基于KAPIV 培養理念的計算機專業基礎課程體系的建設

隋雪莉，李瑩，閔 芳，卞曉曉，王姝懿

（南京航空航天大學金城學院，江蘇 南京 211156）

0 引言

傳統課程體系是按標準化、流水線批量推出，這種缺少緊密關聯的體系模式，很難使學生從一個個相對孤立的知識點中形成明確的學習目的，單個知識點和技能訓練也很難在整體上實現知識向能力有效轉變，從而達到“能力疊加”的目的[1]。部分學生學習積極性不高，學習自主性和自律性差。對于學生知識獲取的能力、知識實踐應用，知識創新以及專業素養、個人修養等方面沒有重視。為此，山東大學孫康寧教授及相關研究者提出了KAPIV 培養理念，即知識（Knowledge）、能力（Ability）、實踐（Practice）、創新（Innovation）、品行（Virtue）的一體化培養理念[2]。

本文基于KAPIV 培養理念，探討如何以學生為中心、以項目為驅動進行計算機專業基礎課程體系建設。該課程體系建設試點面向計算機專業低年級學生，將理論知識、專業能力要求、創新創業以及立德樹人基本要素融為一體，解決學生學習被動，知識向能力轉化效率低，學習缺少目標引領，實踐動手能力不足，缺少整體分析、解決問題的訓練等難題。

1 知識體系設計

為解決專業課程之間相互聯系松散，不同課程間知識點時有重復的問題，計算機專業基礎課程體系跳出原有課程體系框架，以全方位培養為主線，以包含專業核心知識和能力的項目為驅動，提出了專業基礎核心知識點體系。該體系以工程實踐能力培養為導向，對原有課程體系、知識結構進行梳理和整合，優化課程體系，滿足學生工程實踐能力培養目標，對畢業要求形成強有力支撐作用[3]。

1.1 知識體系結構

以《普通高等學校本科專業類教學質量國家標準》為基礎，對計算機專業基礎課程進行梳理，建立計算機專業基礎核心知識點體系，分為程序設計基礎、面向對象編程思想、Java 語言程序設計、離散數學、數據結構五部分，由30 個一級核心知識點、109 個二級核心知識點和307 個三級核心知識點組成。知識體系結構如圖1 所示（由于篇幅受限，本圖僅展示一級核心知識點）。在知識點體系結構中，三級知識點可以細化到10 ～15 min 的微課視頻，整個知識體系實際由諸多這樣的微課視頻組成，便于學生自學。

圖1 計算機科學與技術專業基礎課程核心知識體系結構（一級核心知識點）

1.2 教學資源建設

本課程體系在項目驅動下，以目標為導向，采用立體化教學方式。依托智慧教學平臺，打通線上與線下渠道，建成了優質教學資源庫，形成靈活的教學與學習方式，可以最大程度上調動學習積極性，提升學生上課體驗，提高教學質量。將慕課及精品課程建設、教學互動、資源管理、教學成果展示、教學管理評估整合于一體，為學生提供了一個跨時間、跨地域的互動交流平臺，可以隨時隨地體驗新一代網絡教學所帶來的高效和便利。以英華學堂為基礎平臺，圍繞課前、課中、課后教學閉環，基于動態數據分析，將信息技術與課堂教學高度融合，搭建全新的智慧教學環境。

以“面向對象編程思想”部分為例，將視頻教學、同步練習、討論區互動、實時測驗等融入智慧教學平臺，實現教學全過程的跟蹤與考核，并能實時根據大數據分析對問題學生發出預警。每小節學習完立即開始小測驗，檢驗學習效果；此外設置了討論環節，學生學習積極性很高、參與率高、學習效果較好。根據學生提交的作業、小測驗，教師可以迅速定位錯誤率比較高的題目并進行分析，留在下次課集體講解。

微課視頻每次針對一個三級核心知識點展開論述，時長一般控制在15 min 以內。方便學生在項目用到相關知識的時候可以迅速定位到相應內容進行學習。

2 能力體系構建

2.1 設計一體化實操項目

以包含專業核心知識和能力的項目為牽引，綜合考量本專業的主干學科支撐、注重與其他技術發展融合，訓練和幫助學生不僅能運用所掌握的知識去解決現有的問題，也有能力學習新知識、新技術去解決未來發展出現的問題。精心設計了多個實操項目，完成了一體化項目說明書。項目中不僅要注意創新思維的培養，還要注重實踐應用能力和技術應用開發能力的培養[4]。所有實操項目的設計均模仿真實工作環境，營造自我體驗、自主學習、自由創造的學習氛圍[5]。

2.2 建立項目驅動新模式下的能力要求體系

以“人流量監測系統的設計與實現”項目為例，梳理了項目支撐的能力要求，搭建了由21 個一級核心知識點、73 個二級核心知識點組成的能力體系，如圖2 所示。該項目包含基礎核心知識體系下的絕大部分知識點，見表1。項目未涉及的36 個知識點中，有20個二級核心知識點有其他知識點有一定重復，學生可通過自學、討論等方式掌握；16 個新增二級核心知識點可通過教師指導等方式掌握。

表1 項目所涉及核心知識點與基礎核心知識點比較

圖2 實操項目的能力要求體系結構

3 品德教育融入教學

傳統課程教學中聚焦教學內容本身，思政元素融入較少，從而忽視學生價值觀引領及德育方面教育，課程內容與思政內容融入不協調，課程教育人程度弱化[6]。課程思政的實施途徑、方法或策略等不豐富，導致課程思政實施力度不夠、協同效應不強[7]。

為解決上述問題，在計算機專業基礎課程體系建設中，要把思政教育和專業教育緊密結合，真正實現在課堂教學主渠道中全方位、全過程、全員立體化育人，堅持顯性教育與隱性教育的相統一。以校“課程思政”示范課程建設為契機，在項目化牽引下，將思政元素潤物無聲地融入教學過程及實訓實踐，有效提升知識向能力轉化的速度，構建全新的課程思政金課模式。在考核專業能力的同時，還對學生的品行進行正向引導和考量。學生通過實際操作和實際問題解決，增強實踐能力，培養創新思維和實踐能力，幫助學生形成良好的職業價值觀和發展觀[8]。

以“面向對象編程思想”部分為例，對核心知識點進行思政教學設計，包括思政目標、主要內容及實現方式；根據教學設計形成思政資源庫。形成典型教學案例，深度挖掘蘊藏在知識背后的思維方式和價值取向，打造有溫度、有深度、有廣度、有力度的教學案例，實現程序設計案例與專業發展的緊密結合。以“構造函數與析構函數”教學案例為例，首先列出思政目標：建立數據安全保護意識；樹立正確的技能觀；激發學生對社會主義核心價值觀的認同感，培養學生誠實、守信的性格；編碼遵循內存申請后應及時釋放的代碼規范。然后設計教學內容：通過案例分析引入教學內容；通過提出問題，引導學生進行分析，最后提出解決方案；最后進行教學反思：思政要融入專業，成為有機整體；思政切入點要要貼和實際，貫穿始終；教師起到表率作用，以德樹人。

4 建立規范的項目運行機制

為保證課程體系的建設既能滿足教育部規定的應用型本科人才培養要求，又能夠有機的實現學生知識、能力、實踐、創新、品行一體化的提升，建立了一套規范的項目管理機制，以實現項目運行常態化。

4.1 選拔機制

制定項目人才選拔機制，以創新實踐基礎實訓選拔為考核依據，學生自主報名，指導教師面試等方式綜合選拔出一批對本專業有能力、有興趣進行創新實踐活動的學生。專業依托學院創新實驗室，面向大一學生進行選拔，首先學生報名，要求有創新精神，有責任心、團隊意識強，對編程、前沿技術、3D 建模、簡易機械結構設計有濃厚興趣。對報名學生進行線上測試，內容為專業基礎知識初試；復試采用綜合測試，同時試做小型項目，通過驗收的同學選為項目組成員。

4.2 日常運行管理機制

項目學生成員以創新實驗室為活動地點，創新實踐指導教師和實驗室教師共同管理，教師根據創新實踐教學管理計劃為學生成員共同制定本學期學習規劃。建立課程教學、MOOC 課、英華學堂學習和知識點系列微課學習機制，拓展學生個性化學習資源，在項目學習以學生自學為主，指導教師指導為輔，結合企業前沿專家講座的形式進行，例如邀請有豐富行業從業經驗的專家教師、資深專業教授開設“云時代的數據中心網絡”“基于機器學習的腦影像分析及應用”“漫談人工智能”等報告。項目進行中，定期進行學習匯報和小組式問題研討，對于出現的問題進行集中討論解決，指導教師把握學生學習狀態，實時進行個性化學習計劃調整，密切跟蹤學生的學習動態，實現對學生的全程考核。

4.3 考核機制

為保證培養質量，項目組按照項目涉及知識體系，建立試題庫，學生在自主學習完成后可以自主提交結課申請，由指導老師組織課程試題庫抽題考核，考試成績達到項目組擬定的標準后方可進入下一階段的學習。利用在線測評系統（Open Judge，簡稱OJ平臺）對學生的編程能力進行持續性的訓練和考核，規定學生每周必須要完成的題目數量。學生組成和學習過程采用滾動制，學習進度明顯低于項目進行進度的學生，可轉入普通班學習，普通班學生有強烈參加項目的興趣和較好的學習基礎可進入項目組學習。

4.4 動態培養機制

以競賽為引領，選擇基礎優秀、學習能力強的學生直接進行競賽作品的設計、制作和調試。參與的學生通過不同階段、不同方式進行不斷選拔、更新，以保證組成最強的創新實踐團隊；課程內容、項目實踐內容通過競賽規則、企業需求、社會發展、畢業生等反饋進行及時調整和更新，以實現實踐內容在保證基本知識點學習的前提下緊跟社會發展步伐，及時吸納新知識。學生在整個學習過程中可以多次申請參加各課程的結課考試，以最高成績為最終成績；借助學校學分置換的渠道對獲獎學生按獲獎級別、對競賽作品所做的貢獻大小動態化地對相應課程進行加分。

4.5 教師團隊組建機制

選拔業務能力強的教師擔任項目指導教師，尤其是有優秀企業從業經驗的教師。聘請企業前沿工程師做兼職指導教師指導學生了解行業最新動態；聘用基礎好、能力強、競賽項目經驗豐富的學長作為助教，在創新實踐課堂上進行輔導，以緩解實驗教師課堂壓力和提高答疑效率。目前形成了一支由學院副院長領導、骨干教師、來自企業有豐富從業經驗的教師組成的專職教師團隊，輔以合作企業技術專家為指導的兼職教師隊伍。

5 實施效果

近年來，隨著課程體系改革的不斷深入，本專業以創新實驗室作為培育基地，實現學生一體化培養，效果顯著。改革前，學生學習目標不明確，被動地接受知識，實踐創新的機會不多，畏難情緒明顯。項目驅動下，學生帶著問題去學習，通過翻轉課堂、項目實施等方式，專業知識的掌握更加牢固，極大地改善了學風，學生自主學習有了動力和目標，學習態度更加認真，開展學習和實踐活動更加主動。項目進行期間，通過實時評價學習效果，學生能及時找到差距，樹立階段性學習目標。項目實施中，學生團隊設計了解決方案、掌握了知識、提高了專業能力、增強了自信、磨煉了意志，做出了不錯的作品。項目組學生參與實踐創新活動的積極性明顯增強，本年度先后在大學生計算機設計大賽、嵌入式芯片與系統設計競賽、中國機器人及人工智能大賽等榜單競賽中獲得獎項6 項；在全國創新創業大賽中獲得校級特等獎。

6 結語

基于KAPIV 培養理念，從建立學生需要掌握的核心知識點體系、構建通過實操項目訓練要達到的能力要求體系、塑造學生品格、規范完整的實踐流程幾方面入手，進行計算機專業基礎課程體系建設。該體系能夠有效提升知識向能力轉化的速度，為學生搭建一個適合未來職業發展、能承載重任的環境。