彭玉青 董永峰 許智宏 汪鵬 侯向丹

摘 要：培養(yǎng)大學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力是本科生培養(yǎng)方案畢業(yè)要求里的一個重要指標(biāo)。如何提高解決復(fù)雜工程問題的能力，就要針對其能力特征，構(gòu)建以能力為導(dǎo)向的計算機類的課程體系，分層次、分階段、系統(tǒng)綜合地組織面向復(fù)雜工程設(shè)計的課程群，通過建立滿足復(fù)雜工程特征要求的典型案例庫，在實踐中提高解決復(fù)雜工程問題的能力。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜工程問題;課程體系;案例庫;課程群

中圖分類號：G64? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1673-9132（2020）16-0003-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2020.16.001

隨著工程教育專業(yè)認(rèn)證工作的全面實施，與社會需求相適應(yīng)的復(fù)雜工程問題重要作用愈加凸顯。在新修訂的工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中的12條畢業(yè)要求里就有8條提到了“復(fù)雜工程問題”。把解決復(fù)雜工程問題作為基本訴求，強調(diào)在培養(yǎng)中突出學(xué)生整體解決方案的能力。畢業(yè)要求標(biāo)準(zhǔn)的制定，對新時期高等學(xué)校的教育提出了新的要求，不能再像以往那樣只注重知識的傳授，概念的理解，而是要把知識、理論應(yīng)用轉(zhuǎn)化在實際工程問題的解決上，尤其是對復(fù)雜工程問題的分析、設(shè)計、解決和評價上。這就要求專業(yè)課程教師在講授知識點的同時，更加關(guān)注理論在實際中的應(yīng)用，關(guān)注與其他課程銜接、綜合應(yīng)用解決復(fù)雜工程問題的轉(zhuǎn)變上，加強實踐應(yīng)用環(huán)節(jié)，從統(tǒng)一的觀點和角度把握理論、實驗、實踐的關(guān)系[1-2]。

雖然近幾年許多高校參加并通過了工程教育認(rèn)證，但對復(fù)雜工程問題的認(rèn)識和理解還有偏差，教學(xué)環(huán)節(jié)中設(shè)置的工程問題過于簡單，不具備復(fù)雜工程問題的基本特征，因此達(dá)不到培養(yǎng)解決復(fù)雜問題的能力。復(fù)雜工程問題提煉不準(zhǔn)確，一方面是因為一線教師的工程應(yīng)用背景少，大多數(shù)教師一畢業(yè)就分配到高校，參與的實際工程項目少，因此難以從工程應(yīng)用中提煉出復(fù)雜工程問題，并將其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、因素、分析過程、解決方案設(shè)計在理論課程的教學(xué)環(huán)節(jié)中。另外，復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)是一項系統(tǒng)性、全局性的工作，它不應(yīng)該只是一門課程的目標(biāo)[3]，也不應(yīng)該是一位教師的責(zé)任，不能簡單地通過一門課的學(xué)習(xí)和實踐，一個具體項目的開發(fā)，甚至僅僅通過綜合實踐和畢業(yè)設(shè)計等幾個環(huán)節(jié)就讓學(xué)生具有解決復(fù)雜工程問題的能力，而是必須通過整個培養(yǎng)體系實現(xiàn)，落實到培養(yǎng)的各個環(huán)節(jié)。

一、以能力為導(dǎo)向的計算機類課程體系的構(gòu)建及培養(yǎng)過程

復(fù)雜工程問題的解決需要與問題相匹配的基礎(chǔ)知識、工程理論、專業(yè)技能和綜合素養(yǎng)，這些都是專業(yè)培養(yǎng)計劃中課程體系需要設(shè)置的內(nèi)容，因此在課程體系設(shè)置的過程中就要綜合考慮課程最終傳授給學(xué)生的能力是什么，是否支撐解決復(fù)雜工程問題。針對計算機大類的培養(yǎng)目標(biāo)，按照支持解決“復(fù)雜工程問題”畢業(yè)要求達(dá)成的需要，以培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力為核心，基于OBE理念，圍繞培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力、算法設(shè)計與分析能力、程序設(shè)計與實現(xiàn)能力以及計算機系統(tǒng)能力，構(gòu)建以能力為導(dǎo)向的計算機類的課程體系，涵蓋通識教育課程、專業(yè)教育課程、集中實踐教學(xué)環(huán)節(jié)、自主學(xué)習(xí)課程、第二課堂活動五大模塊。其中，通識教育模塊培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)思維、工程基礎(chǔ)、人文素養(yǎng)功底，為專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ);專業(yè)教育課程滿足計算機類專業(yè)補充標(biāo)準(zhǔn)的要求，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計、團隊合作和問題解決能力，并且通過這些知識的學(xué)習(xí)使得學(xué)生畢業(yè)時能夠針對計算機及相關(guān)領(lǐng)域中的復(fù)雜工程問題進(jìn)行問題分析、方案設(shè)計、實施解決;集中實踐教學(xué)環(huán)節(jié)通過設(shè)置綜合的軟、硬件實踐，實習(xí)、實訓(xùn)以及畢業(yè)設(shè)計，通過與企業(yè)合作，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、團隊精神以及綜合應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題的能力，從而提高實踐能力和創(chuàng)新能力。

在五大模塊中，以通識教育課程、專業(yè)課程中的專業(yè)基礎(chǔ)課程為知識和理論的基本支撐，以專業(yè)課和集中實踐為應(yīng)用理論和實踐技能，銜接軟件系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)中的復(fù)雜工程問題，通過典型的實踐環(huán)節(jié)和綜合訓(xùn)練，對復(fù)雜工程問題進(jìn)行識別、表達(dá)、分析和建模，提出解決方案并進(jìn)行對比分析和優(yōu)化，最終通過歸納和信息綜合，得到合理有效的結(jié)論。通過有針對性的具有復(fù)雜工程問題特征的實踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，經(jīng)過“系統(tǒng)規(guī)劃—需求分析—系統(tǒng)設(shè)計—編程實現(xiàn)—測試與優(yōu)化—展示答辯”等環(huán)節(jié)，學(xué)生得到解決復(fù)雜工程問題能力的全面訓(xùn)練。復(fù)雜工程能力培養(yǎng)過程示意如附圖1所示。

二、基于復(fù)雜工程設(shè)計的課程群建設(shè)

復(fù)雜工程問題在工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中給出了明確的定義，必須具備如附圖2所示的中間特征，同時具備其他6個特征中的部分或全部。

大部分的單門課程是不具備復(fù)雜工程問題的特征的，尤其是實際應(yīng)用中的復(fù)雜工程問題往往涉及多學(xué)科、軟硬件、經(jīng)濟、環(huán)境、綜合等多方面因素，因此就需要綜合利用課程體系中的多門課程的知識和技能，從不同角度、不同層面、不同方向系統(tǒng)地進(jìn)行整體的分析、設(shè)計、優(yōu)化、實施。而以往的教學(xué)以每門課程為中心，各門課獨立規(guī)劃獨立教學(xué)，很少體現(xiàn)本層次的知識與其他層次之間的關(guān)聯(lián)，形成知識結(jié)構(gòu)的孤島[4-6]，難以建立完整而系統(tǒng)的專業(yè)知識體系和實踐體系，導(dǎo)致能力培養(yǎng)缺乏連續(xù)性、漸進(jìn)性和系統(tǒng)性，因此圍繞計算機類人才所需的四個能力，構(gòu)建面向復(fù)雜工程問題設(shè)計的課程群，從軟件、硬件、系統(tǒng)三方面培養(yǎng)學(xué)生全方位的綜合工程實踐能力。構(gòu)建面向計算思維及算法設(shè)計的課程群，從問題出發(fā)，按照求解問題的思路，從表達(dá)、模型建立和問題求解三方面，分步分層構(gòu)建問題與解答之間的橋梁，理順求解過程中的知識點及其關(guān)系，把需要掌握的計算思維特征、程序設(shè)計和算法分析分解到每一個具體的教學(xué)內(nèi)容之中;構(gòu)建面向軟件設(shè)計開發(fā)的課程群，通過不同學(xué)期的課程，逐步奠定軟件開發(fā)基礎(chǔ)、提升軟件開發(fā)能力、強化專業(yè)應(yīng)用軟件設(shè)計開發(fā)能力、創(chuàng)新設(shè)計能力以及軟件架構(gòu)設(shè)計開發(fā)能力;構(gòu)建面向計算機系統(tǒng)能力的課程群，圍繞計算機領(lǐng)域中的軟硬件技術(shù)，軟硬結(jié)合，設(shè)計時綜合考慮雙方的性能、效率、難易程度，并進(jìn)行方案比較，尋找同時滿足兩方面的最佳解決方案。

三、基于復(fù)雜工程問題的典型案例庫建設(shè)

大部分教師缺乏工程實踐經(jīng)歷，因此難以提煉復(fù)雜工程問題，如何根據(jù)行業(yè)需求和企業(yè)需求提煉典型案例并用于實踐中是提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的關(guān)鍵。

根據(jù)培養(yǎng)的計算思維能力、算法設(shè)計與分析能力、程序設(shè)計與實現(xiàn)能力以及計算機系統(tǒng)能力，在課程群內(nèi)和課程群間梳理課程之間以及群之間的聯(lián)系，分析課程或課程群在各個能力培養(yǎng)中承擔(dān)的角色，結(jié)合企業(yè)需求，篩選出典型的復(fù)雜工程問題，體現(xiàn)能力培養(yǎng)的層次性、漸進(jìn)性和系統(tǒng)性，形成典型復(fù)雜工程案例，應(yīng)用在課程實驗、有關(guān)算法設(shè)計的綜合實驗、相關(guān)軟件開發(fā)的綜合實踐、計算機硬件系統(tǒng)的綜合設(shè)計以及實習(xí)實訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計等教學(xué)和實踐過程中，同時通過項目驅(qū)動、案例教學(xué)、研究導(dǎo)向等多種形式的教學(xué)方法，讓學(xué)生在具有典型復(fù)雜工程問題的實踐中深刻理解所學(xué)知識，并綜合利用所學(xué)進(jìn)行深入的分析、多因素多技術(shù)的比較、各種沖突的解決等，甚至提出批判性的思考，提高解決復(fù)雜工程問題的能力。

四、結(jié)語

本科工程教育的基本定位就是培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，從復(fù)雜工程問題的定義出發(fā)，明確聚焦學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)的基本要求，構(gòu)建以能力為導(dǎo)向的計算機類的課程體系，深入探析復(fù)雜工程問題的特征和解決途徑和方法，掌握其內(nèi)涵，通過教學(xué)設(shè)計、組織實施、達(dá)成評價將復(fù)雜性融入到培養(yǎng)過程的各個環(huán)節(jié)，糾正學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力評價指標(biāo)點分解誤區(qū);通過組織面向復(fù)雜工程設(shè)計的課程群，建立基于復(fù)雜工程問題的典型案例庫，通過典型案例的實踐有效提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力、算法設(shè)計與分析能力、程序設(shè)計與實現(xiàn)能力以及計算機系統(tǒng)能力。

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