彭玉青 董永峰 许智宏 汪鹏 侯向丹

摘 要：培养大学生解决复杂工程问题的能力是本科生培养方案毕业要求里的一个重要指标。如何提高解决复杂工程问题的能力，就要针对其能力特征，构建以能力为导向的计算机类的课程体系，分层次、分阶段、系统综合地组织面向复杂工程设计的课程群，通过建立满足复杂工程特征要求的典型案例库，在实践中提高解决复杂工程问题的能力。

关键词：复杂工程问题;课程体系;案例库;课程群

中图分类号：G64          文獻标识码：A          文章编号：1673-9132（2020）16-0003-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2020.16.001

随着工程教育专业认证工作的全面实施，与社会需求相适应的复杂工程问题重要作用愈加凸显。在新修订的工程认证标准中的12条毕业要求里就有8条提到了“复杂工程问题”。把解决复杂工程问题作为基本诉求，强调在培养中突出学生整体解决方案的能力。毕业要求标准的制定，对新时期高等学校的教育提出了新的要求，不能再像以往那样只注重知识的传授，概念的理解，而是要把知识、理论应用转化在实际工程问题的解决上，尤其是对复杂工程问题的分析、设计、解决和评价上。这就要求专业课程教师在讲授知识点的同时，更加关注理论在实际中的应用，关注与其他课程衔接、综合应用解决复杂工程问题的转变上，加强实践应用环节，从统一的观点和角度把握理论、实验、实践的关系[1-2]。

虽然近几年许多高校参加并通过了工程教育认证，但对复杂工程问题的认识和理解还有偏差，教学环节中设置的工程问题过于简单，不具备复杂工程问题的基本特征，因此达不到培养解决复杂问题的能力。复杂工程问题提炼不准确，一方面是因为一线教师的工程应用背景少，大多数教师一毕业就分配到高校，参与的实际工程项目少，因此难以从工程应用中提炼出复杂工程问题，并将其中的关键环节、因素、分析过程、解决方案设计在理论课程的教学环节中。另外，复杂工程问题能力的培养是一项系统性、全局性的工作，它不应该只是一门课程的目标[3]，也不应该是一位教师的责任，不能简单地通过一门课的学习和实践，一个具体项目的开发，甚至仅仅通过综合实践和毕业设计等几个环节就让学生具有解决复杂工程问题的能力，而是必须通过整个培养体系实现，落实到培养的各个环节。

一、以能力为导向的计算机类课程体系的构建及培养过程

复杂工程问题的解决需要与问题相匹配的基础知识、工程理论、专业技能和综合素养，这些都是专业培养计划中课程体系需要设置的内容，因此在课程体系设置的过程中就要综合考虑课程最终传授给学生的能力是什么，是否支撑解决复杂工程问题。针对计算机大类的培养目标，按照支持解决“复杂工程问题”毕业要求达成的需要，以培养学生解决复杂工程问题能力为核心，基于OBE理念，围绕培养学生的计算思维能力、算法设计与分析能力、程序设计与实现能力以及计算机系统能力，构建以能力为导向的计算机类的课程体系，涵盖通识教育课程、专业教育课程、集中实践教学环节、自主学习课程、第二课堂活动五大模块。其中，通识教育模块培养学生的数学思维、工程基础、人文素养功底，为专业课程的学习奠定基础;专业教育课程满足计算机类专业补充标准的要求，培养学生系统设计、团队合作和问题解决能力，并且通过这些知识的学习使得学生毕业时能够针对计算机及相关领域中的复杂工程问题进行问题分析、方案设计、实施解决;集中实践教学环节通过设置综合的软、硬件实践，实习、实训以及毕业设计，通过与企业合作，培养学生的工程意识、团队精神以及综合应用所学知识解决实际问题的能力，从而提高实践能力和创新能力。

在五大模块中，以通识教育课程、专业课程中的专业基础课程为知识和理论的基本支撑，以专业课和集中实践为应用理论和实践技能，衔接软件系统、硬件系统和应用系统开发中的复杂工程问题，通过典型的实践环节和综合训练，对复杂工程问题进行识别、表达、分析和建模，提出解决方案并进行对比分析和优化，最终通过归纳和信息综合，得到合理有效的结论。通过有针对性的具有复杂工程问题特征的实践环节的训练，经过“系统规划—需求分析—系统设计—编程实现—测试与优化—展示答辩”等环节，学生得到解决复杂工程问题能力的全面训练。复杂工程能力培养过程示意如附图1所示。

二、基于复杂工程设计的课程群建设

复杂工程问题在工程教育认证标准中给出了明确的定义，必须具备如附图2所示的中间特征，同时具备其他6个特征中的部分或全部。

大部分的单门课程是不具备复杂工程问题的特征的，尤其是实际应用中的复杂工程问题往往涉及多学科、软硬件、经济、环境、综合等多方面因素，因此就需要综合利用课程体系中的多门课程的知识和技能，从不同角度、不同层面、不同方向系统地进行整体的分析、设计、优化、实施。而以往的教学以每门课程为中心，各门课独立规划独立教学，很少体现本层次的知识与其他层次之间的关联，形成知识结构的孤岛[4-6]，难以建立完整而系统的专业知识体系和实践体系，导致能力培养缺乏连续性、渐进性和系统性，因此围绕计算机类人才所需的四个能力，构建面向复杂工程问题设计的课程群，从软件、硬件、系统三方面培养学生全方位的综合工程实践能力。构建面向计算思维及算法设计的课程群，从问题出发，按照求解问题的思路，从表达、模型建立和问题求解三方面，分步分层构建问题与解答之间的桥梁，理顺求解过程中的知识点及其关系，把需要掌握的计算思维特征、程序设计和算法分析分解到每一个具体的教学内容之中;构建面向软件设计开发的课程群，通过不同学期的课程，逐步奠定软件开发基础、提升软件开发能力、强化专业应用软件设计开发能力、创新设计能力以及软件架构设计开发能力;构建面向计算机系统能力的课程群，围绕计算机领域中的软硬件技术，软硬结合，设计时综合考虑双方的性能、效率、难易程度，并进行方案比较，寻找同时满足两方面的最佳解决方案。

三、基于复杂工程问题的典型案例库建设

大部分教师缺乏工程实践经历，因此难以提炼复杂工程问题，如何根据行业需求和企业需求提炼典型案例并用于实践中是提高学生解决复杂工程问题能力的关键。

根据培养的计算思维能力、算法设计与分析能力、程序设计与实现能力以及计算机系统能力，在课程群内和课程群间梳理课程之间以及群之间的联系，分析课程或课程群在各个能力培养中承担的角色，结合企业需求，筛选出典型的复杂工程问题，体现能力培养的层次性、渐进性和系统性，形成典型复杂工程案例，应用在课程实验、有关算法设计的综合实验、相关软件开发的综合实践、计算机硬件系统的综合设计以及实习实训、毕业设计等教学和实践过程中，同时通过项目驱动、案例教学、研究导向等多种形式的教学方法，让学生在具有典型复杂工程问题的实践中深刻理解所学知识，并综合利用所学进行深入的分析、多因素多技术的比较、各种冲突的解决等，甚至提出批判性的思考，提高解决复杂工程问题的能力。

四、结语

本科工程教育的基本定位就是培养学生解决复杂工程问题的能力，从复杂工程问题的定义出发，明确聚焦学生解决复杂工程问题能力的培养的基本要求，构建以能力为导向的计算机类的课程体系，深入探析复杂工程问题的特征和解决途径和方法，掌握其内涵，通过教学设计、组织实施、达成评价将复杂性融入到培养过程的各个环节，纠正学生解决复杂工程问题能力评价指标点分解误区;通过组织面向复杂工程设计的课程群，建立基于复杂工程问题的典型案例库，通过典型案例的实践有效提高学生解决复杂工程问题的能力，从而达到培养学生的计算思维能力、算法设计与分析能力、程序设计与实现能力以及计算机系统能力。

参考文献：

[1]蒋宗礼.本科工程教育：聚焦学生解决复杂工程问题能力的培养[J].中国大学教学，2016（11）：27.

[2]钱振江，龚声蓉，徐文彬.面向复杂工程问题的应用型本科计算机类专业人才培养模式研究和实践[J].计算机教育，2017（6）：10.

[3]刘卫东，张悠慧，向勇，等，面向系统能力培养的计算机专业课程体系建设实践[J].中国大学教学，2014（8）：48.

[4]谭志虎，秦磊华，胡迪青，面向系统能力培养的计算机专业实践教学模式[J].中国大学教学，2017（9）：80.

[5]陳田，路强，等，面向能力的计算机专业课程体系建设与实践[J].软件工程，2017（7）：25.

[6]尚凤军，面向复杂工程问题的计算机人才创新能力培养体系研究[J].计算机教育，2016（9）：70.