基于OBE理念的計算機專業人才能力培養模式創新

李薇+王磊+魯曉鋒+何文娟+王戰敏

摘 要：針對目前計算機專業人才能力培養問題，分析當今社會對高素質創新型人才的需求，提出計算機科學與工程學院的人才培養理念：以成果為導向（OBE），以開拓國際視野、厚植學生能力、提升國際競爭力為目標，構建計算機專業人才“學習研究能力—工程實踐能力—交流合作能力—創新競爭能力”四位一體人才培養新模式。

關鍵詞：成果導向；國際競爭力；創新意識；能力培養

0 引 言

成果導向（Outcome Based）、以學生為中心、持續改進是工程教育專業認證遵循的3個基本理念。其中，成果導向教育指以學生通過教育過程最后取得的學習成果作為教學設計和教學實施的目標。Sapdy等人在1981年提出成果導向教育理念后，很快得到教育界的廣泛認可。隨后，美國、英國、加拿大等國家將其作為教育改革的主流理念。隨著創新驅動發展戰略的提出、“互聯網+”的發展以及“華盛頓協議”的簽署，我國高等工程教育國際化進程日益加速，對創新型工程人才和工程師應對復雜系統問題的能力也提出了更高的要求[1]。經濟全球化的深入發展，使現在的大學教育面臨人才培養國際化的嚴峻挑戰。高等教育理念已經從“外延擴張型”向“內涵質量型”轉變。

1 創新人才培養模式，構建四位一體能力培養課程體系

為了滿足工程教育人才培養質量新要求，計算機科學與工程學院革新人才培養模式，提出培養計算機專業人才的教育理念：教育不僅是探索知識和技能的途徑，也是塑造人格魅力、追求生命真諦、譜寫人生輝煌、實現自我價值的過程。

課程體系既是實現培養目標的重要支撐，也是提高人才質量的核心。在學科頻繁交叉、科技飛速發展以及信息爆炸時代，本科教育應著眼于提升學生的邏輯、思維、意志、判斷、合作、表達、責任等特征的核心能力[2]。“學習研究能力—工程實踐能力—交流合作能力—創新競爭能力”四位一體綜合能力培養的課程體系架構如圖1所示。

創新型人才應該具備知識的專業性、系統性和通識性，能力的創新性和發展性，素質的協調發展等特征。根據能力培養目標，人才培養的知識結構可劃分為通識教育、專業教育、專業發展綜合性教育三大類；人才能力培養分為公共能力（學習能力）、專業能力（研究能力、創新競爭能力）和可持續發展能力（工程實踐能力、交流合作能力）；人才的素質結構分為通用素質、專業素質和綜合素質。在教育的過程中應根據四位一體能力培養目標設置課程體系，引導學生實現知識、能力和素質的協調發展。

1.1 固本扎根，以通識教育深植學生潛力

林健指出，在工程領域開展創新活動不僅需要掌握扎實的工程原理、工程技術和本專業的理論知識，還需要具有相關學科甚至邊緣學科和人文社會科學知識[3]，進而能夠高瞻遠矚地看待事物的本質。固本扎根，實行通識教育是培養創新型人才公共能力和通用素質的必要前提。通識教育的特點是拓寬學科基礎，實行文理滲透、理工結合，擴大學生學習的自主權，促進學生的個性化發展。在計算機科學與技術專業人才培養中，通識教育包括公共基礎課、校級選修課和產業前沿課程。

通識教育的目標主要有4個：①培養大學生作為“社會人”所必需的社會通用知識、人文社會科學素養和社會責任感；②促進學生辨證的、全面的、理性的思維和人格發展，形成創新知識結構并培養創新思維，適應社會發展新形態；③幫助學生及時掌握新科技、新成果和學科的最新發展，掌握多元融合技術；④培養學生具備解決工程問題的基本知識、技術以及法律、經濟、人文知識和工程倫理意識。這4個目標中，第一個目標是通識教育的核心和歸宿點，其他3項分別是學生需要培養的3項能力：“批評、創新思維能力”“廣博的視野”和“道德和工程倫理的認知”。通過通識教育，學生具有廣博的視野，形成敏銳的洞察力，具有批判思維能力和創新意識，從而提升國際競爭力，能夠適應激烈的時代變革。

1.2 強化創新素質教育，厚植學生潛力

創新素質是培養和提高創新能力的保障。培養創新素質需要學生具備一定的專業深度和專業能力。專業教育是以解決復雜系統工程能力培養為核心，涵蓋知識、能力、素質培養的教學體系，是在通識教育基礎上培養學生研究能力、創新競爭能力和提高學生綜合素質的延續。專業教育課程涉及專業基礎課和專業核心課，以計算機科學與技術專業為例，專業基礎課和專業核心課設置見圖2。

專業教育的目標主要有兩個：①培養學生的抽象邏輯思維和計算思維能力，使之能夠應用多學科知識識別、表達、分析復雜的工程問題；②培養學生專業應用能力和創新競爭能力，能運用所學知識解決日益增長的復雜系統工程問題。專業教育的實現方案是：選擇優秀教材→構建課程模塊→采用多元化教學模式→開展競賽與培訓→加強交流、開闊視野。首先選用“十二五”規劃教材，鼓勵教師選用國外原版先進教材；以社會需求為導向，緊跟學科發展新動向，設置專業課程體系；在理論教學過程中，積極借鑒國內外各名校課程建設的優秀教學成果，豐富各類教育資源，更新教學內容；采用案例教學法、啟發式教學、討論式教學等多元化教學模式，引導學生多思考，培養學生的批判性和創造性思維；加強實踐環節，設計基礎實踐環節、綜合實踐環節，開展學科競賽、學生培訓等階梯式能力培養體系，培養學生的創新能力、工程實踐能力和團隊合作能力；通過學院與外界的聯系，邀請知名教授、學科帶頭人、企業家來學校作學術報告，開闊學生視野，提高學生的科學素養，培養學生企業家精神。

1.3 拓展專業課程，形成專業特色，發揮學生潛力

創新能力的培養不僅需要寬廣的知識和國際化的視野，還需要主動創新意識和創新性思維以及工程背景知識、分析和解決問題的能力。計算機科學與工程學院在厚植學生潛力的基礎上構建專業能力拓展課程和專業實踐課程，引導學生掌握專業發展知識和綜合性知識，充分發揮學生個人潛力，提升學生的工程實踐能力、交流合作能力、專業素質和綜合素質。其中，系統、完整的知識結構是基礎；促進學生自主學習，提高學生的可持續發展能力，鼓勵學生個性化發展，滿足社會對多樣化人才的需求是最終目標。以計算機科學與技術專業為例，專業能力拓展課程和專業實踐課程設置見圖3。

專業能力拓展課程和專業實踐課程是專業教育深度與廣度的擴展。在編程能力拓展模塊中，通過軟件工具與環境初級課程，學生在分析和設計復雜工程問題時，能夠開發、選擇和使用恰當的現代工具；通過軟件工具與環境中級課程，學生在開發項目的過程中補充自己的專業知識，形成綜合能力，積累項目實踐經驗，提升科技創新意識和科技創新能力；軟件工具與環境高級課程則強化學生在工程活動中的溝通能力、策劃能力、實施能力和管理能力的培養。硬件設計能力拓展模塊和系統設計能力拓展模塊是對專業基礎教育的擴展，強調對學生專業應用能力、構建系統結構工程能力的培養，激發學生的創新意識，使學生在已有知識的基礎上探索未知的知識領域，能夠運用所學知識解決工程實際問題。此外，在專業實踐課程中，首先，加深學生對專業所需基礎知識、基本技能和基本方法的理解；其次，通過在實踐環節中加大企業生產元素的融入，強化學生的工程實踐能力，培養學生自主學習和終身學習的意識；最后，通過引導、討論、合作等方式挖掘學生的創新意識和創新競爭能力，提高學生獨立分析問題和解決問題的能力，培養學生團隊合作能力和溝通表達能力，從而適應當今世界新業態、新產業爆發式發展的需要。

2 設計多元化教學模式，實現知識向能力的轉變

創新驅動發展需要創新人才，創新思維是創新能力的基礎，課堂講授是教學實施的主要形式，是培養創新思維、創新能力的載體。傳統的課堂教學特點是重知識輕能力、重學輕思，教學方法通常是灌輸式、封閉式、句號式。在這種以教師為中心的教學過程中，學生的獨立思維受到干擾，主動建構知識的能力差，學習缺少自主性和能動性，學生只是機械地對知識進行繼承，缺乏對知識的批判與創造。在“知識、能力、素質”的目標指導下，根據知識的特點，筆者對課堂教學進行了改革，借鑒國內外先進的教學經驗，設計了以學生為主的多元化課堂教學模式，見圖4。

教師在教學過程中是知識的傳授者、引導者，學生是主動學習者。教師應在深入了解學生學習能力的基礎上，采用各種方法和手段，教學生“會學”并且“學會”。在教學過程中，首先將課堂環境由嚴肅轉變為輕松，創造愉快的學習氛圍。上課首先是師生的雙向提問環節。學生向教師提問，主要是對所學知識進行分析、批判、質疑；教師向學生提問，主要是檢查學生對知識的掌握情況。雙向提問環節首先營造了一種自由寬松、自主的學習環境，為每個學生創造參與課堂活動的機會，調動了學生的積極情緒，增強了學生的自信心，進而提升學生的學習興趣和創新興趣；其次可以引導學生開闊思路、獨立思考，充分發揮學生的主體作用，也鍛煉了學生的人際交往能力。

在基礎知識方面以講授為主。這種模式可以在較短的時間內將知識系統地傳遞給學生，使學生較快地進行系統學習并掌握知識，從而保證知識的完整性、系統性和扎實性。此外，為了避免學生在學習過程中只對知識進行簡單的繼承，教師在講授過程中設置探索性的環境，采用啟發式、概念圖等教學方法。啟發式教學方法可以激發學生的學習興趣，引導學生在繼承的基礎上發展創新思維，培養創新意識，探索和發現前人尚未解決的問題，提高學生獨立思考的能力和邏輯思維能力。概念圖方法[4]可以使知識模塊形象化、結構化、可視化和清晰化，使學生更好地整合知識，加深對基本理論的理解和掌握，培養創新思維。

在知識運用方面，強調學生對知識的創新性和實踐性。在教學過程中，教師幫助學生將機械地記憶知識轉化為靈活地運用知識，從而實現創新意識的培養和創新思維的發展。這一環節主要采用案例教學、討論式教學、任務驅動教學等模式。案例教學是教師針對課程內容，選擇一些成果案例，對案例進行分析，組織學生進行討論的過程。在案例教學過程中，通過啟發學生對問題進行思考、分析、爭論、探索，拓展了學生的思維，提高了學生的判斷能力、決策能力和綜合素質，激發了學生的創新動力。討論式教學是針對一個問題，師生自由發表意見，大膽探索。這種方式拉近了教師與學生的距離，激發了學生學習的主動性和積極性，知識的傳遞由單向灌輸轉變為多向交流，“句號課堂”轉變為“問號課堂”。學生在交流的基礎上加深了對知識的理解、思考，將新知識與所掌握的知識進行關聯，提高知識的遷移能力，實現學生學習知識、建構知識、發現知識、發展知識和創新知識的正向發展。任務驅動法是教師向學生布置一個任務，學生在教師的幫助與指導下，利用所學知識完成該任務。在完成任務的過程中，學生要對所學的知識進行思考、改造以及靈活應用。因此，這種模式有效地培養了學生的創新意識，提高了學生獨立思考的能力和創新能力。此外，學生依靠自身努力達到學習目標，不斷獲得成就感，進一步激發了學生的學習興趣和強烈的創造欲望，增強了自信心，促進了學生的個性發展，形成了探索知識、發現知識、創新知識、能力培養的良性循環。

3 “四位一體”人才培養模式的實踐

“四位一體”人才培養模式的目的是學生能力培養，能力培養指學生能夠應用所學知識，創新地分析問題和解決復雜工程問題。體現學生能力高低的標準是學習成果，計算機科學與技術專業在人才培養過程中通過課堂教學、實踐環節和科技競賽培養學生的學習研究能力、工程實踐能力、交流合作能力和創新競爭能力。

計算機專業的核心課程采用反向設計、正向實施的方案。課程教學活動的反向設計思路為：社會需求—學習目標—教學活動；課程教學活動的正向實施思路為：講授課程內容—提出學習目標—培養相關能力—獲得學習成果。在課程教學過程中，應針對學習目標，有步驟、按層次地推進教學，引導學生利用已有知識分析問題，通過查詢文獻深入學習課程知識，并探索和追問理論空白點，培養學生的問題意識，提高學生的學習研究能力，實現對理論問題的深度解決。

在實踐環節中，計算機專業的核心課程均要求學生完成具有一定工程背景的綜合設計性實驗。在實驗的構建、設計、驗證和報告撰寫過程中，以學生為主體，教師給予引導和指導，培養學生的創新意識，提高學生的工程實踐能力。此外，綜合設計性實驗通常以小組為單位，學生通過相互交流，不同的思維碰撞激發了學生以發散性思維去思考問題，對已有的知識進行新的分解與組合，在知識的積累中實現認知的發展，進而培養學生對知識的遷移能力、應用能力和創新能力。

科技競賽是培養學生創新意識、創新能力的重要方式之一，是創新思維走向創新實踐的重要媒介，也是學生自我創新能力展示的平臺。科技競賽有效地融合了課內教學與課外實踐活動，訓練學生的實踐能力和高度抽象的縝密思維，拓寬學生的創新思維，培養學生的科學研究精神和探求真理精神，磨煉學生的意志品質，提高學生的溝通能力、策劃能力、實施能力、管理能力、團隊組織和分工協調能力。學院在提高學生國際競爭力的目標指引下，充分發揮導師制的優勢，鼓勵學生積極參加省級及全國程序設計大賽、挑戰杯科技競賽等。在導師的引導下，一些具有良好理論基礎、思維活躍、動手能力強的學生以組建團隊的方式開展各種創新競賽活動：2004年學生參加了ACM國際大學生程序設計大賽亞洲區域賽上海站的比賽；2015年組織學生參加了西北工業大學舉辦的ACM程序設計大賽陜西省賽以及陜西教育學會主辦的C語言杯計算機程序設計大賽；一個隊獲得ICPC省賽銀牌和C語言杯一等獎，兩個隊獲得C語言杯三等獎。此外，學院還組織學生參加了ACM程序設計大賽沈陽站的比賽和杭州電子科技大學舉辦的全國新生網絡賽。通過鼓勵學生參加科技競賽，促進學生個性發展，激發創新意識發展學生的創造性思維，提高創新能力和綜合競爭力，實現從書本到實踐、再到創造的融合與升華。

4 結 語

創新是一個民族進步的靈魂，是一個國家興旺發達的不竭源泉。“四位一體”人才培養模式以成果導向為教學理念，將課堂教學、實踐環節和科技競賽有機地結合起來，以“學生為主體、教師為主導”的教學原則，激發了學生學習的動力和潛力，使學生能夠運用、創新所學知識，培養學生分析問題和解決問題的能力，在解決問題的過程中實現了學習研究能力、工程實踐能力、交流合作能力和創新競爭能力的培養。

西安理工大學計算機科學與工程學院為了提高辦學質量、突出專業特色、開拓學生視野、培養創新意識和增強國際競爭力，提出了人才培養教育理念。在教育理念的指導下，計算機科學與工程學院以成果為導向，以開拓國際視野、深植學生潛力、厚植學生能力、提升國際競爭力為目標，構建了計算機專業人才“學習研究能力—工程實踐能力—交流合作能力—創新競爭能力”四位一體人才培養新模式。在新的培養模式下，2014—2016年，計算機科學與工程學院的學生參加航空模型公開賽、移動終端應用設計創新、數學建模、下一代互聯網技術創新大賽、大學生創新創業訓練計劃項目等國家級競賽13項，ACM程序設計競賽、大學生英語競賽、大學生數學建模、“互聯網+”創新創業大賽等省級競賽38項。由此可見，“四位一體”人才培養模式對學生的能力培養具有重要的意義。

參考文獻：

[1] 周玲， 馬曉娜， 孫艷麗. 工程教育， 讓世界更美好： 2015年全面工程教育國際研討會（TEE 2015）綜述[J]. 高等工程教育研究， 2015（4）： 27-35.

[2] 李慶豐. 強化導向和評價推動課程體系建設[J]. 中國高等教育， 2014（5）： 35-37.

[3] 林健. 卓越工程師創新能力的培養[J]. 高等工程教育研究， 2012（5）： 1-17.

[4] 賴紹聰， 華洪. 課程教學方式的創新性改革與探索[J]. 中國大學教學， 2013（1）： 30-31.

（編輯：孫怡銘）