面向學生能力培養的課程教學設計

洪玫 嚴斌宇 余靜

摘 要：針對軟件工程專業學生能力培養的問題，在針對學生能力培養的調研基礎上，基于工程教育理念，提出了課程教學大綱和考試大綱的設計方法，介紹了以學生為中心的反饋式、互動式課程教學方法，以及學生課外學習任務設計等。最后，以四川大學軟件工程專業的課堂教學改革實踐為例，說明能力培養的可行性和有效性。

關鍵詞：面向能力培養;課程設計;課程考核;課堂教學;以學生為中心;軟件工程

一、引言

國家特色化示范性軟件學院的建設，對軟件工程專業提出了新的要求。培養學生通用的、可遷移的技能，以及面向IT產業解決實際工程問題能力，成為軟件工程專業人才培養的重要任務。傳統的高等教育以“教”為中心，關注知識的傳授，其優點是教師講授最新的信息，對教材進行歸納、總結，提供適當的背景知識，聚焦關鍵的概念和思想，展示專家是如何思考的。但傳統教學的局限也是明顯的，教師不知道學生接受了多少，大多數學生在上課15分鐘以后就不能專心聽講了，學生最終獲得和掌握的很少，對學生能力的提升效果較差。因此，“從知識傳授轉向能力培養”勢在必行。

目前現代高等教育改革的主流是面向學生能力培養。教育部提出了一流課程的建設，面向價值塑造、知識傳授、能力培養，提升學術承載度、學業挑戰度，強調以學生為中心、面向產出、持續改進的教學改革。國際工程教育強調學生能力的培養，將課程體系建立在對畢業生的能力要求上，基于能力培養設計課程的教學目標、教學方式，關注學生的學習經歷和學習成果，建立教育的持續改進機制，關注對教學的評估、評價、改進。在美國斯坦福大學的“Stanford 2025”計劃中，提出了軸心翻轉（Axis Flip）的概念，即將“先知識后能力”的教育，反轉為“先能力后知識”的教育，把能力作為學生學習的基礎。隨著國際教育界對能力培養的關注，中國高等教育也需要探索解決方案，以適應國家對人才的戰略需求。

二、學生能力培養的內涵調研

在全球21世紀人才能力需求方面，教育界、行業界、政府機構等公認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、創造性和創新、跨文化的理解、溝通/信息/媒體素養、計算和信息/通信/技術素養、職業生涯與學會自立等。在國際工程教育對學生的12條畢業要求中，有8條涉及能力培養，聚焦學生的三維工程能力培養：硬能力——基礎知識、專業技

能、設計和問題求解、項目管理、研發技能;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、安全和持續性;全球能力——在考慮全球的政治、社會、跨文化、全球化、經濟、勞動力市場等前提下提出工程解決方案的能力[1]。在美國麻省理工學院（MIT）工程學院NEET項目中，提出新工科人才能力的要素是創造性思維、系統思維、審辨式思維、分析性思維和計算思維等思維能力。

在解決復雜工程問題能力需求方面，需要學生掌握深度知識（In-depth Knowledge），運用第一原理（First Principles），開展初級研究（Research）。學生深度知識的獲得，是通過除專業導論課程之外的專業課程或學習活動獲得的;第一原理的運用能力，是基于理論、系統或方法所依據的基本概念或假設，從已建立的自然科學定律出發，不通過類比或使用任何經驗公式、工具，直接解決問題的能力;初級研究能力，是通過實驗、調查或測試的實施，獲取第一手數據，并進行數據的處理、分析的能力[2]。

在軟件工程專業能力方面，IEEE/ACM的計算課程體系CC2020提出了三大基礎能力：計算機科學基礎能力，即使用當代的工具和框架等進行有效編程，應用抽象概念、理論和模型，使用數據分析和機器學習改進產品和過程等能力;工程基礎能力，即能夠將客戶需求轉化為系統需求，應用負責任的工程方法進行設計，對大規模的系統工程能關注可用性、安全性和隱私等質量因素等能力;社會、經濟環境基礎能力，即能夠組織和領導團隊，在跨學科環境工作，處理非結構化問題，承擔開源生態系統的角色和具備產品管理等能力。

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

三、面向產出的課程設計

OBE（Outcome-Based Education）是面向產出（能力）培養的現代教育理念，在課程設計和教學中關注學生的學習成果，教師考慮“學生應該學什么”“學生學習這些內容的動機是什么”“如何幫助學生學習”“如何確定學生已經學到了”等問題[3]。OBE的教學設計過程與傳統教學設計過程是相反的，它首先確定希望學生的產出，然后圍繞這些產出設計課程、教學和考核方式，強調促進預期目標的達成。因此，在課程的教學設計中引入OBE思想，重構教學大綱和考試大綱，體現了能力培養的目標。

1.課程教學大綱設計

第一，參照專業學生的畢業要求，確定課程具體的、可達到的、可衡量的教學目標，確定需要培養學生的能力，即學生通過課程學習后能做什么。第二，參照國際標準以及國家標準設計課程的知識體系，比如，軟件工程專業可參考軟件工程知識體系（SWEBOKV3.0）、軟件工程專業本科教學指南（IEEE SE2014）、計算領域課程指南（IEEE CC2020）等國際標準。第三，教學內容設計應體現面向能力培養的課程教學目標的實現，參照Bloom的學習分類，從對知識的記憶、理解、應用，到對知識的分析、評價、創造，確定教學內容和學習成果。第四，教學方式設計應包括課堂教學設計、學生課外作業設計、實踐教學環節設計等。第五，課程考核方式設計應針對學生的學習成果，確定考核方式、評價標準、成績計算方法等。表1為軟件工程專業課程教學大綱設計的參考模板。

2.課程考試大綱設計

課程考試大綱的設計基于課程教學大綱，是大綱中“課程考核”的進一步實施方案。能力的培養需要過程，學生通過學習活動和經歷才能提升能力。因此，實行課程的過程化考核和評價很有必要，應關注學生的學習成果和評價方式。首先，基于課程目標和教學設計，確定考核的學生學習成果，學習成果的陳述要具體、可評價，定義學生在課程結束或項目完成時的能力，如學生可以使用UML工具對一個定義清晰的系統分析和設計建模。其次，確定對學習成果的考核、評價方式和評價標準，知識類（認知的）通過考試評價，技能類（行為的）通過做事情評價，素質或能力類（有影響的行為）采用綜合評價。

學習成果的考核方式是過程化和多樣化的，包括課程作業、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、社會實踐、課程項目（任務）、課程報告、小論文、課程作品、非標考試題等。學生分階段、漸進式完成學習任務?？己艘彩嵌啻?、過程性的，最終給出綜合的評價。

學習成果的評價標準是考核的關鍵，面向學生能力的考核，往往是通過非標試題或任務完成，沒有標準答案，這為學習成果的評價帶來了挑戰。目前普遍采用的方法是設計評價量表，包括多個考核指標點，每個指標點分為多個級別，每個級別有明確的評價標準，根據評價結果，按照一定的權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準參照法、常模參照法、混合模型法等。最常用的是標準參照法，按照學生的成績分布評定等級;常模參照法是基于學生成績排名的評定方式，對學生成績排序，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一換算成分數，并依據對課程目標達成的重要性、復雜度、難度分配各部分的權重，再計算總成績分數[5]。在課程成績評定中需要體現以學生為中心，考慮對每一位學生的進步、努力的鼓勵。

在課程設計中明確教學目標，設計教學過程、方法、工具，從而奠定有質量教學的基礎。在課程考核的設計中，明確考核的學習目標，并與學生達成一致意見，通過教與學的配合，實現預期的學習產出。

四、以學生為中心的課程教學

面向學生能力培養的課程需要精心設計，但最終要落實到課堂教學中對學生的訓練。以學生為中心（SCL， Student-Centered Learning）的教學理念關注學生的特點和需求，進行個性化、主動學習，將更多的學習責任放在學生身上，讓學生參與教學、經歷學習過程，使知識與學生的生活和經歷關聯，從而提升學生的能力[6]。

1.課堂教學的基本原則

以學生為中心教學有四項基本原則。一是教學環境，學習的最佳狀態是在無壓力的環境下，營造輕松、愉快的學習氛圍，體現學習過程的創造、活力和流動性，讓學生有安全感、得到激勵;二是教學定位，構建平等的師生關系，尊重學生，激發學生的熱情和好奇心，以“非學術”的方式交流，讓學生有自信;三是讓學生參與，學生承擔教學責任，在教學的形式、學習成果的評估等方面讓學生發表意見，鼓勵學生在課堂上表達自己的觀點和立場;四是讓學生有選擇，因材施教、讓每位學生成長，允許學生在課外作業和任務、在提交的形式和內容、在學習策略節奏和順序等方面，可以根據自己的情況有所選擇。

2.反饋式課堂教學設計

BOPPPS是目前在北美地區被廣泛采用的一種有效果、有效率、有效益的教學模式，促進學生積極參與課堂學習[7]。通過導入主題、明確學習目標、課前測試、參與式教學、課后測試、學習總結的教學過程實現，如圖1所示。BOPPPS課堂教學模式依據建構主義和社交法，實現學生全方位的參與式學習和基于學生的反饋調整教學，使學生對學習內容的吸收率高達90%以上。

3.互動式課堂教學設計

在深度知識學習的基礎知識學習、知識的基本應用、思維和推理、解決真實問題四個級別中，要求分析、評估具有可預測結果的綜合現實問題，運用邏輯、問題解決策略、多個領域的技能得到解決方案;能夠策略性地分析、調查和反思，以高度復雜和創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生的思維和問題解決能力培養的互動式課堂教學方法。（1）訓練學生思維能力的課堂討

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

養學生合作、交流能力的小組學習，設計小組學習任務，鼓勵協同學習、同輩互助;（4）線上、線下相結合的翻轉課堂教學，在課堂上完成復雜的任務，增加師生在知識的理解、應用和反思上的互動?；邮浇虒W變 “講授”為“訓練”，加強學生與教師之間的學習交流。

4.學生課外學習任務設計

能力的培養需要學生在閱讀、寫作、實踐等方面花時間，課堂教學是有限的，有必要延伸到課外。將課內外教學相結合，讓學生完成具有挑戰性和創造性的學習任務，鼓勵學生自主學習，豐富學生的課外教育經歷，使學生花多于課堂2倍以上的時間學習，才能使能力培養從量變到質變。在課程的教學設計中，有必要增加學生的課外閱讀量，指定教學參考書、經典著作、講座、技術報告、科學文獻等，布置閱讀任務，要求回答問題、報告、討論、評論等;讓學生完成更多的寫作任務，包括讀書筆記、調研報告、小論文、綜述、課程/實驗報告、技術文檔等;在布置課外作業上，強調對所學知識的應用、分析、評價和創造，提升作業挑戰度[9]。課外作業讓學生的學習有成就，這對鼓勵學生的學習很有幫助，也讓學生提升自我認知，增強學習的自信。

以學生為中心的教學區別于傳統以教師為中心的教學，學生成為教學的主體，教師成為學生學習的引導者和幫助者，這要求教師轉變教學觀念和教學方法，以學生的產出為導向，讓學生在做中學習，實現能力培養。

五、四川大學軟件學院的課堂教學改革實踐

四川大學軟件學院在面向學生能力培養的教育教學改革中，開展了一系列的探索與實踐，積累了豐富的經驗。在學校推動專業教師的教育、教學理念更新，從“以教為中心”向“以學為中心”轉變，構建“以學為中心”的智慧教學環境的基礎上，引導教師從“灌輸式教學”向“探究式教學”轉變，引導學生自主學習，培養學生審辨式思維和解決問題能力。實踐“小班化”課堂教學、互動式交流、探究式討論，推行全過程學業評價，實現課程考核過程化、評價標準多元化、考核方式多樣化、考核結果動態化，綜合評價學生的學習成果。學校獲得國家教學成果特等獎，學院獲得四川省教學成果一等獎，軟件工程專業學生的創新能力普遍提升，在學科競賽、大創項目、科研成果等方面取得優秀成績。實踐證明，面向學生能力培養的教學是可行的和有效的。

以學生為中心、面向產出的課堂教學需要突破傳統的教學、考核方式，只有當教師能明確學生要達到的教學目標，教學才是有效的。一流課程的建設，需要有一流的教學理念、方法、工具的支撐，也需要一流的能“學會學習、學會改變”的教師的精力投入。面向學生能力培養的課程教學設計需要轉變教學觀念和角色，只有當教師成為學生學習經歷的設計者，我們才能更好地實現對學生的能力培養。

參考文獻：

[1] PATIL A， CODNER G. Accreditation of engineering education： review， observations and proposal for global accreditation[J]. European Journal of Engineering Education， 2007， 32（6）： 639-651.

[2] 25 Years Washington Accord-A5 booklet-FINAL[J]. International Engineering Alliance， 2014， 6： 15-17.

[3] CHANDRA R， SEKHAR. Continuous Improvement Process Based on Outcome Based Education[M]. Proceedings of The 2008 IAJC-IJME International Conference， 2008.

[4] 史蒂文斯，利維. 評價量表——快捷有效的教學評價工具[M]. 陳定剛，譯. 廣州：華南理工大學出版社，2014.

[5] 戴維斯. 一個好老師必備的教學工具[M]. 韓金龍，田婧，譯. 廣州：華南理工大學出版社，2014.

[6] CHEN R J. Investigating models for preservice teachers use of technology to support student-centered learning[J]. Computers & Education， 2010， 55（1）： 32-42.

[7] CHAO N， YING J Y ， XU N G， et al. Application of BOPPPS teaching model in the course of remote sensing digital image processing[C]. 2020 International Conference on Big Data and Social Sciences （ICBDSS）， 2020.

[8] KARIN H. A Guide for Using Web's Depth of Knowledge with Common Core State Standards[Z]. Common Core Institute， 2013.

[9] FAUS A. National Survey of Student Engagement （NSSE）[J]. Messiah College， 2007.

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