“横向打通、纵向延伸”的课程教学改革探索

摘  要：在新的产业发展和现代化建设环境下，知识与技术迭代加速、工作场域更加复杂。针对传统课程教学对学生横贯能力培养不足，与科技竞争和产业变革导致的复杂工作场域不够契合的问题，围绕产出导向，提出横纵贯通的课程教学改革思路。以计算机核心基础课程群教学改革为例，实施以课程目标达成为导向的螺旋递进式教学，有效衔接课程知识点与能力、品行的培养，引导学生在课程学习中持续提高知识应用能力和技能，激发学习动机，培育良好品行。在多维学习评价与反馈中不断提升学生的计算思维、系统思维等工程思维能力和团队合作、责任意识等品行。

关键词：横贯能力；产出导向；横纵贯通的课程教学；项目实践；多维评价

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）34-0139-04

Abstract： Under the new environment of industrial development and modernization， the iteration of knowledge and technology has accelerated and the workplace has become more complex. In response to the problem that traditional curriculum teaching does not sufficiently cultivate students' transversal capacity and is not fit with the complex workplace resulting from technological competition and industrial change， we propose a horizontal and vertical extension curriculum teaching reform around output orientation. Taking the teaching reform of computer core fundamental courses as an example， we implement spiral teaching oriented to the achievement of curriculum objectives， which effectively links with the cultivation of knowledge， abilities and behaviors， guiding students to improve the ability to apply knowledge and skills continuously， stimulate learning motivation， and cultivate good character in the course learning. In the multi-dimensional learning evaluation and feedback， we will continuously improve students' engineering thinking ability such as computational thinking and system thinking， team spirit， and sense of responsibility.

Keywords： traversal capacity; OBE; horizontal and vertical curriculum teaching; project practices; multi-dimensional evaluation

课程是教学的基础单元和核心单元，真正的教学改革应该落实到课程改革和课堂内涵提升，实现知识（knowledge）、技能（skill）和品行（Dispositions）的多维度培养，提升学生职业胜任力（competency），使其适应不断变化的未来。为培养具有可持续竞争力，适应未来新兴技术和经济发展的卓越人才，必须采用新的工程教育模式，以学生为中心，进行能力目标导向下的课程设计并持续改进。

本文以计算机核心能力培养为例，针对单一课程承载的知识、技能、品行有机融合不足，培养学生解决复杂软件开发问题的综合能力和高级思维用力不够的问题，重构离散数学、程序设计基础、数据结构、算法分析与设计等计算机专业核心基础课程群。打破传统线性结构的单一课程知识排列，提出多课程知识结构串编的内容组织与教学方式创新。以能力产出为目标，以项目实践为主线，整合关联课程基础知识，拓展课程的纵横关系，有目的构建相互衔接、难度递增的实验实践项目集，实现学生掌握、运用知识的技术能力，掌握适应未来发展变化的思维方式，以及培养协作性、专业性、创造性、严谨性、社会责任感等品行的目标。

一  课程结构设计理念

遵循现代化新工程教育理念和人才成长规律，探索适应数字社会、数字经济发展新需求，具备交叉思维、复合能力的工程人才培养课程建设模式。基于产出导向教育（OBE）理念，借鉴ADDIE模型，从课程能力目标、课程内容设计、建设实施路径、能力目标达成评价四个方面进行综合设计，如图1所示。课程结构设计遵循以下原则：

拓展课程的纵横关系，实现能力培养深度纵向延伸，知识要素横向打通。

图1  课程结构设计思路

根据本专业毕业要求，设计体现学生能力与学习收获的课程目标，以课程目标引导课程的教与学。

强调知识组成的多元性和衔接性。学生不仅要掌握相关理论知识，还要逐步掌握工程项目的技术规则、团队合作和工程伦理等工程问题的情境知识。

递进式、个性化设计课程内容。设计阶梯式多课程串编实验项目，实验内容跟随课程难度渐进和丰富，在达到总量控制的前提下，满足学生多样化学习需求，可在一定范围内自主选择。

强调面向真实场景的实践知识。实践项目面向应用与实践进行动态组织，而不只是知识点的静态堆叠。

重视学生思维模式的培养，赋予其适应未知环境、应对未来变化的问题解决能力。

二  课程目标

紧密围绕复杂软件系统工程中问题识别、模型创建、算法设计与实现的核心能力，从知识、技能和品行三个维度构建计算机核心基础课程群目标（见表1），力求将工程严谨性与软件系统开发的数据组织与算法设计能力相结合。

表1  计算机核心基础课程群目标

课程群能力产出主要包含：①形式化建模、算法设计与分析和编程等基本技能；②分析、设计和实施项目的管理能力；③理解与沟通、批判性思维、系统性思维等适应未来发展变化的胜任力；④工程报国、工程为民的社会责任意识。

根据横纵贯通的课程群设计理念，项目管理能力、胜任力以及社会责任意识的培养贯穿课程群所有课程。基本技能培养分解在具体课程中，见表2。

三  实施路径

以学生为中心，尊重学生认知与学习发展规律。以促进课程目标达成为导向，遵循布鲁姆认知过程，设计由浅入深、分层递进的课程模块和阶段性目标。通过实验/实践任务和小组合作，将知识、技能和品行培养融合在一起，逐步提高学生对信息类工程问题的认知能力和适应力。本研究进行了如下探索。

（一）  课程横向打通、纵向延伸

组织课程负责人集体备课，通过分解—匹配—调整进行课程内容和整体实验/实践任务设计，有效衔接课程之间的知识点。通过迭代升级式实验/实践任务，打通离散数学、程序设计基础、数据结构、算法分析与设计课程间的知识要素，由知识激活技能，帮助学生把知识概念与方法、工具及技术联系起来。在知识和技能的“正确”或“更好”的应用情景中，引导学生应用知识、掌握技能，在具体的目标实现过程中形成如何使用技能的价值观和动机，让知识熟练应用并使品行具体化。

例如，在程序设计基础课程中，设计集合/多重集构造及运算、用递归算法求幂运算等实验任务，在设计、实现程序的同时进一步掌握离散数学中集合、函数和递归等知识；算法分析与设计课程设计中，要求学生利用离散数学课程所学逻辑规则和数学归纳法等技术证明所设计算法的正确性，并编写实现该算法的程序进行实验性验证；排序和查找的应用实验贯穿程序设计基础、数据结构和算法分析与设计课程，逐步提高实验复杂度和性能要求，在应用、分析与评价的学习过程中不断提升学生解决问题的能力，激发创造性思维能力。

（二）  多样化学习方式促进学生综合能力发展

1  小组合作学习

注重人际沟通和团队合作能力培养，鼓励学生自由研讨和思想碰撞。随着课程难度的提高，学生素养的发展也从个人能力逐步丰富到群体意识、团队领导力。通过分组实验、展示、汇报等活动，培养学生的人际交往和沟通表达能力。

2  问题导向学习

知识习得方式从“文本到文本”转为“从文本到实践”，培养学生知识整合能力与创新能力。一是强调跨课程知识整合，从传统的知识系统性传授转变为知识深度和广度的引导。通过模拟真实场景的项目实践，例如对百万级的大数据集进行排序，使学生经历算法的工程化实践，在构建中体现知识、技术、方法的综合运用。二是基于身边的实际问题进行学习，比如设计校园物流派送方案并编写程序实现和验证方案，学习过程强调创造思维、系统思维、批判思维、计算思维和试验思维，为学生解决复杂工程问题奠定基础。

3  迭代递进式学习

由浅入深递进设置迭代式学习任务，贯穿课程群。例如对于查找功能的实现，程序设计基础课程着重解决学生掌握编程工具、代码编写规则，利用工具进行调试和基本测试的实验思维。离散数学课程着眼于准确设计表示实际问题的数学模型的抽象思维和系统思维。数据结构课程着重解决数据的组织、存储和基本操作。算法设计与分析课程在前期的基础上，通过增加问题复杂度和约束条件，例如将数据设置为百万级，限制查找算法的运行内存和时间复杂度，逐步增加任务难度。课程实验按照验证性、设计性、综合性循序渐行、由浅入深、逐步递进，在学习过程中不断创造学有收获的快乐，建立学生的信心与兴趣，实现学生能力的提升。

（三）  构建多维学习评价与反馈机制

以学生学习成效为核心，依据“可评价、可操作”原则，根据课程目标选择合理、可行的考核方式，有针对性地评估学生知识、技能和品行维度表现。除了考核软件开发工作方法和程序技能的掌握程度，还强调沟通与表达能力以及基于既有方法和程序，发现问题、创新方法的思维方式和责任意识。以数据结构课程为例，课程考核包含小组项目实践、个人实验、报告/汇报展示、分组研讨环节。每个环节均强调过程性评价，结合阶段性形成性评价，通过学习前的学情问卷调查和阶段学习成效评估，观察学生的成长变化过程，掌握学生的学习成效以及与学习目标的差距，以便及时调整教学和实验内容，提供学习支持。

课程整体评估方法注重工程实践能力评价，根据课程目标设计评估量规，部分示例见表3。

根据课程学习过程评价，课程团队发现了课程教学中存在的问题和薄弱环节，如部分学生编程基础不扎实，不能熟练使用程序开发工具进行代码调试；大多数同学习惯于验证性的实验内容，在真实场景下的高阶实践能力和系统性思维相对不足；根据软件开发规范，撰写标准化文档、正确使用专业术语解决方案设计、实现等流程流畅表达的能力还有所欠缺等。通过加强课程讲授团队间的学情交流，帮助教师跳出具体课程看教学，针对前序课程发现的问题和不足，及时优化课程教学内容和教学方式，形成课程间的有效衔接，保障课程教学质量。