面向復(fù)雜工程問題的計算機(jī)類能力培養(yǎng)探索研究

面向復(fù)雜工程問題的計算機(jī)類才能培養(yǎng)探究研究〔〕:

摘要：培養(yǎng)大學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的才能是本科生培養(yǎng)方案畢業(yè)要求里的一個重要指標(biāo)。如何進(jìn)步解決復(fù)雜工程問題的才能，就要針對其才能特征，構(gòu)建以才能為導(dǎo)向的計算機(jī)類的課程體系，分層次、分階段、系統(tǒng)綜合地組織面向復(fù)雜工程設(shè)計的課程群，通過建立滿足復(fù)雜工程特征要求的典型案例庫，在理論中進(jìn)步解決復(fù)雜工程問題的才能。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜工程問題；課程體系；案例庫；課程群

隨著工程教育專業(yè)認(rèn)證工作的全面施行，與社會需求相適應(yīng)的復(fù)雜工程問題重要作用愈加凸顯。在新修訂的工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中的12條畢業(yè)要求里就有8條提到了"復(fù)雜工程問題";。把解決復(fù)雜工程問題作為根本訴求，強(qiáng)調(diào)在培養(yǎng)中突出學(xué)生整體解決方案的才能。畢業(yè)要求標(biāo)準(zhǔn)的制定，對新時期高等學(xué)校的教育提出了新的要求，不能再像以往那樣只注重知識的傳授，概念的理解，而是要把知識、理論應(yīng)用轉(zhuǎn)化在實(shí)際工程問題的解決上，尤其是對復(fù)雜工程問題的分析、設(shè)計、解決和評價上。這就要求專業(yè)課程教師在講授知識點(diǎn)的同時，更加關(guān)注理論在實(shí)際中的應(yīng)用，關(guān)注與其他課程銜接、綜合應(yīng)用解決復(fù)雜工程問題的轉(zhuǎn)變上，加強(qiáng)理論應(yīng)用環(huán)節(jié)，從統(tǒng)一的觀點(diǎn)和角度把握理論、實(shí)驗(yàn)、理論的關(guān)系[1-2]。

雖然近幾年許多高校參加并通過了工程教育認(rèn)證，但對復(fù)雜工程問題的認(rèn)識和理解還有偏向，教學(xué)環(huán)節(jié)中設(shè)置的工程問題過于簡單，不具備復(fù)雜工程問題的根本特征，因此達(dá)不到培養(yǎng)解決復(fù)雜問題的才能。復(fù)雜工程問題提煉不準(zhǔn)確，一方面是因?yàn)橐痪€教師的工程應(yīng)用背景少，大多數(shù)教師一畢業(yè)就分配到高校，參與的實(shí)際工程工程少，因此難以從工程應(yīng)用中提煉出復(fù)雜工程問題，并將其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、因素、分析過程、解決方案設(shè)計在理論課程的教學(xué)環(huán)節(jié)中。另外，復(fù)雜工程問題才能的培養(yǎng)是一項(xiàng)系統(tǒng)性、全局性的工作，它不應(yīng)該只是一門課程的目的【3】，也不應(yīng)該是一位教師的責(zé)任，不能簡單地通過一門課的學(xué)習(xí)和理論，一個詳細(xì)工程的開發(fā)，甚至僅僅通過綜合理論和畢業(yè)設(shè)計等幾個環(huán)節(jié)就讓學(xué)生具有解決復(fù)雜工程問題的才能，而是必須通過整個培養(yǎng)體系實(shí)現(xiàn)，落實(shí)到培養(yǎng)的各個環(huán)節(jié)。

一、以才能為導(dǎo)向的計算機(jī)類課程體系的構(gòu)建及培養(yǎng)過程

復(fù)雜工程問題的解決需要與問題相匹配的根底知識、工程理論、專業(yè)技能和綜合素養(yǎng)，這些都是專業(yè)培養(yǎng)方案中課程體系需要設(shè)置的內(nèi)容，因此在課程體系設(shè)置的過程中就要綜合考慮課程最終傳授給學(xué)生的才能是什么，是否支撐解決復(fù)雜工程問題。針對計算機(jī)大類的培養(yǎng)目的，按照支持解決"復(fù)雜工程問題";畢業(yè)要求達(dá)成的需要，以培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題才能為核心，基于OBE理念，圍繞培養(yǎng)學(xué)生的計算思維才能、算法設(shè)計與分析才能、程序設(shè)計與實(shí)現(xiàn)才能以及計算機(jī)系統(tǒng)才能，構(gòu)建以才能為導(dǎo)向的計算機(jī)類的課程體系，涵蓋通識教育課程、專業(yè)教育課程、集中理論教學(xué)環(huán)節(jié)、自主學(xué)習(xí)課程、第二課堂活動五大模塊。其中，通識教育模塊培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)思維、工程根底、人文素養(yǎng)功底，為專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定根底；專業(yè)教育課程滿足計算機(jī)類專業(yè)補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)的要求，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計、團(tuán)隊(duì)合作和問題解決才能，并且通過這些知識的學(xué)習(xí)使得學(xué)生畢業(yè)時可以針對計算機(jī)及相關(guān)領(lǐng)域中的復(fù)雜工程問題進(jìn)展問題分析、方案設(shè)計、施行解決；集中理論教學(xué)環(huán)節(jié)通過設(shè)置綜合的軟、硬件理論，實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)以及畢業(yè)設(shè)計，通過與企業(yè)合作，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、團(tuán)隊(duì)精神以及綜合應(yīng)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的才能，從而進(jìn)步理論才能和創(chuàng)新才能。

在五大模塊中，以通識教育課程、專業(yè)課程中的專業(yè)根底課程為知識和理論的根本支撐，以專業(yè)課和集中理論為應(yīng)用理論和理論技能，銜接軟件系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)中的復(fù)雜工程問題，通過典型的理論環(huán)節(jié)和綜合訓(xùn)練，對復(fù)雜工程問題進(jìn)展識別、表達(dá)、分析和建模，提出解決方案并進(jìn)展比照分析和優(yōu)化，最終通過歸納和信息綜合，得到合理有效的結(jié)論。通過有針對性的具有復(fù)雜工程問題特征的理論環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，經(jīng)過"系統(tǒng)規(guī)劃需求分析系統(tǒng)設(shè)計編程實(shí)現(xiàn)測試與優(yōu)化展示辯論";等環(huán)節(jié)，學(xué)生得到解決復(fù)雜工程問題才能的全面訓(xùn)練。復(fù)雜工程才能培養(yǎng)過程示意如附圖1所示。

二、基于復(fù)雜工程設(shè)計的課程群建立

復(fù)雜工程問題在工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中給出了明確的定義，必須具備如附圖2所示的中間特征，同時具備其他6個特征中的局部或全部。

大局部的單門課程是不具備復(fù)雜工程問題的特征的，尤其是實(shí)際應(yīng)用中的復(fù)雜工程問題往往涉及多學(xué)科、軟硬件、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、綜合等多方面因素，因此就需要綜合利用課程體系中的多門課程的知識和技能，從不同角度、不同層面、不同方向系統(tǒng)地進(jìn)展整體的分析、設(shè)計、優(yōu)化、施行。而以往的教學(xué)以每門課程為中心，各門課獨(dú)立規(guī)劃獨(dú)立教學(xué)，很少表達(dá)本層次的知識與其他層次之間的關(guān)聯(lián)，形成知識構(gòu)造的孤島[4-6]，難以建立完好而系統(tǒng)的專業(yè)知識體系和理論體系，導(dǎo)致才能培養(yǎng)缺乏連續(xù)性、漸進(jìn)性和系統(tǒng)性，因此圍繞計算機(jī)類人才所需的四個才能，構(gòu)建面向復(fù)雜工程問題設(shè)計的課程群，從軟件、硬件、系統(tǒng)三方面培養(yǎng)學(xué)生全方位的綜合工程理論才能。構(gòu)建面向計算思維及算法設(shè)計的課程群，從問題出發(fā)，按照求解問題的思路，從表達(dá)、模型建立和問題求解三方面，分步分層構(gòu)建問題與解答之間的橋梁，理順求解過程中的知識點(diǎn)及其關(guān)系，把需要掌握的計算思維特征、程序設(shè)計和算法分析分解到每一個詳細(xì)的教學(xué)內(nèi)容之中；構(gòu)建面向軟件設(shè)計開發(fā)的課程群，通過不同學(xué)期的課程，逐步奠定軟件開發(fā)根底、提升軟件開發(fā)才能、強(qiáng)化專業(yè)應(yīng)用軟件設(shè)計開發(fā)才能、創(chuàng)新設(shè)計才能以及軟件架構(gòu)設(shè)計開發(fā)才能；構(gòu)建面向計算機(jī)系統(tǒng)才能的課程群，圍繞計算機(jī)領(lǐng)域中的軟硬件技術(shù)，軟硬結(jié)合，設(shè)計時綜合考慮雙方的性能、效率、難易程度，并進(jìn)展方案比擬，尋找同時滿足兩方面的最正確解決方案。

三、基于復(fù)雜工程問題的典型案例庫建立

大局部教師缺乏工程理論經(jīng)歷，因此難以提煉復(fù)雜工程問題，如何根據(jù)行業(yè)需求和企業(yè)需求提煉典型案例并用于理論中是進(jìn)步學(xué)生解決復(fù)雜工程問題才能的關(guān)鍵。

根據(jù)培養(yǎng)的計算思維才能、算法設(shè)計與分析才能、程序設(shè)計與實(shí)現(xiàn)才能以及計算機(jī)系統(tǒng)才能，在課程群內(nèi)和課程群間梳理課程之間以及群之間的聯(lián)絡(luò)，分析課程或課程群在各個才能培養(yǎng)中承當(dāng)?shù)慕巧Y(jié)合企業(yè)需求，挑選出典型的復(fù)雜工程問題，表達(dá)才能培養(yǎng)的層次性、漸進(jìn)性和系統(tǒng)性，形成典型復(fù)雜工程案例，應(yīng)用在課程實(shí)驗(yàn)、有關(guān)算法設(shè)計的綜合實(shí)驗(yàn)、相關(guān)軟件開發(fā)的綜合理論、計算機(jī)硬件系統(tǒng)的綜合設(shè)計以及實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計等教學(xué)和理論過程中，同時通過工程驅(qū)動、案例教學(xué)、研究導(dǎo)向等多種形式的教學(xué)方法，讓學(xué)生在具有典型復(fù)雜工程問題的理論中深化理解所學(xué)知識，并綜合利用所學(xué)進(jìn)展深化的分析、多因素多技術(shù)的比擬、各種沖突的解決等，甚至提出批判性的考慮，進(jìn)步解決復(fù)雜工程問題的才能。

四、結(jié)語

本科工程教育的根本定位就是培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的才能，從復(fù)雜工程問題的定義出發(fā)，明確聚焦學(xué)生解決復(fù)雜工程問題才能的培養(yǎng)的根本要求，構(gòu)建以才能為導(dǎo)向的計算機(jī)類的課程體系，深化探析復(fù)雜工程問題的特征和解決途徑和方法，掌握其內(nèi)涵，通過教學(xué)設(shè)計、組織施行、達(dá)成評價將復(fù)雜性融入到培養(yǎng)過程的各個環(huán)節(jié)，糾正學(xué)生解決復(fù)雜工程問題才能評價指標(biāo)點(diǎn)分解誤區(qū)；通過組織面向復(fù)雜工程設(shè)計的課程群，建立基于復(fù)雜工程問題的典型案例庫，通過典型案例的理論有效進(jìn)步學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的才能，從而到達(dá)培養(yǎng)學(xué)生的計算思維才能、算法設(shè)計與分析才能、程序設(shè)計與實(shí)現(xiàn)才能以及計算機(jī)系統(tǒng)才能。

參考文獻(xiàn)：

【1】蔣宗禮.本科工程教育：聚焦學(xué)生解決復(fù)雜工程問題才能的培養(yǎng)[J].中國大學(xué)教學(xué)，2022〔11〕：27.

【2】錢振江，龔聲蓉，徐文彬.面向復(fù)雜工程問題的應(yīng)用型本科計算機(jī)類專業(yè)人才培養(yǎng)形式研究和理論[J].計算機(jī)教育，2022〔6〕：10.

【3】劉衛(wèi)東，張悠慧，向勇，等，面向系統(tǒng)才能培養(yǎng)的計算機(jī)專業(yè)課程體系建立理論[J].中國大學(xué)教學(xué)，2022〔8〕：48.