聚焦基本定位　系統設計和實施學生能力的培養

蔣宗禮　姜守旭

摘 要：提高本科工程教育的質量和水平，必須深入理解標準畢業要求的內涵，瞄準培養學生解決復雜工程問題能力的基本定位，更新觀念，系統化地設計和實施教學活動，從知識輸入導向轉向能力產出導向，保障覆蓋標準畢業要求（框架）的專業畢業要求的有效達成。

關鍵詞：本科;工程教育;復雜工程;能力培養

中國《工程教育認證標準》（2015）通用標準部分給出了國際等效的工程教育標準，其中有12項畢業要求（框架），本文稱之為“標準畢業要求”。標準畢業要求包含了5條技術要求和7條非技術要求，而“復雜工程問題”在其中8條共出現了9次，凸顯了本科工程教育聚焦培養學生“解決復雜工程問題”能力的基本定位，而且在該標準的說明部分，具體定義了“復雜工程問題”，給出了它的7項特征。“標準畢業要求”和“復雜工程問題”具體明確了我們習慣的“掌握、理解、了解”的具體程度。描述角度的變化，給大家的理解帶來了一定的困難，《中國大學教學》2016年11月刊發了《本科工科教育：聚焦解決復雜工程問題能力的培養》[1]，

文章討論了有關問題，并明確提出了“‘培養學生解決復雜工程問題的能力不同于‘復雜工程問題”，要“將學生解決復雜工程問題能力的培養分解落實到各個教學環節中”的基本觀點。基于這一基本觀點，教育部高等學校計算機類專業教學指導委員會聯合全國高等學校計算機教育研究會在2017年4月立項進行關于開展“培養計算機類專業學生解決復雜工程問題能力”的研究（教研函〔2017〕1號），組織了來自10所高校的專家進一步探討如何具體實現“將學生解決復雜工程問題能力的培養分解落實到各個教學環節中”。經過一年多的努力，完成了初步的研究，出版了《培養計算機類專業學生解決復雜工程問題的能力》，旨在為深入理解“復雜工程問題”和“培養學生解決復雜工程問題的能力”，探索如何將其分解落實到具體的教學活動中提供參考。

一、基本形勢與要求

習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調：“我們對高等教育的需要比以往任何時候都更加迫切，對科學知識和卓越人才的渴求比以往任何時候都更加強烈。”隨著我國現代化強國的建設進展，國家對高等教育，特別是對最基礎的本科教育提出了新的要求。我們必須清晰地認識到，在我國高等教育將由大眾化階段步入普及化階段，外延發展已經到了相當程度的時候，必須轉換思路，強化內涵建設的必要性和緊迫性，以提升質量和水平為抓手，保證高等教育能夠跟上國家發展的步伐。為了提升本科工程教育質量和水平，首先必須強化對本科教育基本定位的追求，這就是“解決復雜工程問題”，準確實現社會分工下的本科層次的工程型人才培養，解決好外延為主的發展時期未能及時解決的問題，補齊存在的短板。

另外，教育部為了適應國家戰略發展的需要，加速工科人才培養改革，迅速部署并大力推進“新工科”建設。自2017年起，探討了新工科的內涵特征、新工科建設與發展的路徑選擇，形成了“復旦共識”;明確了“新工科”建設行動路線（“天大行動”）;并正式發布《新工科研究與實踐項目指南》（“北京指南”），規劃出新工科研究與實踐項目有新理念、新結構、新模式、新質量、新體系5個部分共24個選題方向，引導開展新工科研究與實踐。所有這些表明，大力推進高等教育的改革，應對新一輪科技革命和產業變革的挑戰，主動服務國家創新驅動發展和“一帶一路”“中國制造2025”“互聯網+”等重大戰略實施，加快工程教育改革創新，培養造就一大批多樣化、創新型卓越工程科技人才，確定了當前工程教育改革的方向[2]。所有這些緊鑼密鼓的行動，均在于迅速提高人才培養的質量和水平，為國家的持續發展提供良好的人才支撐。

我國2006年開始的工程教育認證工作以工程教育國際接軌為突破口，通過強化內涵發展提高質量和水平。工程教育認證在我國高等教育改革中確實發揮了重要的引領和示范作用，特別是在促進教育理念的更新、標準意識的建立、質量意識的強化上發揮了重大作用。作者從2006年我國工程教育認證工作開始就參加這項工作，包括從標準的制訂到具體進行認證工作的現場考查和結論審議，甚至帶隊進行現場考查時接受華盛頓協議專家組的審查對此有著深刻的體會。2016年6月2日，我國正式加入《華盛頓協議》，實現了重大突破，教育部2018年6月12日以《我國近千專業進入全球工程教育“第一方陣”》為題轉發了評估中心和認證協會的通告，明確指出：“通過專業認證，標志著這些專業的質量實現了國際實質等效，進入全球工程教育的‘第一方陣。”教育部高教司更在其2018年工作要點中指出，要發揮加入《華盛頓協議》后通過工程教育專業認證專業的領跑示范作用。《華盛頓協議》明確將本科工程教育定位于培養學生“解決復雜工程問題”的能力，正確理解和瞄準這一基本定位開展本科工程教育，是推進我國包括計算機類專業人才培養在內的高等工程教育改革發展、達成國際接軌、提高本科工程教育質量與水平急需解決的問題。

二、理解畢業要求框架的內涵，通過合理分解，為具體落實提供基礎

“本科工程教育，聚焦解決復雜工程問題能力的培養”主要體現在《工程教育認證標準》中。與我們傳統的按照“掌握”“理解”“了解”等形式的刻畫不同，在這里，強調的是學生的學習能夠使其在解決復雜工程問題上發揮作用，也就是“能夠”“用于”“分析”和“解決”復雜工程問題。按照培養方案的系統化設計和實施的基本要求，作為一個重要環節（甚至是必不可少的），必須對畢業要求進行分解，得到完整體現畢業要求內涵、明確的、可衡量的一系列指標點，然后將這些指標點的實現任務分配給恰當的教學活動。

（1）強化標準意識，保證專業畢業要求覆蓋標準畢業要求。為了保證學生在畢業5年左右實現專業特定培養目標，必須給出學生畢業時達到的要求，本文簡稱為“專業畢業要求”。各個專業點必須根據支撐培養目標實現的要求制訂自己的畢業要求，而且還要使專業的這些畢業要求能夠完全覆蓋標準所給出的畢業要求框架的內涵。標準畢業要求是本科工程教育畢業要求的框架，在一定意義上相當于是本科工科教育的基本要求。開辦工科專業的每個專業點自身的畢業要求，也就是專業畢業要求，與標準畢業要求的不同主要體現在專業所培養學生的特點和更多、更高的要求（超出標準畢業要求的）。也就是說，各個專業點需做到兩點，一是專業畢業要求必須能夠有效支撐本專業特定的培養目標的實現;二是專業畢業要求必須覆蓋標準畢業要求，以保證本專業培養的畢業生符合國際等效的國家標準。

標準畢業要求明確聚焦“解決復雜工程問題能力”。例如，要求掌握的工程知識足以支持解決復雜工程問題，能夠分析復雜工程問題，能夠設計針對復雜工程問題的解決方案，能夠對復雜工程問題進行研究，能夠合理分析、評價復雜工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，能夠就復雜工程問題與業界同行及社會公眾進行有效溝通和交流等。這些都應該在專業畢業要求中得到體現。

（2）準確理解和表達每項畢業要求的內涵。準確理解和表達標準畢業要求每一項的內涵，并不是一件簡單的事情，即使照抄了標準畢業要求，也不一定表明實現了對標準畢業要求的覆蓋，就更不要說體現專業的特點了。為什么會是這樣呢？根本原因在于標準畢業要求的表達方式與我國傳統的表達方式的不一樣，導致專業對標準畢業要求內涵的準確理解存在一定的障礙。基于目前的理解，一個專業是否準確理解標準畢業要求的含義，關鍵是看專業為了使相應的畢業要求便于有效達成和進行有效的達成評價而進行的“指標點分解”，也就是要看所分解出來的指標點是不是“完全體現了含義”，是不是“可衡量”的。所以說，準確理解和表達每一項畢業要求的內涵是分解落實它們的基礎。

例如，按照《中華人民共和國高等教育法》要求，本科教育應當使學生比較系統地掌握本學科、專業必需的基礎理論、基本知識，掌握本專業必要的基本技能、方法和相關知識。對此，標準畢業要求的“工程知識”項的表述是：能夠將數學、自然科學、工程基礎和專業知識用于解決復雜工程問題。這項畢業要求首先表達的是知識的廣度，也就是知識面的要求，即：數學（例如，高等數學、線性代數、離散數學、概率與數理統計、數值分析、工程數學等）、自然科學（大學物理、化學、生物等）、工程基礎、專業知識。其次表達的是學習這些知識需要達到的深度，即，足以支持解決復雜工程問題。按照復雜工程問題的特征，就要包括掌握專業的問題描述語言和描述方法，能夠用這些描述語言和方法就專業問題進行交流、達到懂得（看得懂、聽得懂，包括模型）專業語言（包括術語等）、會用專業語言描述問題和過程（會說、會寫、會建模）;學會分析思想、分析方法，并掌握基本的推理分析方法，能夠基于（形式化/模型）描述進行推理、分析，能用專業典型的方法進行問題求解等。也就是說，學生要具備運用這些知識的基本能力和素質。

再例如，標準畢業要求的“問題分析”項的表述是：能夠應用數學、自然科學和工程科學的基本原理，識別、表達并通過文獻研究分析復雜工程問題，以獲得有效結論。首先是學會基于數學、自然科學和工程科學的基本原理對問題進行思考，而不是僅僅憑感覺、憑經驗，要分析其中的關鍵要素;其次是要有能力運用在數學、自然科學和工程科學中所學到的方法進行問題的分析，給出問題的形式化描述;要能夠查閱相關資料，掌握國內外的發展現狀，并了解解決問題可能存在的各種方案，分析相關的各種因素，通過綜合得到合理的結論。對計算機類專業來說，就是要掌握基本的數學方法和系統方法、能夠進行程序與算法分析、系統關鍵問題識別與分析、分析綜合參考文獻、能夠完成多矛盾中主要矛盾提取與折中處理[2]。

（3）從知識輸入導向轉向能力產出導向。標準畢業要求的內涵在于追求“產出導向（OBE）”，而這里的產出主要是解決復雜工程問題所需要的能力。我國傳統的畢業要求比較宏觀，且多偏向于強調知識，常用的描述詞匯是“掌握、理解、了解”，并通過這3個詞體現要求的程度。例如，“掌握數學、自然科學、工程基礎和專業知識”“理解法律法規基本知識”“了解經濟和金融知識”的描述。基于這種描述，講究的是上了什么課，課上得怎么樣，知識點是不是講清楚了，學生掌握了哪些知識點，此為面向課程的教育（CBE），重點關注的是課程教學，是輸入。如果說還有不少專業點的“畢業要求”并沒有給出最基本描述的話，那么，這種描述在許多專業現有的課程教學大綱中則有相應的體現。在OBE理念下，講究的是學生通過學習，收獲是否達到要求，是否足以支持其形成解決復雜工程問題所需要的能力。

例如，標準畢業要求關于“研究”項的表述是：“能夠基于科學原理并采用科學方法對復雜工程問題進行研究，包括設計實驗、分析與解釋數據，并通過信息綜合得到合理有效的結論。”計算機科學與技術專業可以用“掌握基本的實驗方法，經歷系統的專業實踐，能夠根據面臨的復雜計算系統的問題，基于科學原理并采用科學方法，設計和開展實驗，有效獲取實驗數據并進行分析，獲得合理有效的結論”。為了使其能夠很好地在教學中落實，并得到有效的評價，可以將其分解成幾個子項，例如，第一，能夠用基本的實驗方法和工具，在適當的環境下對軟硬件系統的特性進行實驗;第二，能夠對包含多子系統的計算系統設計實驗，擬定實驗方案;第三，能夠針對系統的性能、功能、穩定性等研究的需要，確定、提取和搜集實驗數據;第四，對實驗結果進行分析和解釋，規范表述所獲有效結論。

三、教學活動為培養學生解決復雜工程問題服務

我們所說的教學活動包括理論課教學和實踐教學。教學活動必須有效地體現對學生解決復雜工程問題能力的培養。也就是說，要想高質量、高效地培養學生解決復雜工程問題的能力，并不是讓學生參加一項或者幾項復雜工程就可以了，而是要通過從基礎課到專業課，從必修課到包括人文社科類選修課在內的各類選修課，通過實驗環節和實踐環節去完成。所以，嚴格意義上講，學生在校學習過程中的每一項教學活動都承擔著培養學生解決復雜工程問題能力的任務。

按照這一要求，必須在教學大綱、教學實施和結果評價中有明確的、具體的體現。主要有以下幾個方面。

（1）明確的教學目標。必須有明確的、體現培養學生解決復雜工程問題能力的教學目標。這些目標不再是“掌握”“理解”“了解”什么知識，而是要明確體現所對應的畢業要求指標點的含義，體現學生在解決復雜工程問題時的能力要求。因此，在一定意義上講，一項教學活動的目標，必須超越課程本身，明確地體現專業畢業要求的某些指標點，體現專業人才培養的高度。總體上做到將所有教學活動的目標集合起來，能夠有效覆蓋專業畢業要求的全部指標點。

（2）相適應的教學內容。教學目標的達成需要相配套的教學內容。既然課程的教學目標明確體現了對畢業要求指標點的支撐，而畢業要求指標點的主要指向是解決復雜工程問題所需要的能力，教學內容就不應該僅僅是知識，還需要包含解決問題所需要的思想和方法，以及基本的專業技能訓練內容。我們首先想到的就是教學大綱關于教學內容的描述不能僅僅是知識點，更不能是“教材目錄式的”;而課程教學就不能是知識的灌輸，更不能是簡單地“念PPT”。

（3）恰當的教學方法。從對知識輸入的追求轉向對能力產出的追求，體現出來的就不能是照本宣科，而是以知識為載體，引導學生學習問題求解的思想和方法，學會分析，掌握解決問題所需要的基本知識，實現能力培養。注意到復雜工程問題的根本特征是“必須運用深入的工程原理，經過分析才能解決”，所以，在討論“深入的工程原理”的過程中，要強化分析引導，使學生形成強烈的分析意識，掌握基本的分析方法，形成要求的分析能力。因此，需要大力推進研究型教學，使教師做到在對“問題”的研究中教，并啟發學生在對“未知”的探索中學，“教”“學”互動，保證教學目標的有效達成，從而使專業畢業要求有效達成。

（4）有效的成果評價。教學目標達成了嗎？教學存在什么樣的問題？應該怎么改進？這些問題的有效回答在于教學完成之后對學生達成教學目標的有效評價。包括學生成績的構成和判定。一是平時成績的給定要能夠體現教學目標的形成性評價，杜絕平時成績作用的異化;二是期末考試評價，考題的設計必須瞄準對教學目標達成度的有效測量，而不是知識點的覆蓋，所以，考題的類型必須能夠有效測量“學生能力”是否具備，以及“能力”是否達標。簡單的概念解釋、判斷對錯、填空、單選多選、簡答簡述類的考題顯然是不適應的。

實際上，有效的成果評價也是促進教學目標更好達成的重要教學環節。

當然，在分析教學目標達成中，就不僅僅是考試題目關于知識點的覆蓋率，不僅僅是學生的成績是不是正態分布了。

四、一個細化的參考意見

為了更好地落實，我們針對計算機類專業人才的培養提出了一個細化的參考意見，雖然是面向計算機類專業的，但對其他專業而言，很多做法是相通的，也有一定的參考價值。該參考意見大約60萬字，共分10章，其中第1章介紹計算機類專業本科人才培養基本定位。該章首先明確了本科工程教育的基本定位是培養學生解決復雜工程問題的能力，以此為基礎，討論了專業教育的基本要求和分解落實解決復雜工程問題能力的培養的基本觀點。第2章介紹計算機類專業本科教學質量國家標準及要點，作為計算機類專業學生培養的基本要求以及體現培養學生解決復雜工程問題能力的基本教育觀念;第3—8章基于在人才培養中發揮主要作用的教學活動，討論面向學生解決復雜工程問題能力的培養，如何設計和實施教學活動。其中，第3—5章選擇高等數學、大學物理、數據結構、編譯原理、人工智能、網絡與通信安全等31門典型課程作為示例，分別介紹數學與自然科學類課程、專業類基礎課程、專業基礎課和專業課的教學安排與實施;第6章選擇程序設計基礎、操作系統等15門課程設計作為示例，介紹課程設計教學活動的設計與實現;第7、8章分別介紹實習實訓、畢業設計的安排和要求;第9章討論工程與倫理問題，以更好地適應面向全工程周期教育的需要;第10章介紹支撐培養學生解決復雜工程問題能力的質量保障體系。

如何實現學生解決復雜工程問題能力的培養，既是一個老的問題，更是一個新的問題，它決定著本科工程教育的水平。“拋磚引玉”，參考意見來自研究小組以及小組成員所在專業相關教師的研究和實踐。示例雖然具有專業的背景，但基本思想和方法對工科教育都是適用的，甚至有很多對工科以外的其他門類的本科教育也具有一定的參考價值。只是由于我們本身理解和水平的限制，難免具有局限性，但我們期望現在拋出的這一塊“磚”，能夠給讀者一定的啟示和參考，以期引出一塊塊“玉”來，為推動我國工程教育和高等教育的改革貢獻

力量。

參考文獻：

[1] 蔣宗禮. 本科工程教育：聚焦學生解決復雜工程問題能力的培養[J]. 2016（11）：27.

[2] 蔣宗禮，姜守旭. 發揮本科教學質量國家標準對新工科建設的推動作用[J]. 2018（1）：41-45.