计算机科学与技术专业课程体系改革研究综述与思考

张 民

（清华大学出版社有限公司 计算机与信息分社，北京 100084）

0 引 言

步入全球化进程后，中国的工程教育面临来自国内工业界的新要求和来自国际工程教育的新挑战，深化课程体系改革和建设是全面提高教育质量的基本内容和重要举措。高校培养目标是对学生的知识、能力和素质提出的理想预期，而课程体系在很大程度上决定了学生能呈现的知识、能力和素质结构，决定了教育理想能否成为教育现实。计算机科学与技术专业是现代高等教育中发展最为活跃的专业之一，也一直是高校的热门专业。笔者将研究视角聚焦于普通本科院校计算机科学与技术专业课程体系的改革研究，从整体上梳理和探讨该领域的发展现状和趋势，并对其核心要素和重点问题进行深度挖掘和分析。

1 以美国为代表的课程体系研究情况概述

多年来，美国在计算机科学与技术领域一直处于世界领先地位。在美国，每年都会召开有关计算机科学与技术课程体系的研究与改革国际会议，各高校的研讨活动也开展得如火如荼。国际计算机教育领域最具影响力的国际计算机学会（ACM）和国际电气和电子工程师协会/计算机协会（IEEE/ CS）联合成立的教育分委员会专门负责研究计算机科学与技术专业教学计划的修订工作，平均每10年推出一轮新的教学计划。1991年，IEEE/CS与ACM制定了著名的计算教程（Curricula for Computing，以下简称CC），对世界各国的计算机本科教育产生了非常大的影响。1998年秋，两大团体建立计算教程联合任务组，并于2001年12月公布了新教程（以下简称CC 2001）的计算机科学卷最终报告，报告说明了CC 2001划分为计算机科学、计算机工程、软件工程、信息系统和信息技术等的指导思想。计算机学科长期以来被认为具有两个重要的分支领域，即计算机科学和计算机工程。在后来发布的CC 2005中，信息技术也被正式纳入计算学科的分支领域，并于2006年推出了学科教程IT 2006。2013年，最新的CS 2013发布。

CC的研究工作为高校计算机科学与技术专业的发展带来了深远的影响，参考美国多所大学计算机科学与技术专业的课程体系以及一些学者的调查和总结不难发现：美国高等教育主要以培养通才类型的人才为主，注重通识教育和跨学科选修。美国高等教育课程体系的重点在于为学生的未来发展奠定基础，而不仅仅是为专业发展服务。各大学的主要核心课程一般控制在10门以内，并为学生的深度发展提供许多高级课程，如斯坦福大学的深度课程、佐治亚理工学院的研究生专业选修课程、伊利诺大学－香槟分校的高级课程等。课程设置充分考虑学生的能力，在强调宽厚基础的同时，注重理论与实践相结合[1-2]。

有学者在分析美国、英国、德国等国高校计算机专业课程体系的基础上，总结出一些相似之处和值得借鉴的地方：①注重课程设置的社会性、时代性和实用性，始终依据社会需求设置课程；注重课程的平衡性，合理分配理论与技术课程的比例；注重课程设置的科学性，强调自然科学、人文科学内容的重要地位。②重视学生的主体地位，通过大量的选修课程给学生充分的选择与发展空间。③注重学生多种能力的培养，尤其是创造能力和科研素质的培养。注重传授获取知识的方法和手段，而不是只给出最终结论和定理[3-4]。

此外，对于高校计算机专业课程体系的组织，美国高校计算机院系大都设置了由若干名教师组成的课程委员会，每学期举行2次会议讨论课程设置问题。反观我国的计算机科学与技术专业，许多学校的课程体系一旦制定，通常是3～5年不变，也有不少学校只在上级部门要求编写新教学计划时，才临时召集几名教师讨论。如何转变观念并创建和完善课程体系更新机制，以保证科学制订并及时更新计算机科学与技术专业课程体系，也是我们需要反思并向国外高校学习的重点之一。

2 我国课程体系改革研究综述与分析

我国计算机科学与技术专业教育已经历了60年的发展。多年来，IEEE/CS和ACM发布的计算教程（CC系列）对我国计算机科学与技术专业教育产生的影响极大，如今很多学校的培养方案仍有其痕迹。2006年，教育部高等学校计算机科学与技术专业教学指导委员会编制了《计算机科学与技术本科专业规范》（简称《规范》），鼓励各高校在《规范》的基础上，根据各自的实际情况制定人才培养方案。2013年，教育部高等学校计算机类专业教学指导委员会又在教育部的组织下，启动了制定计算机类专业教学质量国家标准的工作，并于2018年正式发布。

2015年，中国工程教育认证协会制订了我国专业认证通用标准（2015版），并对每个试点专业领域都制定了补充标准，其中的计算机科学与技术专业补充标准指出，“本认证标准适用于计算机科学与技术专业。课程设置由各学校根据自身的办学特色自主设置，本专业补充标准只对数学与自然科学、工程基础、专业基础、专业课程四类课程的内容提出基本要求。各高校可在该基本要求之上增设课程内容”。

随着以上专业规范、专业认证标准以及“卓越工程师教育培养计划”通用标准和专业培养方案的相继出台，许多高校陆续开展了一系列的教学改革工作，试图构建具有本校特色的计算机科学与技术专业课程体系，取得了一些成果，也积累了许多经验。其中，既有多位计算机教育专家对课程体系构建方法的思考和研究[5-6]，也有许多高校的一线教师对本校计算机科学与技术专业课程体系的一系列关键问题进行的总结和提炼。这些成果的发表充分显示了我国大批学者的不懈努力和取得的成就，但也应看到，论文的数量和质量与其他传统学科或工程教育的相关研究成果相比还有不少差距，与计算机产业的重要地位、发展速度，以及对计算机科学与技术专业课程体系改革的迫切需求尚不匹配。

2.1 文献分析

在中国学术文献网络出版总库中，以“课程体系”为主题的文献超过12万篇，涉及“工科”或“工程”的文献有1.4万篇，其中计算机专业的相关文献只有7千多篇（且有一大半是高职院校的课程体系）。以“计算机专业课程体系”为主题，共搜索到950篇，其中，2000年之前发表的文献只有3篇，2000—2005年60篇，2006—2010年253篇，2011—2015年429篇，2017年之后已有近百篇，文献逐年上升的趋势十分明显。如果再精准检索，以“计算机科学与技术专业课程体系”为主题，则只有不足200篇，且超过半数为近5年发表，其中只有一半文献被引频次大于等于1。以上数据反映了我国计算机科学与技术专业课程体系相关研究在数量上的不足，而这些成果在质量方面的评价则不能简单地一概而论，需要进一步的深入分析。

1）课程理论研究和指导不足，研究队伍尚需整合。

高等工程教育课程理论研究有两大类：一种是课程基本理论，主要解决课程的方向和设置问题；另一种是课程编制理论，主要解决课程内容的编排和评价问题。较理想的情况是：课程理论研究队伍由数量相对合理的课程思想家和课程编制专家共同组成。我国的现状则是：两种类型的研究人员的数量都严重不足，从事第二种类型研究的学者则更少。尽管有不少专家热心于课程研究，但大多局限于微观课程，有关宏观课程和课程体系的研究相对薄弱。我国从事计算机课程理论研究与实践工作的大多是一线教师和教学管理人员，这一领域的理论研究人员较少，且多年来这两方面的人员一直缺乏足够的交流与合作，理论研究与改革实践的联系也不够紧密。应该肯定的是，近年来有不少计算机教育专家在构建和改革计算机科学与技术专业课程体系方面做出了艰苦的努力和卓越的贡献，其中不乏一些专家以宏观和系统的视角分析和研究，已具备较深的理论深度，但此类研究实属凤毛麟角，尚未达到应有的规模。多年来，教育部高等学校计算机科学与技术专业相关教学指导委员会和计算机类专业认证分委员会主持的一系列相关工作发挥了重要的指导和示范作用，但还需要广大一线教师和教育专家密切合作，进行更多更深入的跨学科合作研究。

2）比较研究尚不全面。

我国在计算机科学与技术专业课程体系改革的比较研究集中于对发达国家计算机专业课程体系的研究，尤其是对美国的关注和研究。诚然，美国在计算机领域处于世界领先地位，有许多值得学习和借鉴的经验，但其他国家的经验也值得我们关注，而这方面的研究极少。在中国学术文献网络出版总库中，以“课程体系”+“计算机”+“美国”为主题的文献有一百余篇，而有关印度的只有12篇，且几乎都是论述职业教育而非本科教育。印度是仅次于美国的全球第二大软件人才储备库，有独特的金字塔式人才培养模式，其教学模式和课程体系等方面有许多值得我们借鉴和研究的经验，而目前这方面的研究非常有限。

除了国别研究的不平衡，比较研究的深度也不够。例如，对于国外计算机科学与技术专业课程体系的研究往往只注重介绍当代和现行的做法，对其历史及发展过程中的经验教训和原因缺乏深入的分析和系统的综合研究，缺乏在结合我国国情和实践的基础上探讨如何借鉴及创新的深入研究。

3）研究视角和方法的不足。

我国对于计算机科学与技术专业课程体系的研究多以实用主义为主，以解释各种政策文件和介绍国内外先进的体系模式为主。目前，已有一些尝试以理论指导实践的努力，但课程改革的实践还不够深入，大多还停留在经验交流层面，侧重于一般的建设性意见和实际工作总结，缺乏有说服力的实证研究或系统化的理论框架和实施体系的支撑，在相关理论和实践方面均有待突破。尤应注意的是，还缺乏将实践上升到理论高度的意识和能力，以致在多年实践工作中形成的想法难以沉淀、总结并形成新理论或新方法。

此外，选择Web of Science数据库，以curriculum system为主题的英文文献达4万余篇，而同时涉及计算机专业的英文文献只有3千余篇。从英文文献的类型来看，会议论文和学术论文几乎平分秋色；从国家/地区的分布来看，最多的是美国（42%），其次是中国（11%，多为在中国召开的国际会议论文），然后是英国（4.5%）、德国（4.13%）、澳大利亚（3.8%）；从发表时间来看，2006年之后的文献占比超过60%，也有逐年上升的趋势；从引文报告的情况来看，2006年是引文数量逐年增加的分界点，不过文献的被引频次总量不高，平均引用次数2.6，且被引频次高的多为方法类或单门课程的文献，真正相关度高的文献被引频次很低。总的来说，无论是会议论文还是期刊论文，这些英文文献的相关性和被引频次都明显不如其他工程教育领域的研究成果。

2.2 内容分析

内容分析法是一种独立、完整的科学研究方法，具有系统性（对类目的取舍依据一致标准）、客观性（分析基于明确制定的规则执行）和定量性（运用统计学方法对类目和分析单元进行计量和分析）3个关键特性[7]。笔者以中国学术文献网络出版总库中公开发表的关于计算机科学与技术专业课程体系的学术论文为研究对象，运用内容分析法，根据学术论文的内容确定研究主题并进行深度挖掘与分析。

首先确定研究对象：设定合适的检索条件进行精准检索后，通读所有论文，进一步去掉相关度低的论文，最终选取185篇相关度较高的学术论文进行内容分析研究。

关于分析类目，依据相关课程理论，并参考《高等学校计算机科学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范（试行）》《中国工程教育认证通用标准》《“卓越工程师教育培养计划”通用标准》等文献，以及相关机构和学者的研究成果，经过3次测试，确定了4个一级类目（专业培养目标、课程体系结构、课程体系实施和课程体系评价4个核心要素）和若干个二级类目、三级类目及四级类目。

精读185篇文献，按照类目分解并统计。由于本研究由作者独立完成，因此采取重复编码的方法检验信度。每隔2个月进行了3次编码和分类，达到了比较高的信度。本研究的分析类目参考了许多规范、标准和权威文献，多次咨询计算机科学与技术和高等教育领域的专家，经过多次试测修正，并借助计算机辅助工具的协同研究，可以认为总体上有较高的效度，由于有些文献中的描述较模糊等因素，故难以达到更高的效度。

在编码统计的基础上，进一步对各个分级类目和分析单元进行数据的解释与综合分析，研究数据反映出的高校计算机科学与技术专业课程体系的主要问题和突出问题可概括为如下4个方面。

（1）专业培养目标不规范。突出问题是各校各专业具有较大的趋同性，缺乏专业特色，尤其是大部分地方院校只简单将培养目标定义为应用型人才，没有深入研究本校本专业的培养目标和培养要求的实现途径，缺乏科学的设计和不断修正的机制。

（2）课程体系的结构趋同且科学性不足。突出问题是各高校的课程体系结构基本趋同，大多为模块式结构或“平台+模块”结构，拼装多、整合少，课程结构的设计缺乏科学性和逻辑性。

（3）课程体系实施方式改革不够深入。课堂教学的教学方式中，研究性学习方式还不够普及；课外学习的教学方式中，虽然大学生科研和学科竞赛已经引起较普遍的重视，但在线学习和创新创业训练等教学方式仍须大力发展和深入改革。

（4）课程体系改革缺乏可行的整体解决方案。不少高校虽然意识到了课程体系的问题并努力探索改进，但切实可行的整体解决方案尚不多见，大多为单纯调整课程比例或改进单门课程的教学模式，没有上升到系统论和课程论的高度。

3 思考与建议

3.1 关于专业培养目标

在高等教育管理实践中，专业培养目标又称为培养规格，是对学生毕业后在知识、能力和素质上应该具备或达到程度的综合描述。

关于培养类型，工科院校的重要任务是培养国家和社会需要的各类工程师，各工科院校计算机科学与技术专业应根据本校的定位和办学优势，结合本专业的特点和社会需求，对所培养的工程师类型做明确的定位和清晰的说明。

关于培养要求，各校在充分满足专业规范基本要求的基础上，可以根据自身特点，集合教育专家、产业界、校友、用人单位等多方力量，设计符合本专业需要的知识、能力和素质要求。尤其应注重目前普遍缺乏或不规范的方面，应加强培养现代工程意识的规范描述，加强对技术标准与政策法规的要求，加强对创新意识和国际交流合作能力的要求。

3.2 关于课程体系结构

目前，较常用的课程体系结构模式主要是层次化结构和模块化结构。层次化结构以学科和专业知识为主线，课程之间的逻辑关系是学科知识体系；模块化结构由若干个完整的课程模块构成，课程之间的逻辑关系具有多样性和灵活性，能够突破学科专业领域的界限，但如果过于追求学生的个性发展，可能变成各种课程的大拼盘，从而失去课程体系的整体功用。

在构建专业课程体系的过程中，将专业培养目标细化为知识、能力和素质，并落实到具体课程的对应关系矩阵，是一种有效的方法，层级式和模块式都可以用这种方法将所有的要求都落实到课程中去。应始终立足本校定位，结合专业特点，强调个性化和多样化，将专业培养目标中的培养要求细化为知识、能力和素质，并落实到课程的映射关系矩阵。

3.3 关于课程体系实施方式

（1）将课程体系实施要素的设计纳入课程体系构建流程，进行一体化设计。采取的教学实施方式要有利于培养目标的实现，有利于创建反映计算机系统（工程）的真实工作过程的环境。在设计每个课程模块和每门课程时，统一考虑课程模块或课程的目标、教学方式和考核方式。

（2）进一步改进课堂教学的教学方式。除了讲授式教学的实施方式，新型的课堂教学方式可归结为研究性学习方式，最常见的有基于问题的探究式学习、基于案例的讨论式学习和基于项目的学习等方式。既要借鉴国际优秀模式，也要结合我国具体实际，大力开展研究性学习方式的实践和探索，并努力将原来比较极端的建构主义改造为新型建构主义，为学生创造更理想、更恰当的学习环境。

（3）优化整合课外学习的教学方式。同课堂教学方式一样，课外学习的实施方式也要在构建课程体系时统一考虑，将各类课堂合理均衡地分布到各个学期和学生的认知周期，创造条件搭建各类教学平台，构建适合本校本专业需求的混合式学习模式，整合在线学习、创新创业教育等教学方式的优势，为课程体系的总体目标提供更坚实有效的支撑。

4 结 语

计算机学科的发展非常迅猛，我们的课程体系构建应更加注重多元、注重社会和科技发展等带来的影响，以工程教育理论、课程理论以及计算机科学与技术方法论等理论为指导，以更加开放的心态和步伐不断更新。相信随着我国高校教学改革的逐步深入，以及“卓越工程师教育培养计划”“新工科建设”等重大举措的实施和推进，今后会涌现更多更深入的有关计算机科学与技术专业课程体系改革的研究成果和实践应用。