基于認證標準的計算機專業畢業要求與教學模式設計

張曉明，劉建東，張世博

（北京石油化工學院 信息工程學院，北京 102617）

0 引言

教學質量是教學的生命線，是新工科背景下專業建設的關鍵。同時，工程教育專業認證標準作為專業建設中提升教學質量的重要手段，已成功引入我國教學質量國家標準中[1]。基于工程教育的專業認證過程，也正是專業建設不斷完善、不斷創新和發展的過程。堅持以學生為中心、OBE 理念和持續改進的思想，能夠極大地推進專業改革成效，為打造一流專業奠定基礎[2-3]。在工程教育專業認證標準實施中，畢業要求及其分解是一個設計關鍵，也一直是項難點，目前鮮見公開成果報道。

1 畢業要求的設計

1.1 正確理解“具有解決復雜工程問題的能力”

在認證標準的12 條畢業要求中，“復雜工程問題”在其中8 條中出現了9 次。什么是復雜工程問題？《華盛頓協議》用如下 7 個特征進行刻畫，其中第1 條是必備的，指出了復雜工程問題的本質；第2 到第7 條是可選的，它們可以看做是復雜工程問題的表象。①必須運用深入的工程原理經過分析才可能解決；②需求涉及多方面的技術、工程和其他因素，并可能相互有一定沖突；③需要通過建立合適的抽象模型才能解決，在建模過程中需要體現出創造性；④不是僅靠常用方法就可以完全解決的；⑤問題中涉及的因素可能沒有完全包含在專業標準和規范中；⑥問題相關各方利益不完全一致；⑦具有較高的綜合性，包含多個相互關聯的子問題。

分析計算機應用領域的復雜工程問題，有利于構建標準要求的能力指標體系和對應的知識領域，從而反向設計課程體系。需要注意的是，標準要求的是學生具有解決復雜工程問題的能力，而不是面對幾個復雜工程問題。這種復雜性需要多學科、多工程和多技術的融合，其學科知識領域如圖1 所示。

圖1 計算機應用系統復雜工程問題面對的學科知識領域

這就要求理論教學必須包括足夠深入的基本原理，而且要強調使學生學會“分析”和“使用”的典型思想和方法，從而使學生具備扎實的理論基礎以及分析問題的能力。對于實踐教學，要給學生提供在理論指導下開展實踐的機會，并加強對相關原理的理解。從課程體系來講，數學類、自然科學類、學科專業基礎類、專業類的課程成為必需。解決復雜工程問題，需要學生能夠靈活地、綜合地、創造性地運用所學，對其包括創新意識、創新能力在內的培養必須落實到第一課堂中，并且也是可以具體落實的[4]。

1.2 畢業要求及其分解設計

在設計畢業要求時，既要保證支撐以上培養目標，又一定要全面覆蓋認證標準的12 條要求。采用自頂向下的設計方法，建立“培養目標—畢業要求—課程體系—課程”之間的層次關聯性，且是下層對上層的支撐。下面，先給出我校計算機專業的培養目標。

本專業培養具有扎實計算機系統基礎知識，具有社會責任感、職業道德、創新精神和人文素養，工程實踐能力強，面向軟件與信息服務行業的高素質計算機應用型人才。具體表現為：

（1）具有計算機應用系統的分析、設計、實現、集成和運維能力；

（2）具有數學與自然科學、計算思維、程序與算法設計、計算機網絡、數據庫、計算機硬件和軟件系統等多學科知識，適應計算機應用需求的變化；

（3）具有良好的人文科學素養、工程職業道德、團隊合作和溝通交流能力、較強的社會責任感和創新精神，熟悉相關的法律法規和行業規范，有意愿并有能力服務社會；

（4）能在計算機相關領域承擔軟件開發、信息系統集成、技術服務和管理等工作，成為所在單位相關領域的專業技術骨干或管理骨干。

通過分析計算機專業的行業特征和就業領域，學生需要具有計算思維、程序與算法設計、計算機網絡、數據庫、計算機硬件和軟件系統等多學科知識和能力，從事軟件開發、信息系統集成、技術服務和管理等計算機應用領域。這些內容明確在培養目標中，就必須落實到畢業要求。

在系統集成等計算機應用領域，往往具有軟硬件相結合的復雜工程問題，在畢業要求第1 條和第3 條，必須明確分解有計算機硬件、軟件、數據庫、網絡等內容和指標點。基于這些要求，針對現代工具的開發、使用和選擇，也必須明確分解出硬件類、軟件模擬仿真類、軟件開發類工具的要求。這種分解設計能夠體現本專業的特點和方向，也為下一步的課程體系的能力指標分配提供了重要的保證。具體分解結果見表1。

2 畢業要求指標點的分配設計

在完成畢業要求的分解之后，應該結合課程體系，完成其實現方式。通過設計教學內容和分類的課程體系，建立能力指標與課程體系的對應關系，形成分配矩陣表。申請認證的專業一般都具備了課程體系基礎，而不是從零設計，因此從設計畢業要求到課程體系改進，應該是個自頂向下和自底向上的雙向設計過程，需要不斷改進，不可能一蹴而就。

表1 部分畢業要求的2 級分解設計

2.1 課程體系要支持畢業要求的達成

認證標準第5 條明確規定：“課程設置要能夠支持畢業要求的達成”，且明確了以下4 類課程的學分占比，包括：

（1）5.1 與本專業畢業要求相適應的數學與自然科學類課程（至少占總學分的15%）；

（2）5.2 符合本專業畢業要求的工程基礎類課程、專業基礎類課程與專業類課程（至少占總學分的30%）；

（3）5.3 工程實踐與畢業設計（論文）（至少占總學分的20%）；

（4）5.4 人文社會科學類通識教育課程（至少占總學分的15%），使學生在從事工程設計時能夠考慮經濟、環境、法律、倫理等各種制約因素。

2.2 畢業要求2 級指標的分配

在能力分配過程中，還必須考慮課程地位和課程之間的關聯，如課程模塊的組成、核心課程地位、課時量分配等要素。標準要求，“工程基礎類課程和專業基礎類課程能體現數學和自然科學在本專業應用能力培養，專業類課程能體現系統設計和實現能力的培養。”可見，指標的分配權重值與課程地位直接相關。

本專業課程所分配到的畢業要求2 級指標情況如圖2 所示。其中，8 門核心課程的比重都比較高，位于1 和1.2 之間。4 門課程設計、專業實習和崗位實習也都是不小于1，最大值是畢業設計2.3，充分支持系統設計和實現能力。

2.3 畢業要求在大綱中的體現

在設計課程大綱時，必須基于OBE 理念，建立“畢業要求2 級指標點—課程目標—教學內容—考核方式”的關聯。描述方式如下：①將課程目標與課程分配得到的畢業要求2 級指標點進行關聯；②教學知識點與課程目標關聯；③考核方式與課程目標關聯。

本專業核心課程“計算機網絡A”大綱的關聯實例見表2。

該課的教學方式設計了課堂講授、實驗操作和專題調研3 種，其考核方式設計了4 種，分別是平時成績、實驗考核、專題報告和期末考試。這種關聯描述對課程教學設計和評價都很重要。

3 基于畢業要求和課程體系的培養模式設計

圖2 計算機專業畢業要求2 級指標對應課程的分配結果

表2 “計算機網絡A”課程考核方式與畢業要求指標點的關系

按照培養目標和畢業要求，需要培養學生具有扎實的程序設計知識，具有計算機應用系統分析、設計、實現、集成和運維能力，從而滿足軟件開發、信息系統集成、技術服務等崗位領域需求。為此，依據計算機應用軟件開發和人工智能技術2 個專業方向，必須從編程需求反向設計專業方向的先修課程；同時，必須建立校企協同育人機制，加強實踐能力和創新意識培養。

3.1 “編程能力培養4 年不斷線”教育模式設計

編程能力培養4 年不斷線的課程體系設計如圖3 所示。圖中，選修課程是Web 前端技術、人工智能B、大數據技術及應用開發以及3 選1 課程（Python 程序設計及應用、C#程序設計及應用、Linux 技術與程序設計），其余都是必修課程。

（1）在計算機應用軟件開發方向中，編程語言以C/C#、Java、JS 等為主，主要采用數據庫MySQL、SQLite 和SQL Server，以及內存數據庫Redis。

（2）在人工智能技術方向中，主要編程語言是Python，其次是Java，并采用非結構化數據庫進行大規模數據的存儲和訪問。

可見，C 語言系列是計算機專業的編程主線，必須深入掌握其算法應用。

3.2 “企業學習4 年不斷線”教學模式設計

針對學生實踐能力和創新能力培養，認證標準條款5 以及5.3、6.1 和7.1 都明確提出企業參與人才培養的要求，包括課程體系設計、實踐教學體系設置、校企合作實習實訓、畢業設計（論文）的指導和考核、兼職教師授課、實訓基地共建等內容。

我校計算機專業早在2011 年就按照教育部卓越計劃的“企業學習累計一年”要求，開始建立完整的企業學習環節和課程教學，并逐漸形成了“企業學習4 年不斷線”課程教育模式。同時，2012 年與中關村軟件園合作建成國家級工程實踐教育中心，極大地提高了校企合作的深度和廣度。

圖3 “編程能力培養4 年不斷線”的課程體系設計

經過了近8 年的完善和實踐，該模式已經成為了本專業建設特色之一，如圖4 所示，形成了2018 版計算機專業的校企協同深度合作模式。企業授課數量達到8 門之多，還有暑期社會實踐、崗位實習、畢業設計等企業指導。通過認知體驗、校內實踐、企業實訓和崗位實習等系列課程的遞進式教學，有步驟、分層次地開展實踐活動，逐步培養學生的工程意識、創新意識和設計能力，實現了對復雜工程問題分析、設計能力的培養，為計算機專業學生實踐能力和創新意識培養提供了重要的保證。

圖4 “企業學習4 年不斷線”教育模式與課程體系

4 畢業要求指標點的應用

以學生轉專業過程的面試評價為例，畢業要求指標點的應用方法如下。

轉入學生面試管理辦法的評價方案以畢業要求的2 級指標點為準則，考查學生在基礎知識、能力和素養的綜合內容，經專業工作組逐一面試和評價。

（1）基礎知識重點體現在數學、英語、編程基礎、身心健康等方面的成績，主要看成績單。

（2）能力重點在問題分析、工程基礎與興趣、自學能力，主要通過面試交流。

（3）素養重點在溝通、協作方面，通過面試的問答考查。

評價依據包括學生成績單、申請理由及相關材料、面試表現，評價成績采用三級制（好、中、差，分別為3 分、2 分、1 分）。其中，①課程成績：成績80 分及其以上為3 分，70—79 分得2分，60—69 分得1 分，不及格者得0 分；②英語等級考試通過4 級或以上者，得3 分；③其他指標考核：表現優良為3 分，表現一般得2 分，表現差得1 分，不合格或者缺失者得0 分；③最后按8 個指標的合計得分進行排序，及格者通過面試評價。

具體的評價指標和評價示例見表3。

以上面試評價方案經過了3 年的使用，效果很好。通過評價而轉入計算機專業的學生，能夠反映出比較全面的綜合素質、基礎知識與能力。在后續跟蹤評價中發現，他們對計算機專業2016級、2017 級和2018 級的班風學風，也起到了明顯的促進作用。

表3 轉入學生面試評價指標與評價示例

5 結語

基于工程教育專業認證標準進行專業建設，畢業要求及其分解不是簡單的設計，必須承上啟下，既要支持培養目標的達成，又要落實到課程體系中，便于課程實施；這種設計不是單向設計，而是自頂向下和自底向上的雙向設計，需要融入本專業的課程體系和教學模式特色。畢業要求聚焦的是復雜工程問題解決的能力培養，不是廣義或狹義的工程問題。本文提出的設計方法、設計示例和教學模式等內容，經過了近5 年的實際運行和持續改進，也經過認證專家的順利評估，對我校計算機專業綜合改革和教學質量的提高起到關鍵作用。希望這些經驗對其他普通高校同類專業的專業認證工作，能有較好的參考價值。