能力導(dǎo)向的教育

能力導(dǎo)向的教育

一、能力導(dǎo)向的教育根據(jù)國家教育、改革和發(fā)展計劃（2010-2010），我們必須按照鄧仲夏同志提出的“現(xiàn)代化、新世界、發(fā)展趨勢”的要求開展教育，全面提高高等教育質(zhì)量，按照高等教育的中心任務(wù)，促進教育在新歷史起點的科學(xué)發(fā)展。深入理解并努力實現(xiàn)教育面向未來的屬性,是實現(xiàn)教育科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)。教育“面向未來”,首先是面向社會的未來,“未來的實際問題”和“未來被發(fā)現(xiàn)的知識”。其“未來”屬性,使得我們必須把“學(xué)生能夠有效地解決‘未來的實際問題’,能夠在未來發(fā)現(xiàn)新的知識并有效地利用這些知識”作為教育教學(xué)追求的目標。所以,今天的教育強調(diào)的應(yīng)該是足以支撐這些“未來要求”的基礎(chǔ)——基礎(chǔ)知識和基本能力。其次是面向?qū)W生的未來。面向?qū)W生的未來,需要提升教學(xué)目標,即“不是學(xué)生今天‘學(xué)了什么’,而是學(xué)生未來‘能做什么’”。這就是“教是為了不教”,“學(xué)是為了應(yīng)用”。因此,教師的追求應(yīng)該從自己“教了什么”,遷移到學(xué)生“學(xué)了什么、會做什么”。因此,強調(diào)可持續(xù)發(fā)展能力培養(yǎng)的本科教育必須擺脫以知識傳授為主,努力喚醒學(xué)生的力量,培養(yǎng)其自我性、主動性、抽象的歸納力和理解力,培養(yǎng)其自我決定能力,使教育成為“導(dǎo)致學(xué)習(xí)的交流活動”。這些都表現(xiàn)出能力導(dǎo)向教育的要求。倡導(dǎo)和實現(xiàn)能力導(dǎo)向的教育,是提高教育教學(xué)水平和質(zhì)量的重要方面。能力導(dǎo)向的教育反對簡單的知識灌輸,而是以知識為載體,通過探討知識發(fā)現(xiàn)、問題求解過程及其相關(guān)思想和方法的使用,培養(yǎng)學(xué)生綜合地、靈活地、探索性地運用知識有效地解決實際問題的能力,逐漸形成健全人格。能力導(dǎo)向教育同時希望通過“揚長”以求教育的效率和對卓越的追求,即在人才培養(yǎng)上應(yīng)該揚長以求效率、求卓越。高等學(xué)校的分類、分專業(yè),為揚長教育提供基礎(chǔ)。在全面實施素質(zhì)教育中,要充分發(fā)揮不同高等學(xué)校和不同專業(yè)的特長,突出專業(yè)能力和素質(zhì)的培養(yǎng),更好地體現(xiàn)學(xué)生的主要訴求,提高教育的針對性、有效性和效率。而且團隊合作、學(xué)習(xí)、表達、交流、克服困難、勇于探索等基本素質(zhì)可以更有針對性地在專業(yè)教育中加以體現(xiàn)。要想實現(xiàn)能力導(dǎo)向的教育,需解決三個問題:專業(yè)能力的構(gòu)成,教學(xué)落實,培養(yǎng)目標達成的判定。為了解決前兩個問題,我們開展了計算機類專業(yè)人才的專業(yè)能力(簡稱為計算機專業(yè)能力)的構(gòu)成與培養(yǎng)研究。研究以作者提出的計算思維、算法設(shè)計與分析、程序設(shè)計與實現(xiàn),以及系統(tǒng)的認知、設(shè)計、開發(fā)與應(yīng)用四大基本能力為基本框架,結(jié)合美國同行在CC2005中提出的59個能力點,給出了計算機類專業(yè)人才專業(yè)能力結(jié)構(gòu):4大專業(yè)基本能力、13個方面、82個能力點,以及這些專業(yè)能力的培養(yǎng)。二、計算機專業(yè)人才的構(gòu)成1.問題求解中的抽象計算思維能力的核心是基于計算機考慮問題求解。廣義而言,可以理解為如何有效地將計算機技術(shù)用于生產(chǎn)、生活和科學(xué)實踐活動,提高工作效率,高質(zhì)量地解決遇到的問題。包括從日常生活的最基本利用到科學(xué)研究領(lǐng)域中的應(yīng)用,以及作為三大科學(xué)研究方式之一而對“計算”的有效利用。從這個意義上講,計算思維能力并不是計算機專業(yè)人才的“專利”,而是生活在信息時代的人都應(yīng)該具備的能力。狹義而言,可以理解為如何按照計算機求解問題的基本方式去考慮問題的求解,以便構(gòu)建出不同類型的計算系統(tǒng)。計算機問題求解,首先是問題的表示。需要通過抽象進行形式化處理,建立適當?shù)哪Ｐ?然后實現(xiàn)計算機表示和處理。而且在計算機系統(tǒng)“獨立”實現(xiàn)對問題的求解之前,還需先在設(shè)計者頭腦中“構(gòu)建”并“運行”各個適當抽象級別上的處理系統(tǒng)(過程)。計算系統(tǒng)及其運行大多數(shù)情況下的非物理特性決定本學(xué)科基礎(chǔ)分支學(xué)科的基本教育原理是抽象第一。計算機專業(yè)人才以狹義的計算思維能力為主,主要包括9個能力點:問題的符號表示、問題求解過程的符號表示、邏輯思維、抽象思維、形式化證明、建立模型、實現(xiàn)類計算、實現(xiàn)模型計算、利用計算機技術(shù)。2.設(shè)計與分析原則算法是計算系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)。計算機專業(yè)人才需建立算法的概念,具備算法意識,以及能對具有相當規(guī)模、較復(fù)雜問題的求解算法進行設(shè)計與分析,并對算法的能行性和效率進行適當?shù)难芯?。算法設(shè)計與分析能力主要包括8個能力點:簡單算法的設(shè)計、復(fù)雜算法的設(shè)計、簡單算法的分析、復(fù)雜算法的分析、證明理論結(jié)果、開發(fā)程序設(shè)計問題的解、設(shè)計概念驗證性程序、確定是否有更優(yōu)的解。3.關(guān)鍵算法與實現(xiàn)程序設(shè)計與實現(xiàn)包括基于軟件和硬件的設(shè)計與實現(xiàn)。按照圖靈獎的獲得者Wirth的觀點,“在較高的認識層次上,硬件和軟件是一樣的”,因為問題的求解最終都可以歸結(jié)為用一定形式的數(shù)據(jù)表示物質(zhì)世界的給定系統(tǒng),并使用算法通過對這些數(shù)據(jù)的變換來獲得相應(yīng)的處理結(jié)果,只不過載體可能不同。程序設(shè)計與實現(xiàn)涉及具體載體下的實現(xiàn)策略、方法、過程,追求相應(yīng)的社會、經(jīng)濟和技術(shù)的可行性、效率、成本、效益等。通常需要掌握適當?shù)恼Z言和程序設(shè)計思想與方法,用優(yōu)質(zhì)的程序?qū)崿F(xiàn)算法,包括程序設(shè)計、軟硬件實現(xiàn)、調(diào)試、維護。程序設(shè)計與實現(xiàn)能力被歸納為3個能力點:小型程序設(shè)計、大型程序設(shè)計、系統(tǒng)程序設(shè)計。4.計算機軟件設(shè)計應(yīng)用能力系統(tǒng)的認知、設(shè)計、開發(fā)與應(yīng)用能力簡稱為系統(tǒng)能力?；疽笫且韵到y(tǒng)的觀點,站在系統(tǒng)的全局去認識問題、分析問題和解決問題,并實現(xiàn)系統(tǒng)的構(gòu)建、優(yōu)化、使用。學(xué)生具有一定的程序設(shè)計與實現(xiàn)能力后,通過提高系統(tǒng)能力,實現(xiàn)綜合能力的提升。這里的系統(tǒng)能力的關(guān)鍵包含兩個層面上的意義:一是對一定規(guī)模的系統(tǒng)的“全局掌控能力”(全局地掌控一定規(guī)模系統(tǒng));另一方面是在構(gòu)建系統(tǒng)時,系統(tǒng)地考慮問題的求解。系統(tǒng)認知能力主要包括6個能力點:基本系統(tǒng)軟件使用、系統(tǒng)軟件構(gòu)成、基本的計算機硬件系統(tǒng)構(gòu)成、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)成、硬件系統(tǒng)的性能、軟件系統(tǒng)的性能。系統(tǒng)設(shè)計能力主要包括19個能力點:設(shè)計數(shù)字電路、設(shè)計功能部件、設(shè)計芯片、對芯片進行程序設(shè)計、設(shè)計嵌入式系統(tǒng)、設(shè)計計算機外設(shè)、設(shè)計復(fù)雜傳感器系統(tǒng)、設(shè)計人機友好的設(shè)備、設(shè)計計算機、設(shè)計應(yīng)用程序、設(shè)計數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫建模和設(shè)計、設(shè)計智能系統(tǒng)、開發(fā)業(yè)務(wù)解決方案、評價新型搜索引擎、定義信息系統(tǒng)需求、設(shè)計信息系統(tǒng)、設(shè)計網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、實驗設(shè)計。系統(tǒng)開發(fā)能力主要包括23個能力點:實現(xiàn)應(yīng)用程序、配置應(yīng)用程序、實現(xiàn)智能系統(tǒng)、開發(fā)新的軟件環(huán)境、創(chuàng)建安全系統(tǒng)、配置和集成電子商務(wù)軟件、開發(fā)多媒體解決方案、配置和集成e-learning系統(tǒng)、創(chuàng)建軟件用戶界面、制作圖形或者游戲軟件、配置數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品、實現(xiàn)信息檢索軟件、制定企業(yè)信息規(guī)劃、制定計算機資源規(guī)劃、選擇網(wǎng)絡(luò)部件、安裝計算機網(wǎng)絡(luò)、實現(xiàn)通信軟件、實現(xiàn)移動計算系統(tǒng)、實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)、實現(xiàn)數(shù)字電路、實現(xiàn)信息系統(tǒng)、實驗實現(xiàn)、實驗分析。系統(tǒng)應(yīng)用能力主要包括14個能力點:使用應(yīng)用程序、培訓(xùn)用戶使用信息系統(tǒng)、維護和更新信息系統(tǒng)、管理高級別安全要求項目、管理一個組織的網(wǎng)站、選擇數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品、管理數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫用戶的培訓(xùn)與支持、資源升級調(diào)度與預(yù)算、計算機安裝與升級、計算機軟件安裝與升級、管理計算機網(wǎng)絡(luò)、管理通信資源、管理移動計算資源。三、不同類型計算機人才專業(yè)方向在各能力點的要求對比不同類型的人才將適應(yīng)不同的問題空間,他們的知識取向不同,需要強調(diào)不同學(xué)科形態(tài)的內(nèi)容,對各個能力點的要求也是不一樣的,正是這些不同,體現(xiàn)了不同類型人才的不同教育要求。例如,從大的框架上講,研究型人才需要強化計算思維能力和算法設(shè)計與分析能力的培養(yǎng);應(yīng)用型人才要求強化程序設(shè)計與實現(xiàn)能力和系統(tǒng)能力的培養(yǎng),而以其他兩種能力為輔。參照CC2005,不同類型計算機人才(專業(yè)方向)在各個能力點的要求分成6級,分別用0~5表示。0:表示不要求;1:表示基本了解有關(guān)要求和做法;2:表示了解有關(guān)要求和做法;3:表示理解有關(guān)要求和做法;4:表示基本具備;5:表示較好地具備。例如,計算思維能力中的“問題的符號表示”能力點,對計算機科學(xué)、計算機工程、軟件工程的人才,要求達到5;對信息技術(shù)和信息系統(tǒng)的人才,要求達到3?！皩崿F(xiàn)類計算”能力點,對計算機科學(xué)的人才,要求達到5;對計算機工程和軟件工程的人才,要求達到4;對信息技術(shù)和信息系統(tǒng)的人才,要求達到1。算法設(shè)計與分析能力中的“證明理論結(jié)果”能力點,對計算機科學(xué)的人才,要求達到5;對計算機工程和軟件工程的人才,要求達到3;對信息技術(shù)的人才,要求達到1;而對信息系統(tǒng)的人才,則不要求。系統(tǒng)能力中的“實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)”能力點,對計算機科學(xué)的人才,要求達到2;對計算機工程要求達到5;對軟件工程的人才,要求達到3;對信息技術(shù)和信息系統(tǒng)的人才,要求達到1?！皩π酒M行程序設(shè)計”能力點,對計算機科學(xué)和軟件工程的人才,要求達到1;對計算機工程的人才,要求達到5;而對信息技術(shù)和信息系統(tǒng)的人才則不要求。四、基本設(shè)計、問題求解課程內(nèi)容設(shè)計專業(yè)基本能力的培養(yǎng),是通過一系列的理論和實踐教學(xué)活動,在循序漸進的過程中逐漸完成。通過強化系列課程的設(shè)置與建設(shè),構(gòu)成能力培養(yǎng)的“階梯式”訓(xùn)練系統(tǒng),使學(xué)生循序漸進地在一系列的修養(yǎng)中“形成”一些良好的學(xué)科習(xí)慣,潛移默化地“養(yǎng)成”學(xué)科要求的能力和素質(zhì)。作為基礎(chǔ)的課程,將起到核心作用。所以,必須強調(diào)課程教學(xué)為專業(yè)人才培養(yǎng)的總目標服務(wù),發(fā)揮每門課程在專業(yè)人才培養(yǎng)體系中的作用。例如,離散數(shù)學(xué)體現(xiàn)對象狀態(tài)及其變換描述的形式化和離散性特征,為計算系統(tǒng)實現(xiàn)問題求解提供強有力的基本手段,對培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力具有重要的意義。形式語言與自動機理論以形式化的視角研究計算系統(tǒng),該課程的主要特點是抽象和形式化,既有嚴格的理論證明,又具有很強的構(gòu)造性,包含一些基本模型、模型的建立、性質(zhì)等,直接促進計算思維所包含的各能力點的培養(yǎng),引導(dǎo)學(xué)生實現(xiàn)從“實例計算”到“類計算/模型計算”的遷移。再例如,程序設(shè)計課程在于培養(yǎng)學(xué)生利用高級程序設(shè)計語言進行問題求解的基本能力。包括使學(xué)生了解高級程序設(shè)計語言的結(jié)構(gòu),掌握基本的計算機問題求解的思想方法以及基本的程序設(shè)計過程和技巧,熟悉適應(yīng)計算機的問題求解基本模式,特別是引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)換思維方式。其后續(xù)課程,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法則需要進一步提高學(xué)生數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法和程序計算能力。通過更復(fù)雜問題的表示和處理,將計算從“實例”初步推進到“類”。在這個過程中把“設(shè)計”作為問題求解的基礎(chǔ),使學(xué)生一開始就養(yǎng)成一個良好的問題求解習(xí)慣。在有一定的基礎(chǔ)后,以基本計算機硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)的構(gòu)建為載體,引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)一些重要的系統(tǒng)設(shè)計思想,分層次地考慮問題,逐步求精,學(xué)會關(guān)注和掌握系統(tǒng)構(gòu)成、系統(tǒng)邏輯,引導(dǎo)學(xué)生從宏觀到微觀去分析、理解和把握系統(tǒng),逐步提升學(xué)生的眼光,引導(dǎo)學(xué)生站在系統(tǒng)級上對算法和程序進行再認識。五、計算機實踐教學(xué)是“掌握基本基本知識和技術(shù)技能、提高實踐能力”的必要部分創(chuàng)新能力的培養(yǎng)已經(jīng)成為高等教育的重要目的。一般來講,就教育而言,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,應(yīng)該理解為培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識創(chuàng)造性地解決實際問題的能力。創(chuàng)新能力的培養(yǎng)沒有捷徑可走,需要扎扎實實的積累。作者認為,創(chuàng)新能力(Innvationability)等于厚基礎(chǔ)(Fundaments)、善思維(Thinking),再加上常實踐(Practice)。可用如下公式表示:一是強化創(chuàng)新意識,不斷激發(fā)其創(chuàng)新的欲望。創(chuàng)新需要張揚“個性”,鼓勵“揚長教育”。創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神的建立在于鼓勵學(xué)生,特別是教育學(xué)生能夠進行自我鼓勵,自覺地尋求頂峰體驗。二是強調(diào)學(xué)習(xí)、工作、探索中的“理性”成分?！袄硇浴笔敲闇誓繕说摹⒏行У男袨榈谋Ｕ稀Ｋ^“理性”,通俗地講,就是要求人們在明確的思想(理論)指導(dǎo)下,沿著較清晰的運行路線,按照一定的規(guī)律進行特定的活動。扎實的理論基礎(chǔ)、學(xué)科方法學(xué)以及適合學(xué)科特點的思維能力和思維方法是支撐該學(xué)科的人員進行“理性”思維和“理性”實踐的三大基礎(chǔ)。三是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)思考問題。從鼓勵學(xué)生多問為什么開始,教會學(xué)生不墨守成規(guī),積極尋找更合理的答案。教師要跳出知識的圈子,在傳授知識的同時,更注重思想、方法的傳授。鼓勵研究性學(xué)習(xí),引導(dǎo)學(xué)生探索未知,倡導(dǎo)學(xué)科上的好奇心和批判精神,帶領(lǐng)他們一步一步地走入“理智”的探索空間。四是強調(diào)不斷實踐。理論知識的掌握程度對實踐能力的影響至關(guān)重要,恰當?shù)膶嵺`活動又對掌握好理論知識有非常重要的促進作用。有人將知識分成理論知識和實踐,并認為理論知識是食物、實踐是消化,是有一定道理的。從計算機學(xué)科抽象、理論、設(shè)計三種形態(tài)來看,也要求將理論和實踐緊密地結(jié)合起來,這是計算學(xué)科的理論性和實踐性緊密結(jié)合的特征的體現(xiàn)。實際上,理論可以使學(xué)生“站到巨人的肩膀上,并擁有一個智慧的腦”,而實踐則是用智慧的腦,練就一雙靈巧的手,去開創(chuàng)一個新世界。要想使實踐教學(xué)能夠達到預(yù)期目標,必須重視總體規(guī)劃的合理性、實驗類型和內(nèi)容的啟發(fā)性、豐富性,實踐環(huán)節(jié)的系統(tǒng)性。特別要注意實踐教學(xué)中的選題規(guī)模和復(fù)雜度必須逐步提升,不可在一個水平上重復(fù)。實踐可以是多途徑、多形式的,不能局限于狹義的實驗室活動和走進企業(yè)的活動。而且不同的專業(yè)、不同的專題對應(yīng)的最有效實踐在“形式”、“途徑”甚至“地點”等方面都可能是不同的。除了教學(xué)計劃中安排的實踐教學(xué)外,鼓勵學(xué)有余力的學(xué)生參與教授們的“科研活動”,通過實際的科研工作,以獲得直接的科研鍛煉?！陡叩葘W(xué)校計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人才專業(yè)能力構(gòu)成與