面向复杂工程问题的计算机类能力培养探索研究

面向复杂工程问题的计算机类才能培养探究研究〔〕:

摘要：培养大学生解决复杂工程问题的才能是本科生培养方案毕业要求里的一个重要指标。如何进步解决复杂工程问题的才能，就要针对其才能特征，构建以才能为导向的计算机类的课程体系，分层次、分阶段、系统综合地组织面向复杂工程设计的课程群，通过建立满足复杂工程特征要求的典型案例库，在理论中进步解决复杂工程问题的才能。

关键词：复杂工程问题；课程体系；案例库；课程群

随着工程教育专业认证工作的全面施行，与社会需求相适应的复杂工程问题重要作用愈加凸显。在新修订的工程认证标准中的12条毕业要求里就有8条提到了"复杂工程问题";。把解决复杂工程问题作为根本诉求，强调在培养中突出学生整体解决方案的才能。毕业要求标准的制定，对新时期高等学校的教育提出了新的要求，不能再像以往那样只注重知识的传授，概念的理解，而是要把知识、理论应用转化在实际工程问题的解决上，尤其是对复杂工程问题的分析、设计、解决和评价上。这就要求专业课程教师在讲授知识点的同时，更加关注理论在实际中的应用，关注与其他课程衔接、综合应用解决复杂工程问题的转变上，加强理论应用环节，从统一的观点和角度把握理论、实验、理论的关系[1-2]。

虽然近几年许多高校参加并通过了工程教育认证，但对复杂工程问题的认识和理解还有偏向，教学环节中设置的工程问题过于简单，不具备复杂工程问题的根本特征，因此达不到培养解决复杂问题的才能。复杂工程问题提炼不准确，一方面是因为一线教师的工程应用背景少，大多数教师一毕业就分配到高校，参与的实际工程工程少，因此难以从工程应用中提炼出复杂工程问题，并将其中的关键环节、因素、分析过程、解决方案设计在理论课程的教学环节中。另外，复杂工程问题才能的培养是一项系统性、全局性的工作，它不应该只是一门课程的目的【3】，也不应该是一位教师的责任，不能简单地通过一门课的学习和理论，一个详细工程的开发，甚至仅仅通过综合理论和毕业设计等几个环节就让学生具有解决复杂工程问题的才能，而是必须通过整个培养体系实现，落实到培养的各个环节。

一、以才能为导向的计算机类课程体系的构建及培养过程

复杂工程问题的解决需要与问题相匹配的根底知识、工程理论、专业技能和综合素养，这些都是专业培养方案中课程体系需要设置的内容，因此在课程体系设置的过程中就要综合考虑课程最终传授给学生的才能是什么，是否支撑解决复杂工程问题。针对计算机大类的培养目的，按照支持解决"复杂工程问题";毕业要求达成的需要，以培养学生解决复杂工程问题才能为核心，基于OBE理念，围绕培养学生的计算思维才能、算法设计与分析才能、程序设计与实现才能以及计算机系统才能，构建以才能为导向的计算机类的课程体系，涵盖通识教育课程、专业教育课程、集中理论教学环节、自主学习课程、第二课堂活动五大模块。其中，通识教育模块培养学生的数学思维、工程根底、人文素养功底，为专业课程的学习奠定根底；专业教育课程满足计算机类专业补充标准的要求，培养学生系统设计、团队合作和问题解决才能，并且通过这些知识的学习使得学生毕业时可以针对计算机及相关领域中的复杂工程问题进展问题分析、方案设计、施行解决；集中理论教学环节通过设置综合的软、硬件理论，实习、实训以及毕业设计，通过与企业合作，培养学生的工程意识、团队精神以及综合应用所学知识解决实际问题的才能，从而进步理论才能和创新才能。

在五大模块中，以通识教育课程、专业课程中的专业根底课程为知识和理论的根本支撑，以专业课和集中理论为应用理论和理论技能，衔接软件系统、硬件系统和应用系统开发中的复杂工程问题，通过典型的理论环节和综合训练，对复杂工程问题进展识别、表达、分析和建模，提出解决方案并进展比照分析和优化，最终通过归纳和信息综合，得到合理有效的结论。通过有针对性的具有复杂工程问题特征的理论环节的训练，经过"系统规划需求分析系统设计编程实现测试与优化展示辩论";等环节，学生得到解决复杂工程问题才能的全面训练。复杂工程才能培养过程示意如附图1所示。

二、基于复杂工程设计的课程群建立

复杂工程问题在工程教育认证标准中给出了明确的定义，必须具备如附图2所示的中间特征，同时具备其他6个特征中的局部或全部。

大局部的单门课程是不具备复杂工程问题的特征的，尤其是实际应用中的复杂工程问题往往涉及多学科、软硬件、经济、环境、综合等多方面因素，因此就需要综合利用课程体系中的多门课程的知识和技能，从不同角度、不同层面、不同方向系统地进展整体的分析、设计、优化、施行。而以往的教学以每门课程为中心，各门课独立规划独立教学，很少表达本层次的知识与其他层次之间的关联，形成知识构造的孤岛[4-6]，难以建立完好而系统的专业知识体系和理论体系，导致才能培养缺乏连续性、渐进性和系统性，因此围绕计算机类人才所需的四个才能，构建面向复杂工程问题设计的课程群，从软件、硬件、系统三方面培养学生全方位的综合工程理论才能。构建面向计算思维及算法设计的课程群，从问题出发，按照求解问题的思路，从表达、模型建立和问题求解三方面，分步分层构建问题与解答之间的桥梁，理顺求解过程中的知识点及其关系，把需要掌握的计算思维特征、程序设计和算法分析分解到每一个详细的教学内容之中；构建面向软件设计开发的课程群，通过不同学期的课程，逐步奠定软件开发根底、提升软件开发才能、强化专业应用软件设计开发才能、创新设计才能以及软件架构设计开发才能；构建面向计算机系统才能的课程群，围绕计算机领域中的软硬件技术，软硬结合，设计时综合考虑双方的性能、效率、难易程度，并进展方案比拟，寻找同时满足两方面的最正确解决方案。

三、基于复杂工程问题的典型案例库建立

大局部教师缺乏工程理论经历，因此难以提炼复杂工程问题，如何根据行业需求和企业需求提炼典型案例并用于理论中是进步学生解决复杂工程问题才能的关键。

根据培养的计算思维才能、算法设计与分析才能、程序设计与实现才能以及计算机系统才能，在课程群内和课程群间梳理课程之间以及群之间的联络，分析课程或课程群在各个才能培养中承当的角色，结合企业需求，挑选出典型的复杂工程问题，表达才能培养的层次性、渐进性和系统性，形成典型复杂工程案例，应用在课程实验、有关算法设计的综合实验、相关软件开发的综合理论、计算机硬件系统的综合设计以及实习实训、毕业设计等教学和理论过程中，同时通过工程驱动、案例教学、研究导向等多种形式的教学方法，让学生在具有典型复杂工程问题的理论中深化理解所学知识，并综合利用所学进展深化的分析、多因素多技术的比拟、各种冲突的解决等，甚至提出批判性的考虑，进步解决复杂工程问题的才能。

四、结语

本科工程教育的根本定位就是培养学生解决复杂工程问题的才能，从复杂工程问题的定义出发，明确聚焦学生解决复杂工程问题才能的培养的根本要求，构建以才能为导向的计算机类的课程体系，深化探析复杂工程问题的特征和解决途径和方法，掌握其内涵，通过教学设计、组织施行、达成评价将复杂性融入到培养过程的各个环节，纠正学生解决复杂工程问题才能评价指标点分解误区；通过组织面向复杂工程设计的课程群，建立基于复杂工程问题的典型案例库，通过典型案例的理论有效进步学生解决复杂工程问题的才能，从而到达培养学生的计算思维才能、算法设计与分析才能、程序设计与实现才能以及计算机系统才能。

参考文献：

【1】蒋宗礼.本科工程教育：聚焦学生解决复杂工程问题才能的培养[J].中国大学教学，2022〔11〕：27.

【2】钱振江，龚声蓉，徐文彬.面向复杂工程问题的应用型本科计算机类专业人才培养形式研究和理论[J].计算机教育，2022〔6〕：10.

【3】刘卫东，张悠慧，向勇，等，面向系统才能培养的计算机专业课程体系建立理论[J].中国大学教学，2022〔8〕：48.