聚焦基本定位　系统设计和实施学生能力的培养

蒋宗礼　姜守旭

摘 要：提高本科工程教育的质量和水平，必须深入理解标准毕业要求的内涵，瞄准培养学生解决复杂工程问题能力的基本定位，更新观念，系统化地设计和实施教学活动，从知识输入导向转向能力产出导向，保障覆盖标准毕业要求（框架）的专业毕业要求的有效达成。

关键词：本科;工程教育;复杂工程;能力培养

中国《工程教育认证标准》（2015）通用标准部分给出了国际等效的工程教育标准，其中有12项毕业要求（框架），本文称之为“标准毕业要求”。标准毕业要求包含了5条技术要求和7条非技术要求，而“复杂工程问题”在其中8条共出现了9次，凸显了本科工程教育聚焦培养学生“解决复杂工程问题”能力的基本定位，而且在该标准的说明部分，具体定义了“复杂工程问题”，给出了它的7项特征。“标准毕业要求”和“复杂工程问题”具体明确了我们习惯的“掌握、理解、了解”的具体程度。描述角度的变化，给大家的理解带来了一定的困难，《中国大学教学》2016年11月刊发了《本科工科教育：聚焦解决复杂工程问题能力的培养》[1]，

文章讨论了有关问题，并明确提出了“‘培养学生解决复杂工程问题的能力不同于‘复杂工程问题”，要“将学生解决复杂工程问题能力的培养分解落实到各个教学环节中”的基本观点。基于这一基本观点，教育部高等学校计算机类专业教学指导委员会联合全国高等学校计算机教育研究会在2017年4月立项进行关于开展“培养计算机类专业学生解决复杂工程问题能力”的研究（教研函〔2017〕1号），组织了来自10所高校的专家进一步探讨如何具体实现“将学生解决复杂工程问题能力的培养分解落实到各个教学环节中”。经过一年多的努力，完成了初步的研究，出版了《培养计算机类专业学生解决复杂工程问题的能力》，旨在为深入理解“复杂工程问题”和“培养学生解决复杂工程问题的能力”，探索如何将其分解落实到具体的教学活动中提供参考。

一、基本形势与要求

习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调：“我们对高等教育的需要比以往任何时候都更加迫切，对科学知识和卓越人才的渴求比以往任何时候都更加强烈。”随着我国现代化强国的建设进展，国家对高等教育，特别是对最基础的本科教育提出了新的要求。我们必须清晰地认识到，在我国高等教育将由大众化阶段步入普及化阶段，外延发展已经到了相当程度的时候，必须转换思路，强化内涵建设的必要性和紧迫性，以提升质量和水平为抓手，保证高等教育能够跟上国家发展的步伐。为了提升本科工程教育质量和水平，首先必须强化对本科教育基本定位的追求，这就是“解决复杂工程问题”，准确实现社会分工下的本科层次的工程型人才培养，解决好外延为主的发展时期未能及时解决的问题，补齐存在的短板。

另外，教育部为了适应国家战略发展的需要，加速工科人才培养改革，迅速部署并大力推进“新工科”建设。自2017年起，探讨了新工科的内涵特征、新工科建设与发展的路径选择，形成了“复旦共识”;明确了“新工科”建设行动路线（“天大行动”）;并正式发布《新工科研究与实践项目指南》（“北京指南”），规划出新工科研究与实践项目有新理念、新结构、新模式、新质量、新体系5个部分共24个选题方向，引导开展新工科研究与实践。所有这些表明，大力推进高等教育的改革，应对新一轮科技革命和产业变革的挑战，主动服务国家创新驱动发展和“一带一路”“中国制造2025”“互联网+”等重大战略实施，加快工程教育改革创新，培养造就一大批多样化、创新型卓越工程科技人才，确定了当前工程教育改革的方向[2]。所有这些紧锣密鼓的行动，均在于迅速提高人才培养的质量和水平，为国家的持续发展提供良好的人才支撑。

我国2006年开始的工程教育认证工作以工程教育国际接轨为突破口，通过强化内涵发展提高质量和水平。工程教育认证在我国高等教育改革中确实发挥了重要的引领和示范作用，特别是在促进教育理念的更新、标准意识的建立、质量意识的强化上发挥了重大作用。作者从2006年我国工程教育认证工作开始就参加这项工作，包括从标准的制订到具体进行认证工作的现场考查和结论审议，甚至带队进行现场考查时接受华盛顿协议专家组的审查对此有着深刻的体会。2016年6月2日，我国正式加入《华盛顿协议》，实现了重大突破，教育部2018年6月12日以《我国近千专业进入全球工程教育“第一方阵”》为题转发了评估中心和认证协会的通告，明确指出：“通过专业认证，标志着这些专业的质量实现了国际实质等效，进入全球工程教育的‘第一方阵。”教育部高教司更在其2018年工作要点中指出，要发挥加入《华盛顿协议》后通过工程教育专业认证专业的领跑示范作用。《华盛顿协议》明确将本科工程教育定位于培养学生“解决复杂工程问题”的能力，正确理解和瞄准这一基本定位开展本科工程教育，是推进我国包括计算机类专业人才培养在内的高等工程教育改革发展、达成国际接轨、提高本科工程教育质量与水平急需解决的问题。

二、理解毕业要求框架的内涵，通过合理分解，为具体落实提供基础

“本科工程教育，聚焦解决复杂工程问题能力的培养”主要体现在《工程教育认证标准》中。与我们传统的按照“掌握”“理解”“了解”等形式的刻画不同，在这里，强调的是学生的学习能够使其在解决复杂工程问题上发挥作用，也就是“能够”“用于”“分析”和“解决”复杂工程问题。按照培养方案的系统化设计和实施的基本要求，作为一个重要环节（甚至是必不可少的），必须对毕业要求进行分解，得到完整体现毕业要求内涵、明确的、可衡量的一系列指标点，然后将这些指标点的实现任务分配给恰当的教学活动。

（1）强化标准意识，保证专业毕业要求覆盖标准毕业要求。为了保证学生在毕业5年左右实現专业特定培养目标，必须给出学生毕业时达到的要求，本文简称为“专业毕业要求”。各个专业点必须根据支撑培养目标实现的要求制订自己的毕业要求，而且还要使专业的这些毕业要求能够完全覆盖标准所给出的毕业要求框架的内涵。标准毕业要求是本科工程教育毕业要求的框架，在一定意义上相当于是本科工科教育的基本要求。开办工科专业的每个专业点自身的毕业要求，也就是专业毕业要求，与标准毕业要求的不同主要体现在专业所培养学生的特点和更多、更高的要求（超出标准毕业要求的）。也就是说，各个专业点需做到两点，一是专业毕业要求必须能够有效支撑本专业特定的培养目标的实现;二是专业毕业要求必须覆盖标准毕业要求，以保证本专业培养的毕业生符合国际等效的国家标准。

标准毕业要求明确聚焦“解决复杂工程问题能力”。例如，要求掌握的工程知识足以支持解决复杂工程问题，能够分析复杂工程问题，能够设计针对复杂工程问题的解决方案，能够对复杂工程问题进行研究，能够合理分析、评价复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流等。这些都应该在专业毕业要求中得到体现。

（2）准确理解和表达每项毕业要求的内涵。准确理解和表达标准毕业要求每一项的内涵，并不是一件简单的事情，即使照抄了标准毕业要求，也不一定表明实现了对标准毕业要求的覆盖，就更不要说体现专业的特点了。为什么会是这样呢？根本原因在于标准毕业要求的表达方式与我国传统的表达方式的不一样，导致专业对标准毕业要求内涵的准确理解存在一定的障碍。基于目前的理解，一个专业是否准确理解标准毕业要求的含义，关键是看专业为了使相应的毕业要求便于有效达成和进行有效的达成评价而进行的“指标点分解”，也就是要看所分解出来的指标点是不是“完全体现了含义”，是不是“可衡量”的。所以说，准确理解和表达每一项毕业要求的内涵是分解落实它们的基础。

例如，按照《中华人民共和国高等教育法》要求，本科教育应当使学生比较系统地掌握本学科、专业必需的基础理论、基本知识，掌握本专业必要的基本技能、方法和相关知识。对此，标准毕业要求的“工程知识”项的表述是：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。这项毕业要求首先表达的是知识的广度，也就是知识面的要求，即：数学（例如，高等数学、线性代数、离散数学、概率与数理统计、数值分析、工程数学等）、自然科学（大学物理、化学、生物等）、工程基础、专业知识。其次表达的是学习这些知识需要达到的深度，即，足以支持解决复杂工程问题。按照复杂工程问题的特征，就要包括掌握专业的问题描述语言和描述方法，能够用这些描述语言和方法就专业问题进行交流、达到懂得（看得懂、听得懂，包括模型）专业语言（包括术语等）、会用专业语言描述问题和过程（会说、会写、会建模）;学会分析思想、分析方法，并掌握基本的推理分析方法，能够基于（形式化/模型）描述进行推理、分析，能用专业典型的方法进行问题求解等。也就是说，学生要具备运用这些知识的基本能力和素质。

再例如，标准毕业要求的“问题分析”项的表述是：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。首先是学会基于数学、自然科学和工程科学的基本原理对问题进行思考，而不是仅仅凭感觉、凭经验，要分析其中的关键要素;其次是要有能力运用在数学、自然科学和工程科学中所学到的方法进行问题的分析，给出问题的形式化描述;要能够查阅相关资料，掌握国内外的发展现状，并了解解决问题可能存在的各种方案，分析相关的各种因素，通过综合得到合理的结论。对计算机类专业来说，就是要掌握基本的数学方法和系统方法、能够进行程序与算法分析、系统关键问题识别与分析、分析综合参考文献、能够完成多矛盾中主要矛盾提取与折中处理[2]。

（3）从知识输入导向转向能力产出导向。标准毕业要求的内涵在于追求“产出导向（OBE）”，而这里的产出主要是解决复杂工程问题所需要的能力。我国传统的毕业要求比较宏观，且多偏向于强调知识，常用的描述词汇是“掌握、理解、了解”，并通过这3个词体现要求的程度。例如，“掌握数学、自然科学、工程基础和专业知识”“理解法律法规基本知识”“了解经济和金融知识”的描述。基于这种描述，讲究的是上了什么课，课上得怎么样，知识点是不是讲清楚了，学生掌握了哪些知识点，此为面向课程的教育（CBE），重点关注的是课程教学，是输入。如果说还有不少专业点的“毕业要求”并没有给出最基本描述的话，那么，这种描述在许多专业现有的课程教学大纲中则有相应的体现。在OBE理念下，讲究的是学生通过学习，收获是否达到要求，是否足以支持其形成解决复杂工程问题所需要的能力。

例如，标准毕业要求关于“研究”项的表述是：“能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据，并通过信息综合得到合理有效的结论。”计算机科学与技术专业可以用“掌握基本的实验方法，经历系统的专业实践，能够根据面临的复杂计算系统的问题，基于科学原理并采用科学方法，设计和开展实验，有效获取实验数据并进行分析，获得合理有效的结论”。为了使其能够很好地在教学中落实，并得到有效的评价，可以将其分解成几个子项，例如，第一，能够用基本的实验方法和工具，在适当的环境下对软硬件系统的特性进行实验;第二，能够对包含多子系统的计算系统设计实验，拟定实验方案;第三，能够针对系统的性能、功能、稳定性等研究的需要，确定、提取和搜集实验数据;第四，对实验结果进行分析和解释，规范表述所获有效结论。

三、教学活动为培养学生解决复杂工程问题服务

我们所说的教学活动包括理论课教学和实践教学。教学活动必须有效地体现对学生解决复杂工程问题能力的培养。也就是说，要想高质量、高效地培养学生解决复杂工程问题的能力，并不是让学生参加一项或者几项复杂工程就可以了，而是要通过从基础课到专业课，从必修课到包括人文社科类选修课在内的各类选修课，通过实验环节和实践环节去完成。所以，严格意义上讲，学生在校学习过程中的每一项教学活動都承担着培养学生解决复杂工程问题能力的任务。

按照这一要求，必须在教学大纲、教学实施和结果评价中有明确的、具体的体现。主要有以下几个方面。

（1）明确的教学目标。必须有明确的、体现培养学生解决复杂工程问题能力的教学目标。这些目标不再是“掌握”“理解”“了解”什么知识，而是要明确体现所对应的毕业要求指标点的含义，体现学生在解决复杂工程问题时的能力要求。因此，在一定意义上讲，一项教学活动的目标，必须超越课程本身，明确地体现专业毕业要求的某些指标点，体现专业人才培养的高度。总体上做到将所有教学活动的目标集合起来，能够有效覆盖专业毕业要求的全部指标点。

（2）相适应的教学内容。教学目标的达成需要相配套的教学内容。既然课程的教学目标明确体现了对毕业要求指标点的支撑，而毕业要求指标点的主要指向是解决复杂工程问题所需要的能力，教学内容就不应该仅仅是知识，还需要包含解决问题所需要的思想和方法，以及基本的专业技能训练内容。我们首先想到的就是教学大纲关于教学内容的描述不能仅仅是知识点，更不能是“教材目录式的”;而课程教学就不能是知识的灌输，更不能是简单地“念PPT”。

（3）恰当的教学方法。从对知识输入的追求转向对能力产出的追求，体现出来的就不能是照本宣科，而是以知识为载体，引导学生学习问题求解的思想和方法，学会分析，掌握解决问题所需要的基本知识，实现能力培养。注意到复杂工程问题的根本特征是“必须运用深入的工程原理，经过分析才能解决”，所以，在讨论“深入的工程原理”的过程中，要强化分析引导，使学生形成强烈的分析意识，掌握基本的分析方法，形成要求的分析能力。因此，需要大力推进研究型教学，使教师做到在对“问题”的研究中教，并启发学生在对“未知”的探索中学，“教”“学”互动，保证教学目标的有效达成，从而使专业毕业要求有效达成。

（4）有效的成果评价。教学目标达成了吗？教学存在什么样的问题？应该怎么改进？这些问题的有效回答在于教学完成之后对学生达成教学目标的有效评价。包括学生成绩的构成和判定。一是平时成绩的给定要能够体现教学目标的形成性评价，杜绝平时成绩作用的异化;二是期末考试评价，考题的设计必须瞄准对教学目标达成度的有效测量，而不是知识点的覆盖，所以，考题的类型必须能够有效测量“学生能力”是否具备，以及“能力”是否达标。简单的概念解释、判断对错、填空、单选多选、简答简述类的考题显然是不适应的。

实际上，有效的成果评价也是促进教学目标更好达成的重要教学环节。

当然，在分析教学目标达成中，就不仅仅是考试题目关于知识点的覆盖率，不仅仅是学生的成绩是不是正态分布了。

四、一个细化的参考意见

为了更好地落实，我们针对计算机类专业人才的培养提出了一个细化的参考意见，虽然是面向计算机类专业的，但对其他专业而言，很多做法是相通的，也有一定的参考价值。该参考意见大约60万字，共分10章，其中第1章介绍计算机类专业本科人才培养基本定位。该章首先明确了本科工程教育的基本定位是培养学生解决复杂工程问题的能力，以此为基础，讨论了专业教育的基本要求和分解落实解决复杂工程问题能力的培养的基本观点。第2章介绍计算机类专业本科教学质量国家标准及要点，作为计算机类专业学生培养的基本要求以及体现培养学生解决复杂工程问题能力的基本教育观念;第3—8章基于在人才培养中发挥主要作用的教学活动，讨论面向学生解决复杂工程问题能力的培养，如何设计和实施教学活动。其中，第3—5章选择高等数学、大学物理、数据结构、编译原理、人工智能、网络与通信安全等31门典型课程作为示例，分别介绍数学与自然科学类课程、专业类基础课程、专业基础课和专业课的教学安排与实施;第6章选择程序设计基础、操作系统等15门课程设計作为示例，介绍课程设计教学活动的设计与实现;第7、8章分别介绍实习实训、毕业设计的安排和要求;第9章讨论工程与伦理问题，以更好地适应面向全工程周期教育的需要;第10章介绍支撑培养学生解决复杂工程问题能力的质量保障体系。

如何实现学生解决复杂工程问题能力的培养，既是一个老的问题，更是一个新的问题，它决定着本科工程教育的水平。“抛砖引玉”，参考意见来自研究小组以及小组成员所在专业相关教师的研究和实践。示例虽然具有专业的背景，但基本思想和方法对工科教育都是适用的，甚至有很多对工科以外的其他门类的本科教育也具有一定的参考价值。只是由于我们本身理解和水平的限制，难免具有局限性，但我们期望现在抛出的这一块“砖”，能够给读者一定的启示和参考，以期引出一块块“玉”来，为推动我国工程教育和高等教育的改革贡献

力量。

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能力的培养[J]. 2016（11）：27.

[2] 蒋宗礼，姜守旭. 发挥本科教学质量国家标准对新工科建设的推动作用[J]. 2018（1）：41-45.