基于成果导向理念的计算机新工科人才培养

王 毅，黄建忠，张沪寅

（武汉大学 计算机学院，湖北 武汉 430072）

0 引言

自我国2016 年正式加入国际本科工程学位互认协议《华盛顿协议》后，如何顺应宏观的国家战略和社会进步需求，适应微观的行业发展和用人单位需要，培养具备跨专业、跨学科能力的创新型、复合型人才逐渐成为众多高校的研究方向，并总结了许多有效的教学理念和实验、实践教学方法[1-9]，而计算机学科作为“老的新工科，新的老工科”，其人才培养方法具有典型性和代表性，因此探讨满足计算机类新工科人才培养需求的教学理念非常重要。

传统教育是进程导向的，学生根据学校规划的人才培养方案进行固定学时的课程内容学习；教学策略以解决具体学科的具体问题为主，注重固定内容的考试评分；教学模式强调教师为核心，以教师课堂教授内容为主要授课形式，更侧重于传授给学生线性的、能形成逻辑知识点链条的知识体系。有鉴于此，必须采用有别于传统的新的教育理念，引导新的教学模式、思路或方法来满足创新型、复合型人才培养的需求。

1 成果导向教育理念符合新工科人才培养的实际需要

成果导向教育（OBE）是由美国首先提出来的，美国工程教育认证协会全面接受了OBE的理念，并将其贯穿于工程教育认证标准的始终[10-11]。相对于传统教育，成果导向教育具有根据最终成果反向设计教学内容的特性，即以学生获得的最终能力为中心，反向推导制订所需的教学策略、教学方案、教学内容和教学模式。其内核理念，即教育目标分类理论、精熟教学理论、标准参照评价、能力本位教育等多个方面[11-13]，符合新工科人才培养特性。

1.1 OBE 教育目标分类内涵契合新工科人才培养目标

布卢姆的目标分类理论将教育目标分为认知、情感和动作技能3 个领域，并从实现各领域的最终目标出发，确定了一个细化目标的程序，在认知领域，教育目标分类理论将目标划分为由低到高的知识、领会、运用、分析、综合、评价共6 类。在情感领域，教育目标分类理论将目标划分为接受、反应、价值化、组织、价值体系个性化共5 级[14]。

1.2 OBE 精熟教学方法符合新工科人才培养模式

精熟教学强调以学生为中心，弹性安排教学时间、方式与内容，以所有学生对知识的全面掌握为核心标准，契合了以学生能力培养为中心的新工科人才培养模式。

1.3 OBE 标准参照评价提高新工科人才培养效能

标准参照评价，是基于某种特定的标准，评价学生对与教学等密切关联的具体知识和技能的掌握程度，其对学生学习成就的解释采用的是绝对标准，即学生是否达到了教学目标所规定的学习标准以及达到的程度，而不是比较学生个人之间的差异[15]。新工科要求培养人才的创新意识和持续学习能力，如果以传统教学的常模参照评价，则难以提供相应教学辅助，导致无法满足新工科的个性化人才培养需求。以具体成果为标准参照评价，则可以提供一个稳定可观测的事件或数值作为每个学生学习结果的评测标准。

1.4 OBE 能力本位教育提升新工科人才培养质量

能力本位教育强调提升学生的综合职业能力，即学生在产业界入职工作后表现出来的知识能力、自学能力等多方面能力，贴合了新工科人才培养的具体需求，其实践方式必然给学生带来创新意识的增强和持续学习能力的提高，最终提升新工科人才培养质量。

2 通过以赛促学的教学模式，践行成果导向教学理念，满足新工科人才培养需求

2.1 以赛促学符合新工科人才培养需要

以赛促学为本科教学提供了客观评估数据，推动了教学改革，保证了课程符合“金课”标准。通过引入学科竞赛作为外部的第三方考评标准，解决了人才培养成效评定的专业性、客观性的问题。国家级学科竞赛的组织专业性和客观性被广泛认可。竞赛结果可作为人才培养成果的外在可观测结果，使教学效果有了直接观测的可能，解决了教学成果的统一性评价难题，也为持续改进教学内容和方法提供了可参照的数据结果。同时因为学科竞赛天然的高阶性、创新性、挑战性等特点，也使得相应培训课程满足教育部提出的“两性一度”的金课标准。

以赛促学为课程提供了新的实践案例制作思路。学科竞赛获奖案例、企业赛命题案例等均可逆向转化为课程教学案例资源，降低了成果导向教学理念的实践难度，也助推了本科人才培养质量的提高。

2.2 以赛促学实践教学模式以学生能力提高为最终成果

以赛促学实践模式以学生的创新意识与持续学习能力为最终结果。因此必须综合考量现有的师资力量、实验教学资源等情况，通过设计符合学校特性的课程模式，完成教学内容和教学方案的反向设计。教学策略以多专业、学科的教师团队指导学生竞赛项目为主，注重师生合作以形成教学合力，其教学模式以学生为中心，侧重于引导学生通过案例实践掌握理论的应用方式，并通过思维训练形成学生个性化的创意灵感，最终将之灵活运用于学生创意项目中。

3 以赛促学教学模式的特色、优点及实践过程中的注意事项

成果导向教育理念的实践有5 个步骤，分别是确定学习成果、构建课程体系、确定教学策略、自我参照评价、逐级达到顶峰[11]。武汉大学计算机学院以学生的创新意识培养和持续学习能力提高为最终结果，以提升新工科人才培养质量为设计思路，反向设计了以“思维训练+案例实验实践+创意项目文本撰写与实现”为核心教学内容的教学模式。

3.1 构建核心教学内容，提升人才培养的针对性

思维训练，以案例解析的形式讲解物联网、大数据、人工智能等新工科技术运用方式，扩展学生视野，让学生建立基础的计算机类技术概念，培养学生的计算机思维能力。

案例实验实践，分为基础案例实践、综合案例设计与实现两部分。基础案例部分以多类型硬件设备实践为主，让学生熟悉工业传感器、MCU和多类型无线通信模块的实操技能，综合案例设计与实现以学科竞赛获奖案例的复现为主，目前提供中国大学生计算机设计大赛的学生获奖案例转化的实践教学资源，如基于arduino 的智能操控系统设计、基于树莓派的智能小车系统设计等。

创意项目文本撰写和实现，通过课堂讨论、课下交流等多种形式，引导学生形成项目团队和创意构建，教师根据团队人员组成、项目可行性等具体情况进行对应指导，并根据教学进程、竞赛安排等情况要求学生团队运用之前所学知识和技能，完善项目内容。

3.2 以“案例”为灵魂，提升教学模式的普适性

以“案例”为灵魂的课程设计方式，实际上是以“案例”为桥梁，将各专业、学科的理论授课与实践教学相连通，因此可以在不破坏既有人才培养方案的情况下，最大限度地拓展与丰富教学内容，保证以赛促学教学模式下的教学内容与学生能力培养间的普适性。

在思维训练阶段，将专业性竞赛案例转化为通识性教学知识点，引导学生理解物联网、大数据、人工智能等新工科技术的实现原理和具体应用方式，在解构具体案例的过程中梳理案例的技术路径，降低了学生掌握相关技术的门槛，提高了以赛促学教学模式的人才培养兼容性。

在案例实验实践阶段，以学科竞赛案例设计性复现为重点，有效串联前期基础案例实践内容，强化了“学”与“用”之间的联系，提高了以赛促学教学模式面向各专业、学科学生的教学实用性。

在创意项目文本撰写和实现阶段，围绕“创意”实现这个核心目标，学生以组队形式和教师团队形成互动，系统性地运用前期所学知识与技能，提升了学生的获得性成就感，增强了学习动力，提高了以赛促学教学模式面对多专业、学科学生的适应性。

3.3 弹性授课与逐级考核，满足不同需求学生的学习需要

鉴于教学资源、学生兴趣方向、学校教学规定、学科竞赛时间点等方面的限制，武汉大学计算机学院在以赛促学教学模式实践过程中，并未强制所有学生必须在课程结束后参与某项国家级学科竞赛，而是采用了“计划内授课+课下开放”的弹性教学模式，通过设定逐级考核目标的方式，满足了不同需求学生的学习需求。

3.3.1 计划内授课面向竞赛兴趣更强的学生

针对竞赛兴趣与意愿较强的学生，安排了3门各32 学时的通识课（主要面向非计算机学院学生）和1 门32 学时的专业选修课（主要面向计算机学院学生）供学生选课。课程安排为思维训练部分4 学时，案例实验实践12 学时，创意项目文本撰写和实现16 学时。为了提升教学效果，课程设置了逐级考核，要求参与课程的学生必须完成案例实操、创意文本撰写、项目模拟答辩等环节的内容，以达到个性化培养和全面教学兼顾的目的。

3.3.2 课外开放提供弹性教学内容

由于部分国家级计算机类学科竞赛的组织时间并不完全契合教学时间，导致部分学生参加今年的课程后需要明年才能参加比赛，而课程分数评定无法延期一年，并且计划内授课的弹性不足，因此设计了开放教学环节作为计划内授课的教学补充和扩展。

一是面向选课学生进行课程对应的课下开放。通过教师集中讲授的形式，在固定地点（一般为实验室）、固定时间段（第三学期）集中式开放，进行固定内容（各类学科竞赛宣讲、某类具体技术的案例讲解与实操等）的教习。

二是面向非特定学生进行形式较自由的计划外开放。在固定地点、非固定时间段（一般是每周周末）进行的具体技术实训指导，如arduino小车拼装与控制等。

三是面向有一定基础的学生进行固定题目的计划外开放，如针对计算机学院卓越工程师班的学生，通过网络发布具体项目（如基于神经网络的白血病检测结果筛查等）征召队员，利用学生空闲时间灵活安排开放时段，完成项目内容。

3.4 以赛促学模式的教学结果可观测，有包容性

3.4.1 学生角度

参赛学生以竞赛结果和课堂逐级考核成绩为最终课程成绩，除正常绩点的获得外，还可根据武汉大学本科生院竞赛奖励规定，依照竞赛获奖级别和名次，获得对应的创新学分、奖学金等奖励。

未参赛学生将以课堂逐级考核成绩为最终课程成绩，并且其文本资料必须仿照某类国家级学科竞赛进行充分准备，以便纳入成绩评定标准范围。

图1 引导学生完成个人能力台阶提升

3.4.2 教师角度

可以通过竞赛获奖数量对教学效果进行间接观测对比，从而不断优化教学内容和教学方式，提升教学质量。

3.4.3 教学管理部门角度

教学结果便于进行成果管理，落实相应的支持政策。目前武汉大学本科生院通过开设第三学期通识课、竞赛项目申报审批、年终竞赛获奖绩效奖励、工作量等效核算等方式支持以赛促学教学模式的推广，也取得了较好的成果，在2014—2018 年全国普通高校学科竞赛评估中，武汉大学以各类竞赛获奖429 项，总分98.33 位列全国第三。

3.4.4 社会认可角度

在GPA 绩点外提供了另一个学生学习情况的评判依据，尤其企业深度参与的学科竞赛（如中国大学生服务外包创新创业大赛等），学生团队的能力会通过竞赛评定获得企业认可。

3.5 案例”建设的一些注意事项

3.5.1 “案例”来源

以赛促学教学模式所选取的案例主要来自3个方面，一是学生的竞赛、创新创业项目内容的转换，二是教师的科研、教改等项目成果转化，三是与企业供应商的合作开发，如教育部的“产学合作协同育人”项目等。

3.5.2 案例建设应避免碎片化

以案例为主的实践教学极易导致教学内容碎片化，因此必须以创新意识培养为线索，让学生以应用角度将案例内容与所学课程知识点进行串联，引导学生自学修补知识点间的“间断点”，完成个人能力台阶的逐步升级。学生通过自学完成个人能力台阶提升，见图1。

3.6 教学团队、成果转化方面的一些措施和经验

3.6.1 教学团队建设

（1）教学团队应注重实践经验，最好有实验技术人员参与，便于日常管理、指导、案例转化、案例维护、安全管控等。

（2）教学团队应鼓励学生参与，通过纳入不同专业的本科、硕研学生，提升计划外开放的频次，提高指导效率，减轻教师压力。

3.6.2 从学生和教师两方面入手，注重教学成果的转化

（1）鼓励学生申请专利、创建创业团队等。目前已促成3 项学生竞赛案例内容转化为相关专利。

（2）鼓励教师撰写教学案例参赛、教学论文投稿、实验指导书发行等。目前已组织教师发表十多篇教学论文，2 次获得CPEC 全国普通高校实验教学案例二等奖。

（3）基于以赛促学教学模式的实验教学改革成果《构建计算机类本科实践教学体系，引领“以赛促学”创新型人才培养》，获得第八届湖北省高等学校教学成果奖一等奖。

4 结语

本科教育是高等学校长远发展中最基础、最重要的工作之一[16]，而新工科作为“中国制造2025”等国家战略的人才培养核心推动力，是工程人才培养必须满足的核心需求，因此探讨如何在本科阶段培养具有跨专业、跨学科能力的创新型、复合型人才是十分必要的。武汉大学计算机学院秉持成果导向教育理念，抓住计算机学科人才培养的特性，依照新工科人才培养的实际需求，反向设计教学模式，通过以赛促学教学模式有效推进了计算机类本科人才培养质量的提高。