面向计算机核心能力的专业实践体系构建研究

古 平，孙天昊，李 佳

（重庆大学计算机学院，重庆 400044）

我国于2016 年加入了世界上最具影响力的工程教育本科专业认证国际互认协议——《华盛顿协议》，这是我国工程教育界的一个里程碑。工程教育专业认证[1]的核心是要确保工科专业毕业生达到行业认可的既定质量标准要求，是一种以培养目标和成果为导向[2]的合格性评价。成果导向理念（Outcome-Based Education）的提出，意味着需要打破专业教学中传统模式，以学生为中心，以特定学习产出为导向，强调学生分析和解决复杂工程问题的能力，并围绕能力目标构建新的课程实践体系。

计算机专业是一门硬软件结合、面向行业应用的宽口径专业，对学生的工程实践能力要求非常高，但结合业界的持续反馈，部分已毕业学生在工程实践能力、创新能力等方面还存在不足，反映出目前高校培养模式与业界需求还有一定距离，尤其在专业实践内容、方式等方面，主要表现为：(1)实践内容单一，无法体现复杂工程问题的具体性和复杂性。传统专业实验多以演示性、验证性为主，实验内容单一，学生学习兴趣不高，主动性不强。部分综合实验脱离业界实际需求，片面追求技术深度，无法形成梯度目标。(2)实践教学评价目标不明确。实验内容设置缺乏清晰的目标指向，导致学生的实训效果不明显，无法达到最终的工程能力要求，或者完整覆盖《工程教育认证标准》中所有的能力要求矩阵。(3)能力评价方式单一，不合理。现行的评价方式主要以实验报告、程序代码等为主，以结果评价代替过程评价，容易助长学生在“结果优先”思想下的抄袭行为，掩盖其实际不足和能力差异，甚至挫伤部分学生的学习热情。因此，如何针对计算机专业特点，改革现行专业实践体系，优化评价方式，形成理论教学与实践教学之间的协调、统一，有效提升学生的专业实践能力和综合创新能力，成为摆在工程教育专业认证面前的一道难题。综合国内外的研究现状来看，我们认为破解该难题的一个重要突破口在于：围绕工程教育专业认证标准，细化计算机核心能力目标，改革专业实践内容和评价体系，变“总结性”评价为“形成性”评价，并构建支撑该体系的教学环境与平台。

一、工程教育认证标准及其能力细化

《工程教育认证标准》中，与专业课程教学直接相关的要求包括：R1（工程知识）、R2（问题分析）、R3（设计/开发解决方案）、R4（研究）、R5（使用现代工具）、R11（项目管理）等，其中每项要求又细分为若干指标点。如R3 中又包括R3.1（能够应用计算机硬件理论及专业知识，设计/实现计算机硬件部件/系统解决方案，体现创新意识）、R3.2（能够应用软件理论及专业知识，设计/实现软件模块/系统解决方案，体现创新意识）等。

上述标准虽然覆盖了基本的能力要求，但对不同专业的能力要求缺乏针对性，也没有从实践视角对专业能力目标进一步细化，可能导致不同高校在具体实践中，出现较大的随意性和差异性。

为解决这一问题，可以根据《工程教育认证标准》中具体要求，结合实践能力培养目标[3]，进一步对其进行细化，并通过多门课程、实验的组合对其进行支撑。限于篇幅，本文仅以标准中要求R3.2 为例，从实践视角对其进行能力细化。由于R3.2 重点要求学生具备软件系统设计、开发的能力，因此可以进一步从程序记、读、改、写，程序测试，逻辑思维以及系统分析和设计等方面进行能力要求。

表1.面向要求R3.2的计算机专业实践核心能力细化

通常一门课程或实验难以对上述专业实践能力提供全面的支持和覆盖，如软件工程课程侧重于培养学生系统分析、方案设计、程序调试方面的能力，面向对象程序设计课程则侧重于培养程序阅读、程序编写、程序调试等方面的能力。因此，在实践体系设计时，可以根据上述能力要求，考虑不同课程、实践环节的高低搭配，避免对学生能力训练的缺失。

二、面向能力达成的专业实践体系探索研究

围绕工程教育专业中着力培养学生解决复杂工程问题这一总体目标，本文拟从专业实践内容、形成性评价方法、支持平台等三个方面对专业实践体系进行研究。

1.专业实践内容

解决复杂工程问题，意味着从实践内容上，首先需要确保教学设计满足“复杂性”和“工程性”的教学目标[4]。复杂性意味着所解决的问题没有现成答案，或者所解决的问题涉及多种因素，学生需要从复杂多变的问题中设计、找出最合理的解决方案。工程性则意味着面向应用，除系统可用性外，稳定性、执行效率、安全性甚至社会影响、环境等都是设计者需要面对和解决的问题。

但高校毕竟不同于企业，其教育属性和规律决定，不能完全照搬企业要求进行订单式人才培养，尤其在教育资源（如时间、计算能力、平台等）受限的情况下，需要从工程核心能力出发，对复杂工程问题进行一定的重构和优化，才能既突出复杂工程问题的内涵，又能确保教学目标的实现。

（1）面向能力而非知识点重构实践内容

传统实践教学体系往往以知识点为基础，对实验内容体系进行组织设计，但知识点的覆盖并不意味着专业能力的达成。相反，学生可能只是孤立的掌握了某个知识点，但却不具备在相应问题上的实践能力。因此，面向学生能力而非知识点，设计和重构实践内容体系，更能凸显实验的针对性、目的性，也更有利于分析和评价学生的专业能力。

（2）构建多层次能力需求的实践内容

工程能力的培养是一个由简单到复杂、从初级到高级的循序渐进的过程。因此，在实践内容体系的构建中，需要面向基础能力、核心能力、高阶能力的培养精选实践内容，使得基础性、设计性、综合性、创新性等各类实践项目合理配置，建立一体化多层次的实践教学体系。

（3）面向复杂工程问题重构实践内容

在学校教学环境下，有时很难做到企业在解决复杂工程问题时需要的广度和深度。因此基于教学实现的可行性，对复杂工程问题进行一定的重构，以达到学校人才培养的目的。如对复杂工程问题的覆盖范围进行一定剪裁，对复杂工程问题的技术指标进行一定剪裁，或者对其结构和功能进行剪裁等。一方面，恰当体现复杂工程问题的复杂性，同时不失其在实际应用场景中的工程性。

2.形成性评价方法

专业能力的形成往往贯穿整个的实践过程。因此，要想客观、准确评价学生的专业能力达成度，必须借助于新的形成性评价方法，将评价指标映射到不同的实践环节和任务中。

形成性评价[5,6]是指在教学活动中，通过监控学生的学习过程，过程性的评价学生的学习情况，最终通过评价来调整教学以提高教学效果，进一步促进学生学习。形成性评价的内涵与工程教育认证的核心要求十分吻合，如果能参考《工程教育专业认证标准》中的各项要求，就能进一步明确形成性评价的指标和相应内容。

（1）形成性评价方式

传统形成性评价以教师评价和学生评价为主，通过定量与定性两种方式进行，缺点在于评价的工作量较大，主观性较强，在某些能力指标上难以体现公平性。

因此，本文提出一种新的形成性评价思路，即通过自动或半自动方式采集实践过程相关数据，利用大数据分析与处理方法，辅助教师评价和学生评价，从而形成反应学生实践能力的多维评价体系，更准确的对学生在能力、态度、成果质量等方面进行评价。例如，要想评价学生的程序测试能力，仅凭教师和学生的主观评价非常困难，但借助计算机辅助评价方式，可以对学生设计测试用例进行分析、执行，判断其对被测程序的覆盖标准，以此定量分析其是否掌握或具备程序测试的基本能力。同样，为评价学生的程序编写能力，杜绝抄袭带来的误判，可以通过辅助查重程序对其抄袭情况进行分析，从而避免评价的不准确性。表2为面向对象程序设计课程实验中所采取的形成性评价方式和指标。

表2 面向对象程序设计课程实验形成性评价方式、指标示例

（2）形成性评价内容

仍以面向对象程序设计课程为例，其实验过程包括算法设计、编码、测试、调试、发布、报告编写等，涉及的形成性评价内容有：实验方案、实验操作过程、实验数据记录、计算机程序源码、实验报告、测试用例数据等。具体评价内容不同，其数据采集方式也不同，如实验方案、实验报告、计算机程序等电子文档，由于实时性要求较低，可以通过系统上传获取；出勤情况可部分通过人脸识别系统自动记录、汇总学生出勤情况获得。

实验过程数据采集最为复杂，一方面其实时性要求很高，同时随着实验进程，数据量将呈爆发式增长，传统的事后采集或人工采集方式显然无法满足这一特殊需求。因此，可以考虑将大数据技术引入到形成性评价中，利用学生客户端驻留程序，实时、自动的采集学生在程序开发过程中产生的关键数据，通过数据清洗和预处理，转化为结构化或非结构化数据，再通过关系数据库和非关系数据库进行混合存储。

3.支持平台

为锻炼和培养学生解决复杂工程问题的能力，激发学生学习的积极性和主动性，需要构建目标明确、多层次多模块的实践支持平台。

（1）计算机软硬件基础实践平台

该平台由计算机学科各个专业方向共性的、具有明显学科特点的专业实验构成，反映本学科合格本科毕业生应该具备的专业基础性实践能力需求和知识需求。以验证性和设计性实验为主，以部分综合性实验为补充，开设覆盖计算机理论和系统基础实践能力训练的实践课程。

（2）专业综合与复杂系统平台

该平台以实验项目的技术递进和逻辑关联为主线，打破理论课程内容横向划分的惯例，优化实验项目设置，专门设置了包括嵌入式系统、智能系统、云计算、互联网应用等多个综合实验方向，旨在解剖其中的细节，训练学生对复杂计算系统的构思、架构、设计、开发和运维能力。

4.工程创新实验平台

该平台依照卓越工程师培养计划理念，遵循理论教学与实践教学一体化设计的原则，建立实验、实训、实习循序渐进的工程能力训练平台。

5.形成性评价辅助平台

该平台依托大数据、人工智能、自然语言处理等技术，面向学生实践实训过程，实现过程数据采集、分析挖掘、形成性评价、实时反馈等，有效的对教学过程中学生的实践效果进行监督、评价和记录，客观反映学生多方面的专业实践能力。

三、 结束语

计算机专业是国内首批开展工程教育专业认证的专业，为提高计算机专业人才工程教育质量与专业办学水平，建设面向能力培养的计算机类专业实践体系，具有非常重要的意义和价值。本文从计算机专业认证标准出发，探索建立以学生为中心、成果为导向、能力为目标的专业实践体系，通过细化计算机专业能力目标，重构实践内容，创新形成性评价方法，构建专业实践平台等多个方面，解决了专业实践体系建设中的部分关键问题，有效满足业界对计算机专业学生能力的培养需求。