基于KAPIV 培养理念的计算机专业基础课程体系的建设

隋雪莉，李莹，闵 芳，卞晓晓，王姝懿

（南京航空航天大学金城学院，江苏 南京 211156）

0 引言

传统课程体系是按标准化、流水线批量推出，这种缺少紧密关联的体系模式，很难使学生从一个个相对孤立的知识点中形成明确的学习目的，单个知识点和技能训练也很难在整体上实现知识向能力有效转变，从而达到“能力叠加”的目的[1]。部分学生学习积极性不高，学习自主性和自律性差。对于学生知识获取的能力、知识实践应用，知识创新以及专业素养、个人修养等方面没有重视。为此，山东大学孙康宁教授及相关研究者提出了KAPIV 培养理念，即知识（Knowledge）、能力（Ability）、实践（Practice）、创新（Innovation）、品行（Virtue）的一体化培养理念[2]。

本文基于KAPIV 培养理念，探讨如何以学生为中心、以项目为驱动进行计算机专业基础课程体系建设。该课程体系建设试点面向计算机专业低年级学生，将理论知识、专业能力要求、创新创业以及立德树人基本要素融为一体，解决学生学习被动，知识向能力转化效率低，学习缺少目标引领，实践动手能力不足，缺少整体分析、解决问题的训练等难题。

1 知识体系设计

为解决专业课程之间相互联系松散，不同课程间知识点时有重复的问题，计算机专业基础课程体系跳出原有课程体系框架，以全方位培养为主线，以包含专业核心知识和能力的项目为驱动，提出了专业基础核心知识点体系。该体系以工程实践能力培养为导向，对原有课程体系、知识结构进行梳理和整合，优化课程体系，满足学生工程实践能力培养目标，对毕业要求形成强有力支撑作用[3]。

1.1 知识体系结构

以《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》为基础，对计算机专业基础课程进行梳理，建立计算机专业基础核心知识点体系，分为程序设计基础、面向对象编程思想、Java 语言程序设计、离散数学、数据结构五部分，由30 个一级核心知识点、109 个二级核心知识点和307 个三级核心知识点组成。知识体系结构如图1 所示（由于篇幅受限，本图仅展示一级核心知识点）。在知识点体系结构中，三级知识点可以细化到10 ～15 min 的微课视频，整个知识体系实际由诸多这样的微课视频组成，便于学生自学。

图1 计算机科学与技术专业基础课程核心知识体系结构（一级核心知识点）

1.2 教学资源建设

本课程体系在项目驱动下，以目标为导向，采用立体化教学方式。依托智慧教学平台，打通线上与线下渠道，建成了优质教学资源库，形成灵活的教学与学习方式，可以最大程度上调动学习积极性，提升学生上课体验，提高教学质量。将慕课及精品课程建设、教学互动、资源管理、教学成果展示、教学管理评估整合于一体，为学生提供了一个跨时间、跨地域的互动交流平台，可以随时随地体验新一代网络教学所带来的高效和便利。以英华学堂为基础平台，围绕课前、课中、课后教学闭环，基于动态数据分析，将信息技术与课堂教学高度融合，搭建全新的智慧教学环境。

以“面向对象编程思想”部分为例，将视频教学、同步练习、讨论区互动、实时测验等融入智慧教学平台，实现教学全过程的跟踪与考核，并能实时根据大数据分析对问题学生发出预警。每小节学习完立即开始小测验，检验学习效果；此外设置了讨论环节，学生学习积极性很高、参与率高、学习效果较好。根据学生提交的作业、小测验，教师可以迅速定位错误率比较高的题目并进行分析，留在下次课集体讲解。

微课视频每次针对一个三级核心知识点展开论述，时长一般控制在15 min 以内。方便学生在项目用到相关知识的时候可以迅速定位到相应内容进行学习。

2 能力体系构建

2.1 设计一体化实操项目

以包含专业核心知识和能力的项目为牵引，综合考量本专业的主干学科支撑、注重与其他技术发展融合，训练和帮助学生不仅能运用所掌握的知识去解决现有的问题，也有能力学习新知识、新技术去解决未来发展出现的问题。精心设计了多个实操项目，完成了一体化项目说明书。项目中不仅要注意创新思维的培养，还要注重实践应用能力和技术应用开发能力的培养[4]。所有实操项目的设计均模仿真实工作环境，营造自我体验、自主学习、自由创造的学习氛围[5]。

2.2 建立项目驱动新模式下的能力要求体系

以“人流量监测系统的设计与实现”项目为例，梳理了项目支撑的能力要求，搭建了由21 个一级核心知识点、73 个二级核心知识点组成的能力体系，如图2 所示。该项目包含基础核心知识体系下的绝大部分知识点，见表1。项目未涉及的36 个知识点中，有20个二级核心知识点有其他知识点有一定重复，学生可通过自学、讨论等方式掌握；16 个新增二级核心知识点可通过教师指导等方式掌握。

表1 项目所涉及核心知识点与基础核心知识点比较

图2 实操项目的能力要求体系结构

3 品德教育融入教学

传统课程教学中聚焦教学内容本身，思政元素融入较少，从而忽视学生价值观引领及德育方面教育，课程内容与思政内容融入不协调，课程教育人程度弱化[6]。课程思政的实施途径、方法或策略等不丰富，导致课程思政实施力度不够、协同效应不强[7]。

为解决上述问题，在计算机专业基础课程体系建设中，要把思政教育和专业教育紧密结合，真正实现在课堂教学主渠道中全方位、全过程、全员立体化育人，坚持显性教育与隐性教育的相统一。以校“课程思政”示范课程建设为契机，在项目化牵引下，将思政元素润物无声地融入教学过程及实训实践，有效提升知识向能力转化的速度，构建全新的课程思政金课模式。在考核专业能力的同时，还对学生的品行进行正向引导和考量。学生通过实际操作和实际问题解决，增强实践能力，培养创新思维和实践能力，帮助学生形成良好的职业价值观和发展观[8]。

以“面向对象编程思想”部分为例，对核心知识点进行思政教学设计，包括思政目标、主要内容及实现方式；根据教学设计形成思政资源库。形成典型教学案例，深度挖掘蕴藏在知识背后的思维方式和价值取向，打造有温度、有深度、有广度、有力度的教学案例，实现程序设计案例与专业发展的紧密结合。以“构造函数与析构函数”教学案例为例，首先列出思政目标：建立数据安全保护意识；树立正确的技能观；激发学生对社会主义核心价值观的认同感，培养学生诚实、守信的性格；编码遵循内存申请后应及时释放的代码规范。然后设计教学内容：通过案例分析引入教学内容；通过提出问题，引导学生进行分析，最后提出解决方案；最后进行教学反思：思政要融入专业，成为有机整体；思政切入点要要贴和实际，贯穿始终；教师起到表率作用，以德树人。

4 建立规范的项目运行机制

为保证课程体系的建设既能满足教育部规定的应用型本科人才培养要求，又能够有机的实现学生知识、能力、实践、创新、品行一体化的提升，建立了一套规范的项目管理机制，以实现项目运行常态化。

4.1 选拔机制

制定项目人才选拔机制，以创新实践基础实训选拔为考核依据，学生自主报名，指导教师面试等方式综合选拔出一批对本专业有能力、有兴趣进行创新实践活动的学生。专业依托学院创新实验室，面向大一学生进行选拔，首先学生报名，要求有创新精神，有责任心、团队意识强，对编程、前沿技术、3D 建模、简易机械结构设计有浓厚兴趣。对报名学生进行线上测试，内容为专业基础知识初试；复试采用综合测试，同时试做小型项目，通过验收的同学选为项目组成员。

4.2 日常运行管理机制

项目学生成员以创新实验室为活动地点，创新实践指导教师和实验室教师共同管理，教师根据创新实践教学管理计划为学生成员共同制定本学期学习规划。建立课程教学、MOOC 课、英华学堂学习和知识点系列微课学习机制，拓展学生个性化学习资源，在项目学习以学生自学为主，指导教师指导为辅，结合企业前沿专家讲座的形式进行，例如邀请有丰富行业从业经验的专家教师、资深专业教授开设“云时代的数据中心网络”“基于机器学习的脑影像分析及应用”“漫谈人工智能”等报告。项目进行中，定期进行学习汇报和小组式问题研讨，对于出现的问题进行集中讨论解决，指导教师把握学生学习状态，实时进行个性化学习计划调整，密切跟踪学生的学习动态，实现对学生的全程考核。

4.3 考核机制

为保证培养质量，项目组按照项目涉及知识体系，建立试题库，学生在自主学习完成后可以自主提交结课申请，由指导老师组织课程试题库抽题考核，考试成绩达到项目组拟定的标准后方可进入下一阶段的学习。利用在线测评系统（Open Judge，简称OJ平台）对学生的编程能力进行持续性的训练和考核，规定学生每周必须要完成的题目数量。学生组成和学习过程采用滚动制，学习进度明显低于项目进行进度的学生，可转入普通班学习，普通班学生有强烈参加项目的兴趣和较好的学习基础可进入项目组学习。

4.4 动态培养机制

以竞赛为引领，选择基础优秀、学习能力强的学生直接进行竞赛作品的设计、制作和调试。参与的学生通过不同阶段、不同方式进行不断选拔、更新，以保证组成最强的创新实践团队；课程内容、项目实践内容通过竞赛规则、企业需求、社会发展、毕业生等反馈进行及时调整和更新，以实现实践内容在保证基本知识点学习的前提下紧跟社会发展步伐，及时吸纳新知识。学生在整个学习过程中可以多次申请参加各课程的结课考试，以最高成绩为最终成绩；借助学校学分置换的渠道对获奖学生按获奖级别、对竞赛作品所做的贡献大小动态化地对相应课程进行加分。

4.5 教师团队组建机制

选拔业务能力强的教师担任项目指导教师，尤其是有优秀企业从业经验的教师。聘请企业前沿工程师做兼职指导教师指导学生了解行业最新动态；聘用基础好、能力强、竞赛项目经验丰富的学长作为助教，在创新实践课堂上进行辅导，以缓解实验教师课堂压力和提高答疑效率。目前形成了一支由学院副院长领导、骨干教师、来自企业有丰富从业经验的教师组成的专职教师团队，辅以合作企业技术专家为指导的兼职教师队伍。

5 实施效果

近年来，随着课程体系改革的不断深入，本专业以创新实验室作为培育基地，实现学生一体化培养，效果显著。改革前，学生学习目标不明确，被动地接受知识，实践创新的机会不多，畏难情绪明显。项目驱动下，学生带着问题去学习，通过翻转课堂、项目实施等方式，专业知识的掌握更加牢固，极大地改善了学风，学生自主学习有了动力和目标，学习态度更加认真，开展学习和实践活动更加主动。项目进行期间，通过实时评价学习效果，学生能及时找到差距，树立阶段性学习目标。项目实施中，学生团队设计了解决方案、掌握了知识、提高了专业能力、增强了自信、磨炼了意志，做出了不错的作品。项目组学生参与实践创新活动的积极性明显增强，本年度先后在大学生计算机设计大赛、嵌入式芯片与系统设计竞赛、中国机器人及人工智能大赛等榜单竞赛中获得奖项6 项；在全国创新创业大赛中获得校级特等奖。

6 结语

基于KAPIV 培养理念，从建立学生需要掌握的核心知识点体系、构建通过实操项目训练要达到的能力要求体系、塑造学生品格、规范完整的实践流程几方面入手，进行计算机专业基础课程体系建设。该体系能够有效提升知识向能力转化的速度，为学生搭建一个适合未来职业发展、能承载重任的环境。