培養(yǎng)系統(tǒng)能力 提升學(xué)生核心競(jìng)爭(zhēng)力——湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)改革與實(shí)踐

　　新工科是高等工程教育改革的新范式，其核心目標(biāo)是提升工程類(lèi)人才培養(yǎng)質(zhì)量。然而，我們經(jīng)過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前高等工程教育主要存在以下問(wèn)題，與現(xiàn)代工程對(duì)人才培養(yǎng)提出的更高要求形成了鮮明對(duì)比。一是課程體系松散，支撐不足。專(zhuān)業(yè)課程一般按軟件、硬件、設(shè)計(jì)等模塊分散式教學(xué)，課程間融通性差，核心內(nèi)容滯后于產(chǎn)業(yè)發(fā)展，難以支撐系統(tǒng)能力培養(yǎng)。二是實(shí)踐環(huán)節(jié)無(wú)序，技術(shù)脫節(jié)。實(shí)踐教學(xué)分散于獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課程，平臺(tái)不一、手段單一，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)占比高，缺乏遞進(jìn)式能力培養(yǎng)設(shè)計(jì)，且遠(yuǎn)離行業(yè)需求，學(xué)生難以接觸前沿技術(shù)。三是評(píng)價(jià)機(jī)制單一，反饋薄弱。一些高校仍以學(xué)生的課程考試成績(jī)?yōu)橹髟u(píng)價(jià)學(xué)生的“產(chǎn)出”，形式過(guò)于單一，不夠科學(xué)全面，而且反饋機(jī)制可溯性差，難以為教學(xué)改進(jìn)提供有效依據(jù)。
　　
　　當(dāng)前，面對(duì)現(xiàn)代工程通常具有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計(jì)約束繁多、內(nèi)部要素沖突等特征，高等工程教育亟須改革，以更好地滿足人才培養(yǎng)的高要求。具體到計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)教育領(lǐng)域，教育工作者亟須回答：智能計(jì)算時(shí)代，應(yīng)如何重構(gòu)核心課程？什么才是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生走向社會(huì)的安身立命之本？未來(lái)程序員需具備哪些能力？高校如何讓學(xué)生掌握核心競(jìng)爭(zhēng)力？
　　
　　湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)以“系統(tǒng)能力”為核心，將其內(nèi)涵拓展為“程序設(shè)計(jì)能力+系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力+系統(tǒng)工程能力+IT職業(yè)素養(yǎng)”，構(gòu)建“雙重環(huán)鏈”，提出了“1234”教學(xué)模式，即：一套全過(guò)程跟蹤的人才培養(yǎng)教學(xué)體系、雙重環(huán)鏈的培養(yǎng)方案、三級(jí)遞進(jìn)的實(shí)踐體系和四維的學(xué)習(xí)成果評(píng)價(jià)機(jī)制。
　　
　　雙重環(huán)鏈：橫向能力鏈與縱向課程群鏈。“1234”教學(xué)模式的核心是“雙重環(huán)鏈結(jié)構(gòu)”培養(yǎng)方案。它圍繞培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，將學(xué)生4年的課程學(xué)習(xí)進(jìn)行體系化劃分，構(gòu)造貫穿4年的“三個(gè)能力+一個(gè)素養(yǎng)”的橫向能力鏈，以及支撐能力培養(yǎng)的縱向課程群鏈，橫向鏈與縱向鏈環(huán)環(huán)相扣，前續(xù)環(huán)節(jié)為后續(xù)環(huán)節(jié)的支撐，后續(xù)環(huán)節(jié)為前續(xù)環(huán)節(jié)的反饋。具體而言，橫向鏈貫穿本科4年，分階段遞進(jìn)式培養(yǎng)“程序設(shè)計(jì)→系統(tǒng)設(shè)計(jì)→系統(tǒng)工程→職業(yè)素養(yǎng)”能力�！俺绦蛟O(shè)計(jì)”強(qiáng)調(diào)編程和算法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)能力，“系統(tǒng)設(shè)計(jì)”強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)軟/硬件、系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計(jì)能力，“系統(tǒng)工程”強(qiáng)調(diào)解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力，“職業(yè)素養(yǎng)”強(qiáng)調(diào)專(zhuān)業(yè)精神和社會(huì)責(zé)任，并體現(xiàn)計(jì)算思維、系統(tǒng)思維、大工程觀等思想�？v向鏈按學(xué)年設(shè)置“基礎(chǔ)課程→高階課程→集中實(shí)踐→成果評(píng)測(cè)”環(huán)節(jié)，支撐年度能力目標(biāo)達(dá)成，兩鏈環(huán)環(huán)相扣，形成“支撐—反饋”閉環(huán)。由此，達(dá)到加強(qiáng)課程間關(guān)聯(lián)、強(qiáng)化系統(tǒng)能力、提高評(píng)價(jià)反饋時(shí)效性的目的。
　　
　　螺旋迭代：課程與實(shí)踐深度融合。為了實(shí)現(xiàn)課程之間的融會(huì)貫通，我們?cè)O(shè)計(jì)了一套基于“螺旋迭代”的課程新體系，兩臺(tái)自創(chuàng)機(jī)器“一虛一實(shí)、一軟一硬”，以螺旋迭代結(jié)構(gòu)，以解決一個(gè)實(shí)際工程問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn)，將其分解成不同內(nèi)容和不同能力層級(jí)落實(shí)到各門(mén)核心課程和各個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)。課程貫穿。自主研發(fā)HNU原型機(jī)，貫穿“數(shù)字邏輯”“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”“操作系統(tǒng)”“編譯”等核心課程。例如，在“數(shù)字邏輯”中仿真CPU部件，“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”中實(shí)現(xiàn)匯編器，“操作系統(tǒng)”中開(kāi)發(fā)鏈接器，“編譯原理”中開(kāi)發(fā)編譯器，使學(xué)生逐層理解程序底層邏輯，具備全棧開(kāi)發(fā)和優(yōu)化能力。實(shí)踐融通。設(shè)計(jì)HNU口袋貓實(shí)驗(yàn)板，貫穿4年實(shí)踐環(huán)節(jié)。大一焊接基礎(chǔ)板，大二擴(kuò)展接口，大三開(kāi)發(fā)應(yīng)用，大四完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。通過(guò)夏季學(xué)期集中實(shí)訓(xùn)，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐能力的螺旋提升。同一個(gè)原型機(jī)、同一塊開(kāi)發(fā)板，貫穿了多門(mén)核心課程和集中實(shí)踐環(huán)節(jié)，與以前分散的、以知識(shí)灌輸為主的教學(xué)方式，效果截然不同。
　　
　　立體教學(xué)：?jiǎn)�發(fā)、探索與共創(chuàng)。在擁有了一套完善的課程體系之后，如何選擇核心課程的教學(xué)方法以有效達(dá)成培養(yǎng)目標(biāo)，就顯得尤為關(guān)鍵。為此，我們采用了“啟發(fā)式大班授課+探究式小班討論+階梯式強(qiáng)化實(shí)踐”的三層立體化教學(xué)方式，并結(jié)合數(shù)字化工具來(lái)增強(qiáng)教學(xué)互動(dòng)。此外，我們還秉持師生共研共創(chuàng)的教學(xué)理念。以原型機(jī)開(kāi)發(fā)為例，教師負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)指令集架構(gòu)，學(xué)生則在此基礎(chǔ)上逐年進(jìn)行迭代，開(kāi)發(fā)可視化模擬器和網(wǎng)頁(yè)版虛擬機(jī)，逐步強(qiáng)化原型機(jī)的功能。這種教學(xué)模式不僅實(shí)現(xiàn)了“做中學(xué)、學(xué)中創(chuàng)”，還極大地激發(fā)了學(xué)生的自主探索精神。
　　
　　四維評(píng)價(jià)：過(guò)程化與個(gè)性化。我們基于CBE教育理念，建立了“學(xué)習(xí)過(guò)程—教師—第三方—企業(yè)導(dǎo)師”四維評(píng)價(jià)機(jī)制。開(kāi)發(fā)智能分析系統(tǒng)、代碼評(píng)測(cè)平臺(tái)等，實(shí)時(shí)追蹤學(xué)習(xí)軌跡，側(cè)重個(gè)人進(jìn)步而非橫向比較。成績(jī)?cè)u(píng)定融合多環(huán)節(jié)細(xì)粒度考核，形成“學(xué)期大循環(huán)+模塊小循環(huán)”反饋體系，為教學(xué)改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支撐。
　　
　　改革實(shí)施以來(lái)，學(xué)生的系統(tǒng)能力得到了顯著提升，畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量、就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力以及企業(yè)反饋均優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)模式。該項(xiàng)目榮獲2022年高等教育國(guó)家級(jí)教學(xué)成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，“鯤鵬計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力培養(yǎng)課程群虛擬教研室”被教育部選為首批虛擬教研室建設(shè)試點(diǎn)項(xiàng)目，“原型機(jī)+口袋貓”教學(xué)體系也成功入選“101計(jì)劃”實(shí)踐平臺(tái)。
　　
　�。ㄗ髡邌挝幌岛�南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院；本文系湖南省芙蓉教學(xué)名師趙歡工作室研究成果）