工程教育專業認證背景下的計算機類課程教學目標與評價重構探索

孫 涵，高 航，黃元元，陳 兵，袁偉偉

（南京航空航天大學 計算機科學與技術學院，江蘇 南京 211106）

0 引言

中國高等教育正邁入一個新時代。工程教育專業認證、新工科、金課等已得到社會廣泛認同，眾多高校已積極探索實踐。復雜工程問題[1-2]是工程教育專業認證[3]、新工科實踐中的核心問題，也是金課建設重點關注的問題。同時，課程是專業知識學習和能力素質培養的直接載體，在培養學生解決復雜工程問題能力的過程中發揮著至關重要的作用[4-7]。為此，專業課程的教學目標設計和學習效果評價顯得尤為關鍵。

2015 年以來，專業認證工作逐漸從“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，畢業要求指標點的分解未完全展現專業建設理念與專業發展內涵，未具體闡述對應專業中的復雜工程問題，未充分描述學生能力培養與素質養成的路徑和方法。

其次，課程的教學設計未完全遵循“基于產出”原則，具體表現在課程大綱的設計中未完全明晰課程教學目標對畢業要求指標的支撐，教學環節設計未完全考慮對非技術因素的支撐。

再次，系統、多層次、多維度的評估評價與持續改進機制還未完全確立。畢業要求與課程的評價存在走向純粹算分誤區的趨勢，未合理評價課程考核環節對課程教學目標、畢業要求的實質支撐程度，針對評估評價結果有效利用的持續改進機制還未系統確立。

1 面向復雜工程問題的畢業要求指標點分解

國家標準中12 項畢業要求的描述較為通用寬泛，計算機類專業需要針對計算機特定領域的復雜工程問題以及專業的辦學特色，對畢業要求進行指標點分解。

首先，畢業要求指標點分解的目標需明確。從12 項畢業要求總體來看，畢業要求指標點分解應更好闡釋各項畢業要求的內涵，清晰描述專業特色和所針對的復雜工程問題，明確學生的專業學習和能力達成路徑：一方面，學生能從畢業要求指標點描述中理解如何從基礎開始，逐步提升達到最終解決專業領域復雜工程問題的能力；另一方面，課程教師也能明確所授課程在整個培養體系中的定位，更有針對性地在知識傳授基礎上實現課程所承載的能力、素養培養。同時，社會公眾也能從畢業要求指標點描述中明晰該專業的辦學定位和辦學特色，對該專業畢業生有明確的期許。

其次，畢業要求指標點分解能夠支撐和覆蓋畢業要求。畢業要求指標點的描述在廣度上應能完全覆蓋標準中12 條畢業要求所涉及的內容，描述的學生能力在程度上應不低于12 項標準的基本要求。

再次，畢業要求指標點的描述要具體并且可衡量。可衡量是指畢業要求指標點所描述的能力，可以通過學生的學習成果和表現判定其達成情況。從可衡量角度來看，畢業要求指標點分解應有利于與現行的通識基礎、專業基礎、專業課程的分類方式對接，符合由淺入深的教學規律，按照能力形成的邏輯進行縱向分解。

以南京航空航天大學計算機科學與技術專業的畢業要求指標點分解舉例（見表1）。畢業要求指標3 的分解中，既體現了計算機專業的知識體系結構（從計算機硬件、軟件到系統），也給出了設計/開發解決方案能力達成的途徑（從專業知識的積累到基于特定需求和約束條件的軟硬件系統、模塊或算法流程的設計與優化），同時注重追求創新，考慮相關的社會、健康、安全、法律、文化及環境等因素。

表1 南航計算機科學與技術專業畢業要求3 指標點分解舉例

2 基于學習效果期望的課程教學目標重構

課程目標是指課程本身要實現的具體目標，是確定課程內容、教學方法和評價方案等課程實施的基礎。在畢業要求指標點合理分解的基礎上，課程教學目標的設計尤為關鍵。由于畢業要求指標點仍是從專業整體宏觀視角給出的描述，在課程教學目標設計時，需結合具體課程，對畢業要求指標點進行具體化闡述。

以數據結構課程為例，課程教學目標見表2。針對畢業要求指標點2.4 中的“能夠針對具體的計算機領域復雜工程問題的多種可選方案，進一步根據約束條件進行優化分析，通過文獻研究等方法給出具體指標和有效結論”，在該門課程中具體化為教學目標2“能夠針對具體應用問題，在多種可選方案中，根據問題的約束條件，分析各種方案在數據存儲、算法效率上的利弊，選擇恰當的數據結構、存儲表示和與之對應的操作方法”。這就對約束條件和優化分析進行了具體化闡述，學生可以通過本門課程的訓練來理解約束條件的內涵，掌握并運用與之對應的優化分析方法。

表2 數據結構理論課程教學目標舉例

結合作者在專業認證現場考察經歷，闡述課程目標設計中存在的幾個值得注意的問題。

首先，課程目標設計的視角選擇值得關注。課程目標設計要基于學習效果的期望，針對本門課程承擔的復雜工程問題相關的能力訓練，側重于通過該門課程學習獲得的知識、能力和素養提升效果。也就是說，針對課程所支撐的畢業要求指標點，考慮如何在本門課程中進行具體化闡述。這顯著區別于傳統的基于知識內容列舉式的課程目標描述。基于內容出發的課程目標描述，與之對應的基于知識傳授的傳統教學方式，對學生專業能力和素養發展難以實現系統化的訓練。基于內容的課程目標描述還存在與畢業要求指標點支撐的多對多現象，每個課程目標形式上都支持多個指標點，每個指標點也由多個課程目標支撐，最終課程目標都無法有效支撐畢業要求指標點。

其次，課程目標設計中需更關注非技術因素的畢業要求指標點。課程目標對工程知識的支撐沒有異議，但對非技術因素的畢業要求支撐，存在諸多爭議：一方面，部分專業教師認為課程應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，專業教師大多認為學生普遍缺乏專業論文的寫作訓練，畢業論文文字表達存在嚴重問題。其實，對于非技術因素的畢業要求支持，不可能僅通過專業實習、綜合設計、畢業設計等一蹴而就，需要在各門課程中進行不間斷訓練，才能最終達成期望。

再次，注重課程間的課程教學目標對畢業要求指標點的逐層支撐[8]。專業各門課程不是孤立存在的，可通過課程群來實現解決復雜工程問題能力的支撐覆蓋。例如，程序設計、數據結構、算法分析、軟件工程等組成的軟件課程群，從底層的程序設計開始，逐步提升學生的基礎編程能力、多樣的數據表示與操作設計能力、算法設計與分析能力，進而實現系統的軟件設計與實現能力。

總之，課程教學目標是工程教育專業認證落地的關鍵，起到承上啟下的關鍵紐帶作用。課程教學目標既是畢業要求指標點的具體化闡述，也是教學過程設計、教學組織實施、教學考核評價的依據。

3 多樣化教學環節實現

首先，課前列出課程相關的閱讀資料清單，并持續更新。閱讀資料圍繞課程的授課內容，給出經典論文、公開課視頻資源、技術前沿論文、業界動態與趨勢等。通過資料閱讀，既讓學生了解課程內容的前世今生，也有助于培養學生的國際視野和終身學習能力。

其次，結合理論課程設計相關的實驗實踐環節，注重學中做和做中學。通過理論學習與實驗實踐的密切配合，不僅學習課程知識，更重要的是通過實驗實踐，明晰課程所支撐的專業思維方式、專業能力和素養要求。通過設計型、綜合型實驗，支持教學目標中的問題分析、設計/開發解決方案、研究和使用現代工具能力，進一步實現解決專業領域復雜工程問題的能力培養。

再次，注重團隊合作和溝通能力的訓練。例如計算機組成課程，通過分組研討、分組實驗，讓多人一起完成一個較大規模的CPU 設計。通過組隊，學生可合作完成單人短時間無法實現的任務，對知識的系統全面理解和運用會有更多體驗，競爭與協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、展示匯報等環節設計，實現學生在專業領域中的聽、說、讀、寫等溝通能力訓練。

值得注意的是，多樣化教學環節的實施過程需要有力保障：①課程教師團隊要有足夠的教學投入，能夠就教學目標重構教學設計、豐富教學環節；②要有高水平的助教團隊支撐，實現大班講課、小班甚至小組過程化管控；③充分利用智慧教室等教學條件，改變傳統教學方式，采用新型教學方式方法，如MOOC、SPOC 等更好支撐專業課程教學。

4 過程化、多維度教學考核與改進

在課程目標、課程教學環節設計的基礎上，過程化、多維度的教學考核是課程目標實現的關鍵[9]。

首先，所有的教學環節都要有公開、明確的考核方法和標準。例如實驗課程的評分，往往根據學生的實驗完成情況、實驗報告的長度來主觀給分，優良中差缺少一個明晰的標準，造成學生較為困惑。表3 給出了數據結構實驗課程教學大綱中明確的部分教學目標考核方法和標準。表3中各項教學目標的達成要求清晰具體，特別是對編程水平和實驗報告寫作要求的同等重視，有利于教學目標的達成和實現對畢業要求的支撐。在團隊考核方面，要注意考核的方法選擇，既要考查團隊的整體學習效果，也要注意考查個體間的差異。

表3 數據結構實驗課程教學考核舉例

其次，注重教學考核的過程化和多維度。從教學實踐經驗來看，實驗類課程建議慎用單一大作業形式，可考慮運用由多個實驗構成的過程化、層次化、系統化的實驗體系。在層次化的實驗體系中，教師可以對每個實驗環節進行監控和評價，這樣有利于更全面、更細粒度的評價實驗教學目標及其達成度。此外，教師也可以通過單獨改進某個實驗環節從而穩健平順地改進整個實驗體系。另外，課程可多維度考核，除了期末考試外，可采用課內測試、設計或大作業、團隊合作、答辯展示等多種形式考核學生是否到達教學目標所列能力。

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，而是為了發現課程教學環節對教學目標支撐存在的不足，為后續教學改進指明具體方向。特別是部分課程的難點問題，一直未取得顯著的改進效果，但通過多年的量化分析和數據積累，可以避免“想當然”和“拍腦袋”的教學改革，會有助于課程教學的逐步改進。

5 結語

針對工程教育認證背景下復雜工程問題對計算機類專業課程教學帶來的新挑戰，探索了有效的畢業要求指標點分解原則。從學生學習效果期望角度出發，結合課程承載支撐的畢業要求指標點，重構面向產出的課程教學目標。為達成課程教學目標設計多樣化教學環節，實施過程化、多維度的考核方法，定期檢驗課程教學目標的達成情況，形成穩定的專業課程持續改進機制。