培養(yǎng)系統(tǒng)能力 提升學(xué)生核心競爭力

　　新工科是高等工程教育改革的新范式，其核心目標(biāo)是提升工程類人才培養(yǎng)質(zhì)量。然而，我們經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前高等工程教育主要存在以下問題，與現(xiàn)代工程對人才培養(yǎng)提出的更高要求形成了鮮明對比。一是課程體系松散，支撐不足。專業(yè)課程一般按軟件、硬件、設(shè)計等模塊分散式教學(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)。二是實踐環(huán)節(jié)無序，技術(shù)脫節(jié)。實踐教學(xué)分散于獨立實驗課程，平臺不一、手段單一，驗證性實驗占比高，缺乏遞進式能力培養(yǎng)設(shè)計，且遠離行業(yè)需求，學(xué)生難以接觸前沿技術(shù)。三是評價機制單一，反饋薄弱。一些高校仍以學(xué)生的課程考試成績?yōu)橹髟u價學(xué)生的“產(chǎn)出”，形式過于單一，不夠科學(xué)全面，而且反饋機制可溯性差，難以為教學(xué)改進提供有效依據(jù)。

　　當(dāng)前，面對現(xiàn)代工程通常具有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計約束繁多、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。具體到計算機專業(yè)教育領(lǐng)域，教育工作者亟須回答：智能計算時代，應(yīng)如何重構(gòu)核心課程？什么才是計算機專業(yè)學(xué)生走向社會的安身立命之本？未來程序員需具備哪些能力？高校如何讓學(xué)生掌握核心競爭力？

　　湖南大學(xué)計算機類專業(yè)以“系統(tǒng)能力”為核心，將其內(nèi)涵拓展為“程序設(shè)計能力+系統(tǒng)設(shè)計能力+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、三級遞進的實踐體系和四維的學(xué)習(xí)成果評價機制。

　　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)雜工程問題的能力，將學(xué)生4年的課程學(xué)習(xí)進行體系化劃分，構(gòu)造貫穿4年的“三個能力+一個素養(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，分階段遞進式培養(yǎng)“程序設(shè)計→系統(tǒng)設(shè)計→系統(tǒng)工程→職業(yè)素養(yǎng)”能力?！俺绦蛟O(shè)計”強調(diào)編程和算法設(shè)計實現(xiàn)能力，“系統(tǒng)設(shè)計”強調(diào)計算機軟/硬件、系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計能力，“系統(tǒng)工程”強調(diào)解決復(fù)雜工程問題能力，“職業(yè)素養(yǎng)”強調(diào)專業(yè)精神和社會責(zé)任，并體現(xiàn)計算思維、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→集中實踐→成果評測”環(huán)節(jié)，支撐年度能力目標(biāo)達成，兩鏈環(huán)環(huán)相扣，形成“支撐—反饋”閉環(huán)。由此，達到加強課程間關(guān)聯(lián)、強化系統(tǒng)能力、提高評價反饋時效性的目的。

　　螺旋迭代：課程與實踐深度融合。為了實現(xiàn)課程之間的融會貫通，我們設(shè)計了一套基于“螺旋迭代”的課程新體系，兩臺自創(chuàng)機器“一虛一實、一軟一硬”，以螺旋迭代結(jié)構(gòu)，以解決一個實際工程問題為出發(fā)點，將其分解成不同內(nèi)容和不同能力層級落實到各門核心課程和各個實踐環(huán)節(jié)。課程貫穿。自主研發(fā)HNU原型機，貫穿“數(shù)字邏輯”“計算機系統(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，“計算機系統(tǒng)”中實現(xiàn)匯編器，“操作系統(tǒng)”中開發(fā)鏈接器，“編譯原理”中開發(fā)編譯器，使學(xué)生逐層理解程序底層邏輯，具備全棧開發(fā)和優(yōu)化能力。實踐融通。設(shè)計HNU口袋貓實驗板，貫穿4年實踐環(huán)節(jié)。大一焊接基礎(chǔ)板，大二擴展接口，大三開發(fā)應(yīng)用，大四完成畢業(yè)設(shè)計。通過夏季學(xué)期集中實訓(xùn)，實現(xiàn)實踐能力的螺旋提升。同一個原型機、同一塊開發(fā)板，貫穿了多門核心課程和集中實踐環(huán)節(jié)，與以前分散的、以知識灌輸為主的教學(xué)方式，效果截然不同。

　　立體教學(xué)：啟發(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+階梯式強化實踐”的三層立體化教學(xué)方式，并結(jié)合數(shù)字化工具來增強教學(xué)互動。此外，我們還秉持師生共研共創(chuàng)的教學(xué)理念。以原型機開發(fā)為例，教師負責(zé)設(shè)計指令集架構(gòu)，學(xué)生則在此基礎(chǔ)上逐年進行迭代，開發(fā)可視化模擬器和網(wǎng)頁版虛擬機，逐步強化原型機的功能。這種教學(xué)模式不僅實現(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。

　　四維評價：過程化與個性化。我們基于CBE教育理念，建立了“學(xué)習(xí)過程—教師—第三方—企業(yè)導(dǎo)師”四維評價機制。開發(fā)智能分析系統(tǒng)、代碼評測平臺等，實時追蹤學(xué)習(xí)軌跡，側(cè)重個人進步而非橫向比較。成績評定融合多環(huán)節(jié)細粒度考核，形成“學(xué)期大循環(huán)+模塊小循環(huán)”反饋體系，為教學(xué)改進提供數(shù)據(jù)支撐。

　　改革實施以來，學(xué)生的系統(tǒng)能力得到了顯著提升，畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量、就業(yè)競爭力以及企業(yè)反饋均優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)模式。該項目榮獲2022年高等教育國家級教學(xué)成果獎二等獎，“鯤鵬計算機系統(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)試點項目，“原型機+口袋貓”教學(xué)體系也成功入選“101計劃”實踐平臺。

　?。ㄗ髡邌挝幌岛洗髮W(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）

《中國教育報》2025年03月05日 第06版