新工科背景下基于OBE理念的計算機類課程建設探索

摘 要：新工科建設要求計算機類課程培養具備創新能力與實踐能力的復合型人才。針對傳統課程教學存在的專業素養低、思維能力弱、格局視野小等問題，剖析新工科與OBE（成果導向教育）理念的耦合邏輯，提出新工科背景下基于OBE理念的計算機類課程建設思路。通過教學內容重構、教學模式改革、評價體系創新和教學隊伍提升推進計算機類課程的教學改革，形成“目標—教學—評價”閉環。

關鍵詞：新工科；OBE；計算機類；課程

隨著全球科技競爭邁入“智能+”時代，新工科建設已經成為我國高等教育改革的戰略核心。教育部于2022年發布的《新工科研究與實踐項目指南》明確指出，應“以產業需求為導向，推動學科深度交叉融合”，并要求計算機教育從傳統的“工具性學科”轉變為“賦能型學科”[1]。以華為《全球產業展望2025》的數據為參考，未來三年內，人工智能、大數據、云計算等領域的人才缺口預計將超過500萬，特別是那些既掌握核心技術又具備跨領域實踐能力的復合型人才尤為稀缺[2]。在這樣的背景下，計算機教育的范式重構顯得尤為迫切。其中，計算機類課程的改革與創新，成了關鍵的轉折點和重要途徑。

一、目前計算機教育存在的主要問題

與傳統工科相比，新工科更強調學科的實用性、交叉性與綜合性，新工科人才應該具備較強的工程實踐能力、創新能力和國際競爭力[3]。然而，在當前計算機類專業課程的教學實踐中，學生在專業綜合素養的認知層面存在不足，理論基礎顯得淺薄；在能力方面，應用基礎知識不牢固，創新意識不強；在價值情感方面，課程思政和價值觀的引導不夠充分，自主學習的內在動力不足。這些問題[4-7]綜合起來，主要體現在以下三個方面。

（一）專業素養低，理論與實踐雙重脫節

一是知識結構呈現碎片化現象。課程體系中存在偏重技術而輕視理論的傾向，例如，一些院校減少了離散數學、算法分析等理論課程的課時，這使得學生難以構建起一個系統化的知識體系，進而導致在開發底層系統時出現原理性錯誤。二是實踐教學與產業需求之間存在滯后現象。實驗項目多采用虛擬化案例，與真實工程場景脫節，導致畢業生需要經歷較長的適應期才能勝任實際項目開發。三是評價機制存在失衡問題。課程的標準化考試占據較大比重，這導致學生陷入“刷題式學習”的困境。

（二）思維能力弱，創新鏈斷裂與失衡

一是缺乏批判性思維的培養。在傳統的教學模式中，案例教學往往提供標準答案，而大多數課程設計僅要求學生復現經典模型，這導致批判性思維訓練的缺失。二是解決復雜問題的能力不足。在ACM-ICPC等國際學科競賽中，中國參賽隊伍在算法實現階段展現出的優勢與需求分析階段展現出的不足形成鮮明對比，顯示出學生的技術能力與系統工程思維之間存在明顯的斷裂。三是跨學科整合障礙。在一些涉及多學科交叉的課程中，只有少數學生能夠將計算機科學與其他學科領域的知識結合起來解決問題，這反映出課程之間存在顯著的“知識孤島”現象。

（三）格局視野小，教育生態封閉單一

一是知識體系存在顯著的割裂性缺陷。復合型課程（例如計算生物學、金融科技）的開設比例較低，而同質化課程的比例較高，這導致學生難以有效地將計算機技術與其他學科知識進行整合。二是專業倫理意識較為薄弱。大多數學校未開設“人工智能倫理”等相關課程，即便開設了此類課程，其授課內容也多停留在理論層面，缺乏在設計實踐中對隱私保護、公平性等倫理維度的考量。三是行業認知存在局限性。學生的職業目標往往局限于傳統行業和互聯網大型企業，對于智能制造、智慧醫療等新興領域的認知度不足。

針對以上問題，本課題梳理出計算機類課程改革需要解決的痛點問題和對應的改革策略，如圖1所示。

二、新工科與OBE理念的耦合邏輯

新工科與OBE（Outcome-Based Education，成果導向教育）理念的耦合邏輯，本質上是以未來產業需求為目標的教育模式重構，通過目標驅動、能力倒推、動態反饋實現工程人才培養的范式轉型。

（一）新工科對計算機教育的范式重構

1. 知識結構的重構

傳統的計算機課程體系以編程語言、數據結構、操作系統等基礎理論為核心，形成了“樹狀”的知識結構。然而，新工科教育要求構建一個“網狀”的能力體系，具體體現在以下三個方面：首先是縱向深化，即強化算法設計與優化能力，要求掌握分布式計算框架（例如Spark）、深度學習加速技術（例如CUDA編程）等新興技術；其次是橫向拓展，即增加“AI+”系列交叉課程模塊，整合了多學科的知識；最后是動態更新，即建立課程內容的動態調整機制，實時獲取產業案例，定期更新教學素材。

2. 培養模式的升級

新工科的推進促使工程教育的培養場景從傳統的“封閉式實驗室”向“開放式創新生態”轉變，這一過程本質上是對工程教育時空場域的重構。受限于固定設備與預設實驗手冊，傳統實驗室使得大多數工程專業學生在首次接觸工業級開發環境時，需要在企業中接受二次培訓。而開放式創新生態通過三個維度對培養體系進行了重構：首先，教學資源的整合，將企業級開發平臺、產業數據中臺以及云端算力資源融入教學系統，使學生能夠在虛實融合的環境中直接操作工業級數字孿生系統，并同步接觸最新的技術工具鏈；其次，培養主體的擴展，構建了一個由高校、科研院所、行業龍頭企業、初創企業、認證機構等組成的教育共同體，共同指導學生開展工程項目，形成“真問題—真技術—真應用”的閉環，迫使學生直面技術可行性、成本控制、倫理合規等現實問題；最后，能力評價的升級，建立了一個基于數字足跡的動態評價體系，通過代碼倉庫貢獻度、開源社區影響力、技術方案迭代日志等過程性數據，多維度驗證學生解決“定義模糊、邊界開放”的復雜工程問題的能力。這種轉變打破了人才培養與產業創新之間的時空壁壘，使學生在真實技術演進周期中同步完成知識重構、技能進階與價值塑造，形成應對技術不確定性的自適應能力。

3. 評價維度的革新

新工科教育理念強調對評價體系的根本性革新，旨在打破傳統教育中以分數為唯一標準的評價模式，構建一個適應于培養復雜工程創新能力的多元化評價體系。傳統評價體系主要關注對離散知識點的考核和標準化實驗報告的撰寫，這導致學生往往局限于“技術模仿者”的角色，難以滿足產業界對跨學科整合、系統設計以及倫理決策等復合能力的需求。新工科教育通過以下三個方面的范式重構來革新評價維度：首先，以能力為導向取代單純的知識本位，將“解決復雜問題”“多目標權衡”等高級能力指標融入評價體系，全面考查學生從需求分析到原型驗證的全過程思維；其次，過程性數據補充結果性分數，利用代碼提交頻次、協作溝通記錄、迭代改進軌跡等數字足跡，構建動態能力畫像，以揭示隱性工程素養的成長軌跡；最后，動態反饋機制突破靜態評價，根據產業技術路線圖的變化實時更新評價標準，將新興領域的技術合規性要求轉化為課程項目的必要評估要素。這種革新使得評價體系從“測量工具”轉變為“育人導航儀”，為新工科培養能夠“定義未來問題”的變革者提供了核心支撐。

（二）OBE理念的迭代升級

自20世紀80年代被提出以來，OBE理念經歷了三次重要的演變，其發展路徑與教育技術的進步緊密相連。2021年，在IEEE教育工程會議上提出的“OBE 3.0”概念，標志著該理念正式邁入智能化時代。

OBE 3.0體現了成果導向教育的高級形態，其核心特點在于動態性、智能化及生態化，致力于打造一個能夠應對技術快速演進的人才培養體系，主要包括：（1）動態目標生成。借助產業大數據實時解析技術趨勢，動態調整能力指標矩陣，確保教育目標與產業需求保持同步更新。（2）虛實融合評價。利用數字孿生技術構建虛擬學習環境，追蹤學習行為以生成動態能力畫像，并結合區塊鏈技術確保能力證據鏈的可信性。（3）復雜系統思維。采用系統動力學建模技術，模擬技術、經濟、倫理等多方面因素的相互作用，培養學生在面對復雜約束時的決策能力。（4）人機協同學習。將生成式AI嵌入作為智能學習伙伴，通過自然語言交互識別能力差距，提供個性化學習路徑，并協助教育者動態調整課程內容。

OBE 3.0通過與教育體系和技術生態的深度整合，促進了人才培養模式從“被動適應產業需求”向“主動塑造未來發展”的根本轉變，進而推動了教育、技術與產業的協同發展。從這一視角審視，它與新工科理念不謀而合。

（三）OBE與新工科的協同效應

1. 目標協同

新工科提出的“解決復雜工程問題能力”需拆解為跨學科、可觀測的指標（如系統思維、倫理權衡），而OBE通過反向設計將抽象能力轉化為可量化成果（如原型驗證數據、多目標優化方案），構建“產業需求—能力矩陣—課程模塊”的映射鏈條，實現教育目標與產業動態需求的精準對接。

2. 過程協同

OBE的PDCA（Plan-Do-Check-Act，計劃—執行—檢查—改進）循環支撐新工科對技術變革的敏捷響應。通過動態采集產業技術信號（如AI算法演進、新技術標準），觸發課程內容與實驗工具的快速更新，確保教學與產業技術代際同步。同時，校企協同的持續反饋機制推動教學從“預設流程”向“自適應迭代”轉型。

3. 評價協同

新工科跨學科屬性倒逼OBE突破傳統量化評分模式，構建多維度評價體系，橫向整合技術實現、經濟可行性、合規審查等多元標準；縱向融合過程性數據（代碼迭代軌跡、協作日志）與成果證據（專利轉化率）；外部引入開源社區影響力、企業實效評估等產業標尺，使評價結果直指人才市場適配性。

二者的協同驅動工程教育從“滯后性知識供給”轉向“前瞻性能力孵化”，OBE為新工科提供方法論框架，而新工科則推動OBE向復雜系統教育進階，共同塑造適應技術不確定性的未來工程人才。

三、新工科背景下基于OBE理念的計算機類課程建設思路

在此基礎上，本文提出如圖2所示的課程建設基本思路，具體措施可以概括為以下四個主要方面。

（一）教學內容重構

一是運用OBE理念，反向重構課程內容，構建“解決復雜工程問題能力要求指標點—課程目標”的支撐矩陣，最終對應體現到課堂教學的項目/案例內容設計上，構筑解決復雜工程問題能力培養的有效達成路徑。

二是把思政元素有機融入課程教學過程，將典型優秀案例作為思政元素融入課堂，潤物細無聲地將“工匠精神”傳授給學生，讓其內化于心、外化于行，徹底從思想上摒棄學習惰性，讓課堂“營養豐富，味道又好”。

三是將本專業所在學科相關的特色科學研究進課堂、進教材，既使得分析案例更具體，學生也更容易理解，又讓學生對本學科相關的研究和領域有所了解，有利于將來從事專業相關的工作或開展科學研究。

四是以學科競賽為抓手，將課程內容通過實踐方式在學科競賽過程中具體化，將涉及的課程知識具體化，提高學生實際分析問題、解決問題的能力。

五是結合科技服務和行業應用，形成實踐教學案例，將課程內容與產業融合，緊貼行業工程應用和技術發展前沿，推進案例式教學，將生產實踐案例融入課堂。

（二）教學模式改革

一是借助現代化教學工具和教學平臺，實現課堂的現代化和智能化，實時掌握學生動態并進行學情分析后制定教學方案，同時打造微課視頻課教學素材群，實現課程資源貢獻，發揮第二課堂功能。

二是以基于學科優勢和生產實踐的教學案例為素材開展案例式教學，實現知識的具體化，讓學生從跨學科的角度解決復雜問題，培養學生的綜合思維能力和跨學科應用能力。

三是通過學科競賽項目開展項目式教學，實現課程知識的應用和轉化，提升學生的興趣，發揮學生的主觀能動性和積極性。使學生在學習過程中學會主動參與，發現問題解決問題，學會自主思考，而不是被動地接受和記憶知識。

（三）評價體系創新

一是對課堂教學的評價。通過采用問卷調查、課堂反饋、個別面談等方式，學生可以表達對課程內容、教學方法、教材和作業的看法和建議。通過教師教學記錄、組內評價、成果評估等方式，全面了解教師的教學理念、教學設計、教學方法的有效性，評估教師的教學能力和教學效果。

二是對學生成績的評估。在課程考試中，引入更多的開放性問題，鼓勵學生運用所學知識解決實際問題；過程考核強調學生在學習過程中的參與、努力、進步，關注學生在學習態度、思考能力、自主學習能力等方面的表現。通過學習筆記、實驗報告、學習日志等形式，記錄學生在學習過程中的思考、發現、問題解決過程，借此評估他們的學習情況。

（四）教學隊伍提升

一是通過合作共建共享型協同育人實踐平臺、加強“雙師型”教師隊伍建設、校企雙向兼職等途徑，構建政府、高校、行業、企業等人才培養利益相關者廣泛組成的課程教學師資，促進人才培養資源的聚合與共享，實現多元主體密切配合、協同育人。

二是教學團隊與學科隊伍交叉，以“產學研”結合形式組建教學團隊，團隊職稱結構和年齡結構呈梯隊式，老中青三結合形式實現傳幫帶的作用，并充分考慮教師成長需求，實現團隊資源合理共享。對團隊教師教學水平的提高，則通過以團隊的形式參加教學競賽、指導學科競賽、參加教學會議和培訓等方式實現。

四、小結

為培養具備堅定的理想信念、扎實的專業知識、活躍的創新思維、豐富的實踐經驗和開闊的專業視野的新時代工程技術人才。本文從國家戰略和高校工程教育變革出發，基于OBE理念，對新工科背景下計算機類課程建設中存在的問題進行成因分析并探索紓解路徑，通過教學內容重構、教學模式改革、評價體系創新和教學隊伍提升推進該類課程的教學改革，從而保證教學目標與培養要求的對齊，確保課程內容與實際需求的對接，提高學生在新工科背景下計算機類課程中的學習效果和綜合能力，也為其他工科專業的課程教學改革提供新思路。

參考文獻：

［1］ 教育部高等教育司.新工科研究與實踐項目指南（2022）[Z].北京：高等教育出版社，2022.

［2］ 華為技術有限公司.全球產業展望2025[R].深圳：華為研究院，2023.

［3］ 張繼連，翁嘉思，張銀炎.基于OBE理念的操作系統原理課程教學改革研究——以網絡空間安全專業為例[J].高教學刊，2025，11（10）：148-151.

［4］ 嚴武軍，李建昌，王家輝.數據結構與算法實驗課程“三位一體+導向式”混合教學模式[J].計算機教育，2025（2）：128-133.

［5］ 呂夢婕，胡素君，樊衛北.新工科背景下基于OBE理念的計算機網絡課程改革探索[J].大學教育，2024（22）：43-47.

［6］ 張國尚，馮日寶，李亞娟.新工科背景下基于OBE理念的計算機在材料科學中的應用育人模式的探索與實踐[J].中國教育技術裝備，2023（22）：87-90+94.

［7］ 桂小林，何欽銘.AI賦能的大學計算機通識教育的體系化改革探索[J].中國大學教學，2024（4）：4-11+2.