基于OBE 的计算机科学与技术专业课程体系构建

文志强，朱艳辉，陶立新，彭召意，曾志高

（湖南工业大学 计算机学院，湖南 株洲 412007）

0 引 言

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020 年）》明确指出我国教育要适应国家经济社会对外开放的要求，培养大批具有国际视野、通晓国际规则、能够参与国际事务和国际竞争的国际化人才[1]。工程教育认证是我国高等教育进入国际就业市场的“通行证”。2016 年6 月2 日，《华盛顿协议》全会通过决议，接纳我们国家成为《华盛顿协议》正式成员，这意味着我国通过认证专业毕业生的学历资格将得到签约国认可。近3 年来，中国工程专业认证协会受理工程教育认证申请的专业数量逐年增加。2018 年受理了547 个专业工程教育认证申请，2019 年受理了688 个专业的工程教育认证申请，2020 年受理了671 个专业工程教育认证申请。截至2018 年底，全国共有227 所高等学校的1 170 个专业通过了工程教育认证。

《华盛顿协议》全面接纳成果导向教育（Outcomes-based Education，OBE）理念。OBE 是指教学设计和教学实施的目标是学生通过教育过程最后所取得的学习成果[2]。在OBE 教育系统中，教育者必须对学生毕业时应达到的能力及其水平有清楚的构想，然后寻求设计适宜的教育结构来保证学生达到这些预期目标[3]。OBE 教育模式是一种新的教育教学规范，计算机科学与技术专业接受工程教育认证，必然要求其专业课程体系符合OBE 教育理念。因此，构建和实践基于OBE 理念的计算机科学与技术专业课程体系既是工程教育认证的要求，也是提高人才培养质量的要求。通过课程体系构建与实践，实现从教育资源输入为主转向教育产出导向的转变。

1 当前课程体系中存在的问题

课程体系决定了学生所获得的知识、能力和素养结构。课程体系结构模式主要有层次化结构和模块化结构[4]两种，如文献[5]构建了4 个层次结构课程体系模式，以培养学生理论联系实际、分析问题和解决问题的能力。文献[6]构建了由计算思维、系统设计、工程应用和创新实践构成的4 种能力培养为主线的模块化课程体系。文献[7]在课程模块化基础上，提出创新型应用人才培养模式。文献[8]通过对网上业务分析流程的分析，提出基于业务的计算机科学与技术专业模块化课程体系，以培养创新型人才。从所查文献来看，传统的课程体系存在如下问题。

（1）传统的课程体系强调课程对技术类知识和能力的培养，弱化非技术类知识和能力培养，这是目前国内专业教学的通病。

（2）课程体系的能力培养覆盖缺乏整体规划。传统能力培养集中在知识获取、创新和动手能力的培养，工程能力的培养偏少。

（3）课程体系的评价机制缺失或弱化。国内传统专业人才培养方案因人设课现象十分普遍，随意性比较严重。

（4）课程体系知识更新慢。传统的课程体系中，部分相关内容要么是缺失的，要么是停留在20 多年前，无论课程建设还是教材更新，都明显远远滞后于学科和产业的发展[9]。

为此，2019 年9 月29 日，教育部印发《教育部关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见》，要求“立足经济社会发展需求和人才培养目标，优化公共课、专业基础课和专业课比例结构，加强课程体系整体设计，提高课程建设规划性、系统性，避免随意化、碎片化，坚决杜绝因人设课”。为了从根本上解决上述问题，在课程体系构建中，需要结合多方因素来整体设计，抓住以学生为中心的教学本质，从而达到提升培养学生质量的目的。工程教育认证标准提供了一个很好的课程体系整体设计规范，如文献[10]根据专业实际，通过细化和分解工程教育标准要求，构建了满足工程教育认证标准的计算机类课程体系。依据工程教育认证标准，可以将OBE 理念引入计算机科学与技术专业的课程体系整体设计中，构建基于OBE 理念的计算机科学与技术专业课程体系，并不断实践，持续改进。

2 模块化课程体系的构建思路

根据OBE 理念，能力结构与课程体系结构应有一种清晰的映射关系，能力结构中的每一种能力要有明确的课程来支撑[2]。据此，模块化课程体系构建思路如图1 所示。通过调研国家、社会和行业、用人单位发展需要，学校办学定位及发展目标、学生发展、校友家长期望，确定培养目标。培养目标决定了毕业要求（学生能力）。毕业要求覆盖工程教育认证标准共12 条，涵盖工程知识、问题分析、设计/开发解决方案、研究、使用现代工具、工程与社会、环境和可持续发展、职业规范、个人和团队、沟通、项目管理和终身学习等。课程体系是在这12 条标准基础上构建的。首先将每条毕业要求分解成2～5 条的指标点，然后建立课程与毕业要求指标点的支撑矩阵，形成课程体系。通过设计课程目标，建立课程目标与毕业要求指标点的支撑矩阵，确立课程教学大纲。通过教学内容的选择和课程教学，获得学生学习成果。通过对学习成果的评估及毕业要求达成评价，形成对毕业要求及课程体系的持续改进。整个过程就形成了校内循环。课程目标描述学生能力，而学习成果体现学生能力。

3 模块化课程体系构建

从工程教育认证标准对工程知识及能力培养等不同要求的依赖程度出发，将课程体系划分为6 个模块。

（1）数学与自然科学课程模块。教学重点放在数学、物理等知识的工程灵活应用，培养学生的复杂工程问题的表述、建模和数学求解。涵盖知识点有高等数学、线性代数、概率论与数理统计、大学物理和数据分析方法等内容。

（2）通识教育课程模块。教学重点放在政治经济、法律、环境、伦理、国家与社会、职业道德等知识的了解和社会实践，培养学生工程与环境、工程与社会的分析、沟通和社会能力。涵盖知识点有思想道德修养与法律基础、中国近现代史纲要、马克思主义基本原理、毛泽东思想和中国特色社会主义理论概论课、应用写作、大学生心理健康、大学生职业生涯规划、就业指导、第二课堂等。

（3）工程基础类课程模块。教学重点放在现代编程工具及程序编程技巧运用上，培养现代工具的选择与使用，及复杂工程问题的识别、研究、表达、分析和程序求解能力培养。涵盖知识点有C/C++、数据结构、Java、汇编语言、Web、Python 等程序设计内容。

（4）专业基础类课程模块。教学重点放在计算机系统基础理论、原理、技术分析、方案设计上，培养复杂计算机系统问题的识别、研究、表达、分析和解决方案设计能力。涵盖知识点有电路与电子学、数字逻辑与数字系统、离散数学、编译原理、操作系统、计算机组成原理、计算机网络、数据库系统等内容。

（5）专业类课程模块。教学重点放在计算机应用系统及核心算法的研发，培养复杂工程系统的研究、设计、开发和评价等能力。涵盖知识点有大数据系统、算法设计与分析、软件工程和软件项目管理等。

（6）工程实践模块。教学重点放在复杂工程问题解决方案的设计与开发、工程实践能力提升，培养学生的工程设计、创新、协作和综合应用能力。涵盖实践内容有各类工程实训、课程设计、各类实习、毕业设计和创新创业活动等。

4 实践教学体系构建

实践教学体系集中在工程实践模块，由基础实践子模块、专业实践子模块、综合实践子模块和职业实践子模块构成，由认识实习、生产实习、毕业实习、工程综合训练、创新创业活动和第二课堂活动等实践教学活动组成。实践教学体系及相应能力/素养培养见表1。实践教学体系的安排按由浅到深的认识规律和由简单方案设计、系统设计到工程设计的过程培养方式进行。就实践教学内容来看，从注重能力培养的角度出发，紧密结合专业的发展，不断设计新方式和新内容；对于实践教学环节，无论是必修课还是选修课，实践内容、方式、考核方式等均按照教学大纲的要求来设置，体现了对培养方案、教学大纲的严格执行。

实践教学体系中要求每个学生必须完成8 学分的企业学习经历，共两门课程，见表2。另外，实践教学体系中以团队形式完成的实践教学活动见表3。

表2 学生必须完成的企业学习经历

表3 以团队形式完成的实践教学活动

毕业设计作为大学4 年最后一项实践课程，体现学生通过大学4 年最后所取得的学习成果。该课程需结合计算机工程实际问题，培养学生的工程意识以及综合应用所学知识解决实际问题的能力。所谓工程意识，是指工程的质量意识、安全意识、创新意识、责任意识、环保意识、团队意识、经济意识和伦理意识等内容的思维过程[11]。据此，设计的课程能力培养覆盖了工程意识的各个思维过程，见表4。工程问题分析方面，要求学生能通过文献查阅等手段，分析课题现状、技术和需求，提出符合实际的初步解决方案。解决方案具体设计方面，要求学生分析课题对社会、健康、安全、法律、文化及环境等因素的影响及解决方法，并体现在设计和实现的解决方案里。这样的方案包含了伦理、环保、安全和质量等方面的因素，同时也体现了创新性。团队协作方面，要求以项目组的形式开展毕业设计，制订项目开发实施办法，组建项目团队，制订任务分配方案和协调机制，并按制订的方案和机制实施。指导老师负责考评，体现团队精神和责任精神。沟通方面，要求学生以团队形式阐述项目的设计及实施方案、实施效果并回答专任老师或企业工程师提出的问题，体现团队意识。项目管理方面，要求学生应用技术经济方法分析项目开发、实施、管理和维护等过程中的成本与收益问题，体现学生的经济意识。

表4 毕业设计课程目标对工程意识内涵的覆盖

毕业设计环节方面，有选题、开题报告、中期检查、论文诚信检查、源码质量检测、论文评审和答辩7 个环节。选题环节，学生可以自由选题或老师指定题目，但学生或指导老师必须给出选题表，包括课题名，内容及任务，拟达到的要求或技术指标，进度安排等，提出课题条件或要求。开题报告环节，学生通过查阅文献撰写文献综述，选题依据、主要研究内容、研究思路及方案、工作进度及具体安排。中期检查简述开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果、存在的具体问题、下一步的主要研究任务、具体设想与安排。论文诚信检查环节，利用Gocheck 论文检测系统来判断是否存在抄袭现象，检测结果分A、B、C 3 类，作为论文能否参与答辩的依据。源码质量检测环节，利用国防科技大学提供的Trustie 实训平台对学生编写的源码进行质量评判。论文评审环节，有指导教师评阅和评阅教师评阅构成，都需要对每一项能力给出成绩，并明确是否同意参加答辩。答辩环节，由课题介绍和回答问题两个子环节构成。答辩老师分别给出两个子环节的成绩，综合得到答辩成绩。

5 课程体系评价

课程体系评价的任务是评价课程体系是否合理。评价内容包括课程体系调研报告、支撑矩阵和课程体系列表。评价工作的责任机构是学院教学指导委员会，由主任、副主任、秘书及教学专家成员若干组成。评价周期4 年一次。评价过程如下。

（1）专业负责人撰写课程体系调研报告；分解毕业要求指标点；建立课程设置对毕业要求指标点的支撑矩阵。

（2）专业负责人将调研报告、支撑矩阵和课程体系列表等，送校外专家、企业专家和校内专家评审。专业负责人根据评审意见修改课程体系。

（3）提交学院教学指导委员会进行评审，提交材料包括调研报告、支撑矩阵、课程体系列表、专家评审意见。学院教学指导委员会秘书负责收集材料和评审组织工作。

（4）学院教学指导委员会对调研报告、支撑矩阵、课程体系列表和专家评审意见4 个方面做出合理性评价后，将结果反馈给专业负责人。学院教学指导委员会秘书负责反馈。

（5）专业负责人根据反馈结果修改调研报告、支撑矩阵和课程体系列表。

通过这种评价过程，能保证专业负责人按质按量完成课程体系的整体设计。

6 结 语

规范性课程体系及课程教学设计是当前国内高校工科专业所面临的重要工作，而工程教育认证标准为我们提供了一种国际上多数国家都遵循的规范。建立符合OBE 理念的课程体系是当前专业建设中最迫切的课题。按照工程教育专业认证标准和OBE 理念，通过对计算机科学与技术专业的课程体系、实践课程体系以及能力培养的探索和建设，能够使课程体系无论在课程组成上、还是能力培养上，都基本满足认证标准。下一步，将要把能力培养落实到每一门课程教学上，以最终实现工程人才培养，满足社会对工程型人才的需求。