)。傳統(tǒng)的高等教育以“教”為中心，關(guān)注知識的傳授，其優(yōu)點是教師講授最新的信息，對教材進(jìn)行歸納、總結(jié)，提供適當(dāng)?shù)谋尘爸R，聚焦關(guān)鍵的概念和思想，展示專家是如何思考的。但傳統(tǒng)教學(xué)的局限也是明顯的，教師不知道學(xué)生接受了多少，大多數(shù)學(xué)生在上課15分鐘以后就不能專心聽講了，學(xué)生最終獲得和掌握的很少，對學(xué)生能力的提升效果較差。因此，“從知識傳授轉(zhuǎn)向能力培養(yǎng)”勢在必行。

目前現(xiàn)代高等教育改革的主流是面向?qū)W生能力培養(yǎng)。教育部提出了一流課程的建設(shè)，面向價值塑造、知識傳授、能力培養(yǎng)，提升學(xué)術(shù)承載度、學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度，強調(diào)以學(xué)生為中心、面向產(chǎn)出、持續(xù)改進(jìn)的教學(xué)改革。國際工程教育強調(diào)學(xué)生能力的培養(yǎng)，將課程體系建立在對畢業(yè)生的能力要求上，基于能力培養(yǎng)設(shè)計課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方式，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)歷和學(xué)習(xí)成果，建立教育的持續(xù)改進(jìn)機制，關(guān)注對教學(xué)的評估、評價、改進(jìn)。在美國斯坦福大學(xué)的“Stanford 2025”計劃中，提出了軸心翻轉(zhuǎn)（Axis Flip）的概念，即將“先知識后能力”的教育，反轉(zhuǎn)為“先能力后知識”的教育，把能力作為學(xué)生學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。隨著國際教育界對能力培養(yǎng)的關(guān)注，中國高等教育也需要探索解決方案，以適應(yīng)國家對人才的戰(zhàn)略需求。

二、學(xué)生能力培養(yǎng)的內(nèi)涵調(diào)研

在全球21世紀(jì)人才能力需求方面，教育界、行業(yè)界、政府機構(gòu)等公認(rèn)的在職場取得成功所必需的能力是審辯式思維和問題解決、創(chuàng)造性和創(chuàng)新、跨文化的理解、溝通/信息/媒體素養(yǎng)、計算和信息/通信/技術(shù)素養(yǎng)、職業(yè)生涯與學(xué)會自立等。在國際工程教育對學(xué)生的12條畢業(yè)要求中，有8條涉及能力培養(yǎng)，聚焦學(xué)生的三維工程能力培養(yǎng)：硬能力——基礎(chǔ)知識、專業(yè)技

能、設(shè)計和問題求解、項目管理、研發(fā)技能;軟能力——局部知識、溝通能力、管理和組織能力、人際交往能力、道德和同情心、安全和持續(xù)性;全球能力——在考慮全球的政治、社會、跨文化、全球化、經(jīng)濟、勞動力市場等前提下提出工程解決方案的能力[1]。在美國麻省理工學(xué)院（MIT）工程學(xué)院NEET項目中，提出新工科人才能力的要素是創(chuàng)造性思維、系統(tǒng)思維、審辨式思維、分析性思維和計算思維等思維能力。

在解決復(fù)雜工程問題能力需求方面，需要學(xué)生掌握深度知識（In-depth Knowledge），運用第一原理（First Principles），開展初級研究（Research）。學(xué)生深度知識的獲得，是通過除專業(yè)導(dǎo)論課程之外的專業(yè)課程或?qū)W習(xí)活動獲得的;第一原理的運用能力，是基于理論、系統(tǒng)或方法所依據(jù)的基本概念或假設(shè)，從已建立的自然科學(xué)定律出發(fā)，不通過類比或使用任何經(jīng)驗公式、工具，直接解決問題的能力;初級研究能力，是通過實驗、調(diào)查或測試的實施，獲取第一手?jǐn)?shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理、分析的能力[2]。

在軟件工程專業(yè)能力方面，IEEE/ACM的計算課程體系CC2020提出了三大基礎(chǔ)能力：計算機科學(xué)基礎(chǔ)能力，即使用當(dāng)代的工具和框架等進(jìn)行有效編程，應(yīng)用抽象概念、理論和模型，使用數(shù)據(jù)分析和機器學(xué)習(xí)改進(jìn)產(chǎn)品和過程等能力;工程基礎(chǔ)能力，即能夠?qū)⒖蛻粜枨筠D(zhuǎn)化為系統(tǒng)需求，應(yīng)用負(fù)責(zé)任的工程方法進(jìn)行設(shè)計，對大規(guī)模的系統(tǒng)工程能關(guān)注可用性、安全性和隱私等質(zhì)量因素等能力;社會、經(jīng)濟環(huán)境基礎(chǔ)能力，即能夠組織和領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊，在跨學(xué)科環(huán)境工作，處理非結(jié)構(gòu)化問題，承擔(dān)開源生態(tài)系統(tǒng)的角色和具備產(chǎn)品管理等能力。

由此可見，社會、行業(yè)、專業(yè)等對人才能力培養(yǎng)都有明確的需求，不僅是知識的掌握，更需要對社會的關(guān)注、思維和解決問題的綜合能力，這使教育工作者不得不思考：我們能夠培養(yǎng)學(xué)生的這些能力嗎？如何培養(yǎng)這些能力？

三、面向產(chǎn)出的課程設(shè)計

OBE（Outcome-Based Education）是面向產(chǎn)出（能力）培養(yǎng)的現(xiàn)代教育理念，在課程設(shè)計和教學(xué)中關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，教師考慮“學(xué)生應(yīng)該學(xué)什么”“學(xué)生學(xué)習(xí)這些內(nèi)容的動機是什么”“如何幫助學(xué)生學(xué)習(xí)”“如何確定學(xué)生已經(jīng)學(xué)到了”等問題[3]。OBE的教學(xué)設(shè)計過程與傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計過程是相反的，它首先確定希望學(xué)生的產(chǎn)出，然后圍繞這些產(chǎn)出設(shè)計課程、教學(xué)和考核方式，強調(diào)促進(jìn)預(yù)期目標(biāo)的達(dá)成。因此，在課程的教學(xué)設(shè)計中引入OBE思想，重構(gòu)教學(xué)大綱和考試大綱，體現(xiàn)了能力培養(yǎng)的目標(biāo)。

1.課程教學(xué)大綱設(shè)計

第一，參照專業(yè)學(xué)生的畢業(yè)要求，確定課程具體的、可達(dá)到的、可衡量的教學(xué)目標(biāo)，確定需要培養(yǎng)學(xué)生的能力，即學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)后能做什么。第二，參照國際標(biāo)準(zhǔn)以及國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計課程的知識體系，比如，軟件工程專業(yè)可參考軟件工程知識體系（SWEBOKV3.0）、軟件工程專業(yè)本科教學(xué)指南（IEEE SE2014）、計算領(lǐng)域課程指南（IEEE CC2020）等國際標(biāo)準(zhǔn)。第三，教學(xué)內(nèi)容設(shè)計應(yīng)體現(xiàn)面向能力培養(yǎng)的課程教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)，參照Bloom的學(xué)習(xí)分類，從對知識的記憶、理解、應(yīng)用，到對知識的分析、評價、創(chuàng)造，確定教學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)成果。第四，教學(xué)方式設(shè)計應(yīng)包括課堂教學(xué)設(shè)計、學(xué)生課外作業(yè)設(shè)計、實踐教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計等。第五，課程考核方式設(shè)計應(yīng)針對學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，確定考核方式、評價標(biāo)準(zhǔn)、成績計算方法等。表1為軟件工程專業(yè)課程教學(xué)大綱設(shè)計的參考模板。

2.課程考試大綱設(shè)計

課程考試大綱的設(shè)計基于課程教學(xué)大綱，是大綱中“課程考核”的進(jìn)一步實施方案。能力的培養(yǎng)需要過程，學(xué)生通過學(xué)習(xí)活動和經(jīng)歷才能提升能力。因此，實行課程的過程化考核和評價很有必要，應(yīng)關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)成果和評價方式。首先，基于課程目標(biāo)和教學(xué)設(shè)計，確定考核的學(xué)生學(xué)習(xí)成果，學(xué)習(xí)成果的陳述要具體、可評價，定義學(xué)生在課程結(jié)束或項目完成時的能力，如學(xué)生可以使用UML工具對一個定義清晰的系統(tǒng)分析和設(shè)計建模。其次，確定對學(xué)習(xí)成果的考核、評價方式和評價標(biāo)準(zhǔn)，知識類（認(rèn)知的）通過考試評價，技能類（行為的）通過做事情評價，素質(zhì)或能力類（有影響的行為）采用綜合評價。

學(xué)習(xí)成果的考核方式是過程化和多樣化的，包括課程作業(yè)、課程實驗、課程測驗（隨堂、期中、期末）、課堂參與、課堂討論、小組作業(yè)、社會實踐、課程項目（任務(wù)）、課程報告、小論文、課程作品、非標(biāo)考試題等。學(xué)生分階段、漸進(jìn)式完成學(xué)習(xí)任務(wù)?？己艘彩嵌啻?、過程性的，最終給出綜合的評價。

學(xué)習(xí)成果的評價標(biāo)準(zhǔn)是考核的關(guān)鍵，面向?qū)W生能力的考核，往往是通過非標(biāo)試題或任務(wù)完成，沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，這為學(xué)習(xí)成果的評價帶來了挑戰(zhàn)。目前普遍采用的方法是設(shè)計評價量表，包括多個考核指標(biāo)點，每個指標(biāo)點分為多個級別，每個級別有明確的評價標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)評價結(jié)果，按照一定的權(quán)重計算最終的考核成績，表2為課程課堂報告的評價量表設(shè)計樣例[4]。

在課程考核中，成績計算、等級評定和成績總分的計算很重要，直接影響課程考核的公平性。成績等級評定的方法有標(biāo)準(zhǔn)參照法、常模參照法、混合模型法等。最常用的是標(biāo)準(zhǔn)參照法，按照學(xué)生的成績分布評定等級;常模參照法是基于學(xué)生成績排名的評定方式，對學(xué)生成績排序，按照一定的比例評定等級，比如排名前20%的為A，后10%的為F等。成績總分的計算，需要把課程的所有組成部分的成績統(tǒng)一換算成分?jǐn)?shù)，并依據(jù)對課程目標(biāo)達(dá)成的重要性、復(fù)雜度、難度分配各部分的權(quán)重，再計算總成績分?jǐn)?shù)[5]。在課程成績評定中需要體現(xiàn)以學(xué)生為中心，考慮對每一位學(xué)生的進(jìn)步、努力的鼓勵。

在課程設(shè)計中明確教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計教學(xué)過程、方法、工具，從而奠定有質(zhì)量教學(xué)的基礎(chǔ)。在課程考核的設(shè)計中，明確考核的學(xué)習(xí)目標(biāo)，并與學(xué)生達(dá)成一致意見，通過教與學(xué)的配合，實現(xiàn)預(yù)期的學(xué)習(xí)產(chǎn)出。

四、以學(xué)生為中心的課程教學(xué)

面向?qū)W生能力培養(yǎng)的課程需要精心設(shè)計，但最終要落實到課堂教學(xué)中對學(xué)生的訓(xùn)練。以學(xué)生為中心（SCL， Student-Centered Learning）的教學(xué)理念關(guān)注學(xué)生的特點和需求，進(jìn)行個性化、主動學(xué)習(xí)，將更多的學(xué)習(xí)責(zé)任放在學(xué)生身上，讓學(xué)生參與教學(xué)、經(jīng)歷學(xué)習(xí)過程，使知識與學(xué)生的生活和經(jīng)歷關(guān)聯(lián)，從而提升學(xué)生的能力[6]。

1.課堂教學(xué)的基本原則

以學(xué)生為中心教學(xué)有四項基本原則。一是教學(xué)環(huán)境，學(xué)習(xí)的最佳狀態(tài)是在無壓力的環(huán)境下，營造輕松、愉快的學(xué)習(xí)氛圍，體現(xiàn)學(xué)習(xí)過程的創(chuàng)造、活力和流動性，讓學(xué)生有安全感、得到激勵;二是教學(xué)定位，構(gòu)建平等的師生關(guān)系，尊重學(xué)生，激發(fā)學(xué)生的熱情和好奇心，以“非學(xué)術(shù)”的方式交流，讓學(xué)生有自信;三是讓學(xué)生參與，學(xué)生承擔(dān)教學(xué)責(zé)任，在教學(xué)的形式、學(xué)習(xí)成果的評估等方面讓學(xué)生發(fā)表意見，鼓勵學(xué)生在課堂上表達(dá)自己的觀點和立場;四是讓學(xué)生有選擇，因材施教、讓每位學(xué)生成長，允許學(xué)生在課外作業(yè)和任務(wù)、在提交的形式和內(nèi)容、在學(xué)習(xí)策略節(jié)奏和順序等方面，可以根據(jù)自己的情況有所選擇。

2.反饋式課堂教學(xué)設(shè)計

BOPPPS是目前在北美地區(qū)被廣泛采用的一種有效果、有效率、有效益的教學(xué)模式，促進(jìn)學(xué)生積極參與課堂學(xué)習(xí)[7]。通過導(dǎo)入主題、明確學(xué)習(xí)目標(biāo)、課前測試、參與式教學(xué)、課后測試、學(xué)習(xí)總結(jié)的教學(xué)過程實現(xiàn)，如圖1所示。BOPPPS課堂教學(xué)模式依據(jù)建構(gòu)主義和社交法，實現(xiàn)學(xué)生全方位的參與式學(xué)習(xí)和基于學(xué)生的反饋調(diào)整教學(xué)，使學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的吸收率高達(dá)90%以上。

3.互動式課堂教學(xué)設(shè)計

在深度知識學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)、知識的基本應(yīng)用、思維和推理、解決真實問題四個級別中，要求分析、評估具有可預(yù)測結(jié)果的綜合現(xiàn)實問題，運用邏輯、問題解決策略、多個領(lǐng)域的技能得到解決方案;能夠策略性地分析、調(diào)查和反思，以高度復(fù)雜和創(chuàng)造性的思維找到可行的解決方案[8]。由此，提出以下幾種有益于學(xué)生的思維和問題解決能力培養(yǎng)的互動式課堂教學(xué)方法。（1）訓(xùn)練學(xué)生思維能力的課堂討

論，提出探索性、挑戰(zhàn)性的好問題，培養(yǎng)學(xué)生的主動性、靈活性和研究的習(xí)慣;（2）培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力的案例教學(xué)，采用真實的、實例化的、仿真的案例，讓學(xué)生面向問題解決的學(xué)習(xí)（PBL，Problem-Based Learning）;（3）培

養(yǎng)學(xué)生合作、交流能力的小組學(xué)習(xí)，設(shè)計小組學(xué)習(xí)任務(wù)，鼓勵協(xié)同學(xué)習(xí)、同輩互助;（4）線上、線下相結(jié)合的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，在課堂上完成復(fù)雜的任務(wù)，增加師生在知識的理解、應(yīng)用和反思上的互動?；邮浇虒W(xué)變 “講授”為“訓(xùn)練”，加強學(xué)生與教師之間的學(xué)習(xí)交流。

4.學(xué)生課外學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計

能力的培養(yǎng)需要學(xué)生在閱讀、寫作、實踐等方面花時間，課堂教學(xué)是有限的，有必要延伸到課外。將課內(nèi)外教學(xué)相結(jié)合，讓學(xué)生完成具有挑戰(zhàn)性和創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)任務(wù)，鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)，豐富學(xué)生的課外教育經(jīng)歷，使學(xué)生花多于課堂2倍以上的時間學(xué)習(xí)，才能使能力培養(yǎng)從量變到質(zhì)變。在課程的教學(xué)設(shè)計中，有必要增加學(xué)生的課外閱讀量，指定教學(xué)參考書、經(jīng)典著作、講座、技術(shù)報告、科學(xué)文獻(xiàn)等，布置閱讀任務(wù)，要求回答問題、報告、討論、評論等;讓學(xué)生完成更多的寫作任務(wù)，包括讀書筆記、調(diào)研報告、小論文、綜述、課程/實驗報告、技術(shù)文檔等;在布置課外作業(yè)上，強調(diào)對所學(xué)知識的應(yīng)用、分析、評價和創(chuàng)造，提升作業(yè)挑戰(zhàn)度[9]。課外作業(yè)讓學(xué)生的學(xué)習(xí)有成就，這對鼓勵學(xué)生的學(xué)習(xí)很有幫助，也讓學(xué)生提升自我認(rèn)知，增強學(xué)習(xí)的自信。

以學(xué)生為中心的教學(xué)區(qū)別于傳統(tǒng)以教師為中心的教學(xué)，學(xué)生成為教學(xué)的主體，教師成為學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者和幫助者，這要求教師轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念和教學(xué)方法，以學(xué)生的產(chǎn)出為導(dǎo)向，讓學(xué)生在做中學(xué)習(xí)，實現(xiàn)能力培養(yǎng)。

五、四川大學(xué)軟件學(xué)院的課堂教學(xué)改革實踐

四川大學(xué)軟件學(xué)院在面向?qū)W生能力培養(yǎng)的教育教學(xué)改革中，開展了一系列的探索與實踐，積累了豐富的經(jīng)驗。在學(xué)校推動專業(yè)教師的教育、教學(xué)理念更新，從“以教為中心”向“以學(xué)為中心”轉(zhuǎn)變，構(gòu)建“以學(xué)為中心”的智慧教學(xué)環(huán)境的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)教師從“灌輸式教學(xué)”向“探究式教學(xué)”轉(zhuǎn)變，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生審辨式思維和解決問題能力。實踐“小班化”課堂教學(xué)、互動式交流、探究式討論，推行全過程學(xué)業(yè)評價，實現(xiàn)課程考核過程化、評價標(biāo)準(zhǔn)多元化、考核方式多樣化、考核結(jié)果動態(tài)化，綜合評價學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。學(xué)校獲得國家教學(xué)成果特等獎，學(xué)院獲得四川省教學(xué)成果一等獎，軟件工程專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力普遍提升，在學(xué)科競賽、大創(chuàng)項目、科研成果等方面取得優(yōu)秀成績。實踐證明，面向?qū)W生能力培養(yǎng)的教學(xué)是可行的和有效的。

以學(xué)生為中心、面向產(chǎn)出的課堂教學(xué)需要突破傳統(tǒng)的教學(xué)、考核方式，只有當(dāng)教師能明確學(xué)生要達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)才是有效的。一流課程的建設(shè)，需要有一流的教學(xué)理念、方法、工具的支撐，也需要一流的能“學(xué)會學(xué)習(xí)、學(xué)會改變”的教師的精力投入。面向?qū)W生能力培養(yǎng)的課程教學(xué)設(shè)計需要轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念和角色，只有當(dāng)教師成為學(xué)生學(xué)習(xí)經(jīng)歷的設(shè)計者，我們才能更好地實現(xiàn)對學(xué)生的能力培養(yǎng)。

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[責(zé)任編輯：余大品]