計算機科學與技術專業課程體系改革研究綜述與思考

張 民

（清華大學出版社有限公司 計算機與信息分社，北京 100084）

0 引 言

步入全球化進程后，中國的工程教育面臨來自國內工業界的新要求和來自國際工程教育的新挑戰，深化課程體系改革和建設是全面提高教育質量的基本內容和重要舉措。高校培養目標是對學生的知識、能力和素質提出的理想預期，而課程體系在很大程度上決定了學生能呈現的知識、能力和素質結構，決定了教育理想能否成為教育現實。計算機科學與技術專業是現代高等教育中發展最為活躍的專業之一，也一直是高校的熱門專業。筆者將研究視角聚焦于普通本科院校計算機科學與技術專業課程體系的改革研究，從整體上梳理和探討該領域的發展現狀和趨勢，并對其核心要素和重點問題進行深度挖掘和分析。

1 以美國為代表的課程體系研究情況概述

多年來，美國在計算機科學與技術領域一直處于世界領先地位。在美國，每年都會召開有關計算機科學與技術課程體系的研究與改革國際會議，各高校的研討活動也開展得如火如荼。國際計算機教育領域最具影響力的國際計算機學會（ACM）和國際電氣和電子工程師協會/計算機協會（IEEE/ CS）聯合成立的教育分委員會專門負責研究計算機科學與技術專業教學計劃的修訂工作，平均每10年推出一輪新的教學計劃。1991年，IEEE/CS與ACM制定了著名的計算教程（Curricula for Computing，以下簡稱CC），對世界各國的計算機本科教育產生了非常大的影響。1998年秋，兩大團體建立計算教程聯合任務組，并于2001年12月公布了新教程（以下簡稱CC 2001）的計算機科學卷最終報告，報告說明了CC 2001劃分為計算機科學、計算機工程、軟件工程、信息系統和信息技術等的指導思想。計算機學科長期以來被認為具有兩個重要的分支領域，即計算機科學和計算機工程。在后來發布的CC 2005中，信息技術也被正式納入計算學科的分支領域，并于2006年推出了學科教程IT 2006。2013年，最新的CS 2013發布。

CC的研究工作為高校計算機科學與技術專業的發展帶來了深遠的影響，參考美國多所大學計算機科學與技術專業的課程體系以及一些學者的調查和總結不難發現：美國高等教育主要以培養通才類型的人才為主，注重通識教育和跨學科選修。美國高等教育課程體系的重點在于為學生的未來發展奠定基礎，而不僅僅是為專業發展服務。各大學的主要核心課程一般控制在10門以內，并為學生的深度發展提供許多高級課程，如斯坦福大學的深度課程、佐治亞理工學院的研究生專業選修課程、伊利諾大學－香檳分校的高級課程等。課程設置充分考慮學生的能力，在強調寬厚基礎的同時，注重理論與實踐相結合[1-2]。

有學者在分析美國、英國、德國等國高校計算機專業課程體系的基礎上，總結出一些相似之處和值得借鑒的地方：①注重課程設置的社會性、時代性和實用性，始終依據社會需求設置課程；注重課程的平衡性，合理分配理論與技術課程的比例；注重課程設置的科學性，強調自然科學、人文科學內容的重要地位。②重視學生的主體地位，通過大量的選修課程給學生充分的選擇與發展空間。③注重學生多種能力的培養，尤其是創造能力和科研素質的培養。注重傳授獲取知識的方法和手段，而不是只給出最終結論和定理[3-4]。

此外，對于高校計算機專業課程體系的組織，美國高校計算機院系大都設置了由若干名教師組成的課程委員會，每學期舉行2次會議討論課程設置問題。反觀我國的計算機科學與技術專業，許多學校的課程體系一旦制定，通常是3～5年不變，也有不少學校只在上級部門要求編寫新教學計劃時，才臨時召集幾名教師討論。如何轉變觀念并創建和完善課程體系更新機制，以保證科學制訂并及時更新計算機科學與技術專業課程體系，也是我們需要反思并向國外高校學習的重點之一。

2 我國課程體系改革研究綜述與分析

我國計算機科學與技術專業教育已經歷了60年的發展。多年來，IEEE/CS和ACM發布的計算教程（CC系列）對我國計算機科學與技術專業教育產生的影響極大，如今很多學校的培養方案仍有其痕跡。2006年，教育部高等學校計算機科學與技術專業教學指導委員會編制了《計算機科學與技術本科專業規范》（簡稱《規范》），鼓勵各高校在《規范》的基礎上，根據各自的實際情況制定人才培養方案。2013年，教育部高等學校計算機類專業教學指導委員會又在教育部的組織下，啟動了制定計算機類專業教學質量國家標準的工作，并于2018年正式發布。

2015年，中國工程教育認證協會制訂了我國專業認證通用標準（2015版），并對每個試點專業領域都制定了補充標準，其中的計算機科學與技術專業補充標準指出，“本認證標準適用于計算機科學與技術專業。課程設置由各學校根據自身的辦學特色自主設置，本專業補充標準只對數學與自然科學、工程基礎、專業基礎、專業課程四類課程的內容提出基本要求。各高?？稍谠摶疽笾显鲈O課程內容”。

隨著以上專業規范、專業認證標準以及“卓越工程師教育培養計劃”通用標準和專業培養方案的相繼出臺，許多高校陸續開展了一系列的教學改革工作，試圖構建具有本校特色的計算機科學與技術專業課程體系，取得了一些成果，也積累了許多經驗。其中，既有多位計算機教育專家對課程體系構建方法的思考和研究[5-6]，也有許多高校的一線教師對本校計算機科學與技術專業課程體系的一系列關鍵問題進行的總結和提煉。這些成果的發表充分顯示了我國大批學者的不懈努力和取得的成就，但也應看到，論文的數量和質量與其他傳統學科或工程教育的相關研究成果相比還有不少差距，與計算機產業的重要地位、發展速度，以及對計算機科學與技術專業課程體系改革的迫切需求尚不匹配。

2.1 文獻分析

在中國學術文獻網絡出版總庫中，以“課程體系”為主題的文獻超過12萬篇，涉及“工科”或“工程”的文獻有1.4萬篇，其中計算機專業的相關文獻只有7千多篇（且有一大半是高職院校的課程體系）。以“計算機專業課程體系”為主題，共搜索到950篇，其中，2000年之前發表的文獻只有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，文獻逐年上升的趨勢十分明顯。如果再精準檢索，以“計算機科學與技術專業課程體系”為主題，則只有不足200篇，且超過半數為近5年發表，其中只有一半文獻被引頻次大于等于1。以上數據反映了我國計算機科學與技術專業課程體系相關研究在數量上的不足，而這些成果在質量方面的評價則不能簡單地一概而論，需要進一步的深入分析。

1）課程理論研究和指導不足，研究隊伍尚需整合。

高等工程教育課程理論研究有兩大類：一種是課程基本理論，主要解決課程的方向和設置問題；另一種是課程編制理論，主要解決課程內容的編排和評價問題。較理想的情況是：課程理論研究隊伍由數量相對合理的課程思想家和課程編制專家共同組成。我國的現狀則是：兩種類型的研究人員的數量都嚴重不足，從事第二種類型研究的學者則更少。盡管有不少專家熱心于課程研究，但大多局限于微觀課程，有關宏觀課程和課程體系的研究相對薄弱。我國從事計算機課程理論研究與實踐工作的大多是一線教師和教學管理人員，這一領域的理論研究人員較少，且多年來這兩方面的人員一直缺乏足夠的交流與合作，理論研究與改革實踐的聯系也不夠緊密。應該肯定的是，近年來有不少計算機教育專家在構建和改革計算機科學與技術專業課程體系方面做出了艱苦的努力和卓越的貢獻，其中不乏一些專家以宏觀和系統的視角分析和研究，已具備較深的理論深度，但此類研究實屬鳳毛麟角，尚未達到應有的規模。多年來，教育部高等學校計算機科學與技術專業相關教學指導委員會和計算機類專業認證分委員會主持的一系列相關工作發揮了重要的指導和示范作用，但還需要廣大一線教師和教育專家密切合作，進行更多更深入的跨學科合作研究。

2）比較研究尚不全面。

我國在計算機科學與技術專業課程體系改革的比較研究集中于對發達國家計算機專業課程體系的研究，尤其是對美國的關注和研究。誠然，美國在計算機領域處于世界領先地位，有許多值得學習和借鑒的經驗，但其他國家的經驗也值得我們關注，而這方面的研究極少。在中國學術文獻網絡出版總庫中，以“課程體系”+“計算機”+“美國”為主題的文獻有一百余篇，而有關印度的只有12篇，且幾乎都是論述職業教育而非本科教育。印度是僅次于美國的全球第二大軟件人才儲備庫，有獨特的金字塔式人才培養模式，其教學模式和課程體系等方面有許多值得我們借鑒和研究的經驗，而目前這方面的研究非常有限。

除了國別研究的不平衡，比較研究的深度也不夠。例如，對于國外計算機科學與技術專業課程體系的研究往往只注重介紹當代和現行的做法，對其歷史及發展過程中的經驗教訓和原因缺乏深入的分析和系統的綜合研究，缺乏在結合我國國情和實踐的基礎上探討如何借鑒及創新的深入研究。

3）研究視角和方法的不足。

我國對于計算機科學與技術專業課程體系的研究多以實用主義為主，以解釋各種政策文件和介紹國內外先進的體系模式為主。目前，已有一些嘗試以理論指導實踐的努力，但課程改革的實踐還不夠深入，大多還停留在經驗交流層面，側重于一般的建設性意見和實際工作總結，缺乏有說服力的實證研究或系統化的理論框架和實施體系的支撐，在相關理論和實踐方面均有待突破。尤應注意的是，還缺乏將實踐上升到理論高度的意識和能力，以致在多年實踐工作中形成的想法難以沉淀、總結并形成新理論或新方法。

此外，選擇Web of Science數據庫，以curriculum system為主題的英文文獻達4萬余篇，而同時涉及計算機專業的英文文獻只有3千余篇。從英文文獻的類型來看，會議論文和學術論文幾乎平分秋色；從國家/地區的分布來看，最多的是美國（42%），其次是中國（11%，多為在中國召開的國際會議論文），然后是英國（4.5%）、德國（4.13%）、澳大利亞（3.8%）；從發表時間來看，2006年之后的文獻占比超過60%，也有逐年上升的趨勢；從引文報告的情況來看，2006年是引文數量逐年增加的分界點，不過文獻的被引頻次總量不高，平均引用次數2.6，且被引頻次高的多為方法類或單門課程的文獻，真正相關度高的文獻被引頻次很低。總的來說，無論是會議論文還是期刊論文，這些英文文獻的相關性和被引頻次都明顯不如其他工程教育領域的研究成果。

2.2 內容分析

內容分析法是一種獨立、完整的科學研究方法，具有系統性（對類目的取舍依據一致標準）、客觀性（分析基于明確制定的規則執行）和定量性（運用統計學方法對類目和分析單元進行計量和分析）3個關鍵特性[7]。筆者以中國學術文獻網絡出版總庫中公開發表的關于計算機科學與技術專業課程體系的學術論文為研究對象，運用內容分析法，根據學術論文的內容確定研究主題并進行深度挖掘與分析。

首先確定研究對象：設定合適的檢索條件進行精準檢索后，通讀所有論文，進一步去掉相關度低的論文，最終選取185篇相關度較高的學術論文進行內容分析研究。

關于分析類目，依據相關課程理論，并參考《高等學校計算機科學與技術專業發展戰略研究報告暨專業規范（試行）》《中國工程教育認證通用標準》《“卓越工程師教育培養計劃”通用標準》等文獻，以及相關機構和學者的研究成果，經過3次測試，確定了4個一級類目（專業培養目標、課程體系結構、課程體系實施和課程體系評價4個核心要素）和若干個二級類目、三級類目及四級類目。

精讀185篇文獻，按照類目分解并統計。由于本研究由作者獨立完成，因此采取重復編碼的方法檢驗信度。每隔2個月進行了3次編碼和分類，達到了比較高的信度。本研究的分析類目參考了許多規范、標準和權威文獻，多次咨詢計算機科學與技術和高等教育領域的專家，經過多次試測修正，并借助計算機輔助工具的協同研究，可以認為總體上有較高的效度，由于有些文獻中的描述較模糊等因素，故難以達到更高的效度。

在編碼統計的基礎上，進一步對各個分級類目和分析單元進行數據的解釋與綜合分析，研究數據反映出的高校計算機科學與技術專業課程體系的主要問題和突出問題可概括為如下4個方面。

（1）專業培養目標不規范。突出問題是各校各專業具有較大的趨同性，缺乏專業特色，尤其是大部分地方院校只簡單將培養目標定義為應用型人才，沒有深入研究本校本專業的培養目標和培養要求的實現途徑，缺乏科學的設計和不斷修正的機制。

（2）課程體系的結構趨同且科學性不足。突出問題是各高校的課程體系結構基本趨同，大多為模塊式結構或“平臺+模塊”結構，拼裝多、整合少，課程結構的設計缺乏科學性和邏輯性。

（3）課程體系實施方式改革不夠深入。課堂教學的教學方式中，研究性學習方式還不夠普及；課外學習的教學方式中，雖然大學生科研和學科競賽已經引起較普遍的重視，但在線學習和創新創業訓練等教學方式仍須大力發展和深入改革。

（4）課程體系改革缺乏可行的整體解決方案。不少高校雖然意識到了課程體系的問題并努力探索改進，但切實可行的整體解決方案尚不多見，大多為單純調整課程比例或改進單門課程的教學模式，沒有上升到系統論和課程論的高度。

3 思考與建議

3.1 關于專業培養目標

在高等教育管理實踐中，專業培養目標又稱為培養規格，是對學生畢業后在知識、能力和素質上應該具備或達到程度的綜合描述。

關于培養類型，工科院校的重要任務是培養國家和社會需要的各類工程師，各工科院校計算機科學與技術專業應根據本校的定位和辦學優勢，結合本專業的特點和社會需求，對所培養的工程師類型做明確的定位和清晰的說明。

關于培養要求，各校在充分滿足專業規范基本要求的基礎上，可以根據自身特點，集合教育專家、產業界、校友、用人單位等多方力量，設計符合本專業需要的知識、能力和素質要求。尤其應注重目前普遍缺乏或不規范的方面，應加強培養現代工程意識的規范描述，加強對技術標準與政策法規的要求，加強對創新意識和國際交流合作能力的要求。

3.2 關于課程體系結構

目前，較常用的課程體系結構模式主要是層次化結構和模塊化結構。層次化結構以學科和專業知識為主線，課程之間的邏輯關系是學科知識體系；模塊化結構由若干個完整的課程模塊構成，課程之間的邏輯關系具有多樣性和靈活性，能夠突破學科專業領域的界限，但如果過于追求學生的個性發展，可能變成各種課程的大拼盤，從而失去課程體系的整體功用。

在構建專業課程體系的過程中，將專業培養目標細化為知識、能力和素質，并落實到具體課程的對應關系矩陣，是一種有效的方法，層級式和模塊式都可以用這種方法將所有的要求都落實到課程中去。應始終立足本校定位，結合專業特點，強調個性化和多樣化，將專業培養目標中的培養要求細化為知識、能力和素質，并落實到課程的映射關系矩陣。

3.3 關于課程體系實施方式

（1）將課程體系實施要素的設計納入課程體系構建流程，進行一體化設計。采取的教學實施方式要有利于培養目標的實現，有利于創建反映計算機系統（工程）的真實工作過程的環境。在設計每個課程模塊和每門課程時，統一考慮課程模塊或課程的目標、教學方式和考核方式。

（2）進一步改進課堂教學的教學方式。除了講授式教學的實施方式，新型的課堂教學方式可歸結為研究性學習方式，最常見的有基于問題的探究式學習、基于案例的討論式學習和基于項目的學習等方式。既要借鑒國際優秀模式，也要結合我國具體實際，大力開展研究性學習方式的實踐和探索，并努力將原來比較極端的建構主義改造為新型建構主義，為學生創造更理想、更恰當的學習環境。

（3）優化整合課外學習的教學方式。同課堂教學方式一樣，課外學習的實施方式也要在構建課程體系時統一考慮，將各類課堂合理均衡地分布到各個學期和學生的認知周期，創造條件搭建各類教學平臺，構建適合本校本專業需求的混合式學習模式，整合在線學習、創新創業教育等教學方式的優勢，為課程體系的總體目標提供更堅實有效的支撐。

4 結 語

計算機學科的發展非常迅猛，我們的課程體系構建應更加注重多元、注重社會和科技發展等帶來的影響，以工程教育理論、課程理論以及計算機科學與技術方法論等理論為指導，以更加開放的心態和步伐不斷更新。相信隨著我國高校教學改革的逐步深入，以及“卓越工程師教育培養計劃”“新工科建設”等重大舉措的實施和推進，今后會涌現更多更深入的有關計算機科學與技術專業課程體系改革的研究成果和實踐應用。