計算機科學與技術專業實驗體系改革

張艷玲 湯茂斌 高鷹

[摘 要]課題組以廣州大學為例，通過分析工程教育認證標準對計算機專業實驗教學提出的要求，對畢業要求的各個指標點設計了對應的實驗課程和實踐活動，并在學校實驗中心和計算機工程實驗室建立了實驗教學分層體系，為學生的計算機工程實踐能力培養提供支撐平臺;同時，通過改革實驗課程考核評價機制，引導、鼓勵學生提高編程和工程實踐能力，培養學生的創新思維，培養具有創新精神的計算機專業工程技術人才。

[中圖分類號] G642; TN0-4 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2022）01-0145-05

《華盛頓協議》是目前國際上最具權威和影響力的工程教育學位互認體系[1]。自從2016年6月我國加入該協議、成為正式成員國以來，工程教育專業認證就成為各高校工程教育質量的標準要求。工程教育認證是按照培養目標和畢業要求對工科大學生進行畢業能力評估的一種評價體系[2]，各高校需要在工科專業的課程體系中對培養學生畢業能力的各個方面進行設計、建設和持續改進。實驗教學在工程教育中占有很大比重，同時，在工程教育認證的培養目標和畢業要求中，實驗教學也是工程實踐能力培養的主要方法和途徑。廣州大學（以下簡稱“我校”）在2018年按照工程教育專業認證標準要求對計算機科學與技術專業本科培養方案進行了改革，特別對實驗教學部分進行了以培養目標和畢業要求為導向的新的分層次實驗教學體系構建與改革，以便達到具有工程實踐能力的能夠進行計算機軟硬件系統設計、研發工作的具有創新合作意識的應用型人才的培養目標。

一、工程教育認證對計算機科學與技術專業實驗教學提出的要求及相應實驗課程支撐

（一）工程教育認證對計算機科學與技術專業實驗教學提出的要求

根據工程教育專業認證標準，我校在2018年對計算機科學與技術專業本科培養方案進行了改革，制訂的培養目標是：計算機科學與技術專業培養學生具有社會主義核心價值觀，遵守國家法律法規，具有良好的道德、修養、社會和環境意識，掌握數學與自然科學基礎知識;掌握計算機專業相關的理論、知識、技能和方法，掌握人工智能原理及其相關算法和分析工具;具有設計、開發和應用計算機軟硬件系統和計算機應用系統的能力，具有基本的科學研究能力和工程實踐能力;具有較強的創新意識和國際視野，具有跟蹤計算機前沿領域發展的洞察力，具有團隊合作精神和組織管理能力，具有強烈的事業心和擔當精神，具有終身學習能力[3-4]。學生畢業后能夠在計算機系統研究、開發、部署與應用等相關領域從事復雜計算機軟硬件系統設計、研發、管理和維護等方面的工作，成為具有創新意識的應用型人才，可進入國內外高等院校、科研院所繼續深造。

我校根據培養目標制訂了畢業生在知識、能力、素質等方面應達到的畢業要求[5]，這些畢業要求全面覆蓋了國家工程教育專業認證的十二項標準，同時這些畢業要求標準對計算機專業的實驗教學和學生的工程實踐能力也提出了明確的要求。比如畢業要求3：能夠在考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環境等因素條件下設計滿足特定需求的計算機軟硬件系統和針對復雜計算機工程問題的解決方案，同時在設計中體現創新性[3-4]。該項內容要求學生在實驗課上或專業實踐活動中能夠根據用戶需求，在安全、環境、法律等現實條件約束下設計計算機系統的解決方案，論證設計方案的可行性，進行模塊和系統升級優化，并能夠在設計中體現創新精神，使設計的解決方案具有前瞻性和開創性。這就要求在實驗教學中必須融入理論聯系實際的教學案例來啟發和引導學生。畢業要求4：對復雜計算機工程問題能夠運用科學原理和科學方法進行研究，建立計算機軟硬件模型，通過實驗分析和實驗數據信息整合得到合理有效的結論[6-7]。該項內容對實驗教學的要求更具體，要求學生在實驗中能夠在理解計算機軟硬件系統原理及其相關工程知識的基礎上，設計計算機系統工程的解決方案，并能夠根據方案設計詳細的實驗步驟，然后通過實驗仿真方法來說明其有效性和合理性，再通過分析、解釋實驗結果和數據來分析其實施質量，從而對設計的解決方案得出合理有效的結論?？梢姡趯嶒灲虒W過程中必須加強實驗過程的監督和考核。畢業要求5：能夠設計、開發、選擇合適的工程工具和信息技術工具，利用現有的技術、方法和資源解決復雜計算機工程問題，完成復雜軟件系統的分析、預測、模擬、設計、驗證、確認、實現、應用和維護，并能夠理解其局限性[6，8]。該項內容要求計算機的實驗課要與時俱進，將經典計算機技術和算法與最新的技術手段相融合，能夠根據計算機工程問題選擇并使用恰當的技術工具與合適的結構和算法來設計、分析、模擬和實現計算機軟硬件系統解決方案。畢業要求6：能夠利用計算機工程相關領域背景知識對計算機工程實踐和復雜計算機工程問題的解決方案進行合理分析，并對其在社會、健康、安全、法律以及文化等方面的影響進行評價，能夠理解其應承擔的責任[6，9]。該項內容對計算機的專業實驗課和課程設計實踐活動提出了明確要求，要求學生能夠根據所學的計算機知識完成計算機工程項目實踐過程，并能夠利用科學方法對其進行合理性、可行性、社會安全性等方面的分析和評價。畢業要求10：能夠與業界同行及社會公眾針對復雜計算機工程問題進行跨文化背景下的有效溝通和交流，包括書面溝通，如撰寫報告、設計文稿，以及語言交流，并具有一定的國際視野[6-7]。該項內容要求學生在小組設計性實驗中，能夠根據項目要求查閱最新科技文獻，積極參與小組的設計方案討論，實驗課后認真撰寫實驗報告，精心準備實驗項目答辯。同時在實驗教學中，教師也應在此方面對學生進行輔導，以提高學生的溝通和交流能力。除了上述對實驗教學提出明確指示的畢業要求外，畢業要求7、9、11也對實驗教學給出了相應的關于計算機工程環境、職業責任、團隊精神等方面的指導和要求。

（二）實驗課程對工程教育認證的各個指標點的支撐

按照工程教育專業認證標準，十二項畢業要求的評價指標需要進一步細分成更具體的可以用課程體系和課程考核評分方法來評價的各個指標點，每個細分的指標點都需要有具體的課程支撐。我校計算機科學與技術專業對畢業要求的各個指標點在實驗教學方面對應的實驗課程支撐情況如表1—表9所示。

表1—表9詳細闡述了我校計算機科學與技術專業根據工程教育認證標準制訂的畢業要求各個指標點在實驗教學方面對應的實驗課程支撐，涵蓋了整個實驗教學體系中涉及的所有實驗課程和實踐活動。

二、以培養目標和畢業要求為導向的計算機科學與技術專業實驗教學體系的分層構建和改革

（一）構建面向工程教育認證要求的實驗教學層次體系

面向工程教育認證要求，以培養目標和畢業要求為導向，我校實驗中心和計算機工程實驗室聯合建立了計算機專業實驗教學體系，該體系分三層，包括基礎實驗層、專業實驗層和工程實踐與創新層，各個層次的培養目標如表10 所示。

通過構建這三層實驗教學體系，學生達到畢業要求各個指標點所要求的計算機工程實踐能力。

（二）改革實驗課程考核評價機制

工程教育認證標準對計算機專業學生的實際編程能力和工程實踐能力都提出了很高的要求，因此，在實驗課程的考核評價機制中要更注重實驗過程管理和編程能力訓練，強調學生分析問題和解決問題能力的培養[12]。必須改革現有的重結果而輕過程的實驗課程考核評價機制，實驗課程考核成績不再過分依賴實驗報告和考勤，采用分階段、多元化方法對實驗進行考查和評價。對實驗課程考核評價機制的改革方案如下。

1.改進考核內容，豐富考核形式?？己藘热莞幼⒅鼐幊棠芰τ柧?，考核形式不再像以前那樣過分依賴方式單一、重結果而輕過程的實驗報告，而是按照教育部發布的《普通高等學校本科專業類教學質量國家標準》列出的計算機類專業本科畢業生必須具備2萬行程序代碼編寫能力的要求，采用上機測試方式，增加編程能力測試和編程思維測試環節，增加主觀性、綜合性、實踐性的考核內容。

2.加強對教學過程的管理。將實驗課程劃分成不同的過程階段，列出不同階段的考核內容、目標和形式，采用分階段、多元化方法對學生學習過程進行考查，對學生實際編程能力進行評價[13]。在實踐過程中，將每個階段的考核情況記入總成績，使學生懂得每一個實驗階段都是重要的，讓他們感覺到自己在不斷進步。

3.增加實驗課的期末考試，采用上機測試方式，內容具有開放性，重點考查學生的編程能力，考試內容主要為由實際項目分解出來的某個問題。

4.改革考核評價方法，實行過程性評價和綜合性評價。改變以實驗報告來決定成績的考核方法，總評成績由平時成績、實驗報告成績、期末成績等組成，平時成績主要包括考勤、階段測驗和編程能力測試成績。

通過改革實驗課程考核評價機制，學生能夠具備腳踏實地、認真扎實、思維靈活、注重積累的基本科技素質;重視實驗過程，領會點滴努力和不斷積累的重要性。希望能夠探索出既能培養學生編程能力又能激發學生學習熱情的考核方式。

三、結束語

實驗教學是工程教育認證中工程實踐能力培養的主要支撐部分，對實驗教學體系進行以培養目標和畢業要求為導向的層次體系構建和改革，在培養學生實踐能力方面具有重要意義。廣州大學通過分析工程教育認證標準，對計算機科學與技術專業實驗教學提出了要求，對畢業要求的各個指標點設計了對應的實驗課程和實踐活動，并在學校實驗中心和計算機工程實驗室建立了實驗教學分層體系，為學生的計算機工程實踐能力培養提供了支撐平臺。同時通過改革實驗課程考核評價機制，引導、鼓勵學生提高編程和工程實踐能力，培養學生的創新思維，讓學生成為具有創新精神的計算機科學與技術專業工程技術人才。

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[責任編輯：陳 明]

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