邓清华 徐林

摘要：在教育部近年来提出的新工科教育改革的大背景下，针对当前高校学生培养与市场及产业需求不相适应这一突出矛盾，探讨综合实践类课程的教学改革方法与策略。美国顶峰课程理念对于如何培养学生科学探究精神、分析和解决问题的能力及创新创造能力具有值得借鉴的意义。以韩山师范学院计算机科学与技术专业（非師范）的《信息安全综合实验》课程教学改革实践为例，围绕核心能力培养，探讨了如何运用顶峰课程理念促进教学改革，以期为同类专业推行教学改革提供参考。

关键词：Capstone课程;成果导向;核心能力

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）33-0165-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Research and Practice of Teaching Reform Based on Capstone： Taking Comprehensive Experiment of Information Security Course as an Example

DENG Qing-hua， XU Lin

（HanShan Normal University， Chaozhou 521041，China）

Abstract：Under the background of the new engineering education reform proposed by the Ministry of Education in recent years， in order to make the College student training adapt to the market and industrial demand，discusses the method of teaching reform of the comprehensive practice course. The idea of capstone course is worth learning from for how to cultivate students' exploring spirit、ability to analyze and solve problems and the innovation ability. Focusing on the cultivation of core competence， this paper discusses how to reform the teaching useing the concept of Capstone， take the teaching reform practice of Comprehensive Experiment of Information Security course of computer science and technology major （non-normal） in Hanshan Normal University as an example. It is expected to provide reference for the teaching reform of related professional.

Key words：Capstone Course;Outcome-Based Education; Core Competence

1 引言

为适应新一轮科技革命与产业变革对人才的需求，自教育部2017年提出新工科建设以来，各高校积极探索工程教育的新模式，努力改变当前工程人才的供给侧与需求侧不匹配、不适应的局面。参与中华工程教育学会的专业认证是积极推进专业建设、提升人培养质量的有利方式。中华工程教育协会，简称IEET （Institute of Engineering Education Taiwan），是台湾地区三大专业评鉴机构之一[1]。通过IEET认证的专业具有被国际认可的资质，近年来，国内许多高校的专业纷纷申请接受IEET的专业认证。韩山师范学院计算机科学与技术（非师范）专业于2017年申请并顺利通过IEET的工程教育认证，2020年顺利通过IEET认证专家组的中期检查。

Capstone课程，又称顶点课程、顶峰课程或总整课程，是IEET认证规范中要求开设的专业必修课程，一般在大三或大四学年开放，以综合问题为导向，着重培养学生整合所学知识的能力、团队协作能力、实践动手能力等，是一门整合性实作课程[2]。Capstone课程以综合实践项目为主要内容，搭建理论学习与实践应用的桥梁，让学生获得学以致用的愉悦感，增强主动学习的兴趣，通过Capstone课程的学习学生可获得重要的预毕业能力。

当前，社会对信息安全人才的需求规模呈现大幅增长态势，虽然全国多所高校都设有信息安全相关专业，但仍呈现出供给整体短缺的状态，究其原因，在于社会对信息安全专业人才的需求与高校毕业生能力不相适应，学生的实践能力相对薄弱。借助参与IEET认证的契机，课程团队将计算机科学与技术（非师范）专业的《信息安全综合实验》课程改造为该专业的Capstone课程，希望通过该课程加强对学生综合实践能力的培养。本文围绕核心能力达成，探讨了针对Capstone课程的教学改革及实践。

2 Capstone课程的教学理念

Capstone课程产生于20世纪80年代，是美国推行教育改革的产物，其教学理念来源于人本主义教学论和建构主义教学论[3]，强调以学生为中心，让学生在真实场景下，自主发现问题，合作探讨，解决问题;强调学生是知识的构建者，让学生通过分析解决问题，在原有知识的基础上生长出新的知识。Capstone课程的教学理念主要体现在以下三个方面：

其一，以学生为中心的教学理念。以学生为中心的理念，强调学生在课堂中具有主动权，学生可根据自身兴趣和基础选择学习的深度和广度，充分尊重和允许学生的个性化、差异化学习，教学的主体是学生。教师的一切教学活动都是以促进学生的学习为目的，为学生的学习提供服务。学生在课堂中具有话语权，参与课堂讨论，发表自己的观点。让学生在兴趣的驱使下主动学习，自主探索，通过实践探索总结出新的知识。教师的主要职责是指导学生围绕学习目标进行探索，提供获取知识的途径，而不是向学生传授已有的知识。学生是教学活动的主体，是知识的发现者和学习者，参与全部教学环节，包括最终的课程考核环节。

其二，重视教学产出，倡导成果导向理论。成果导向教学理念（Outcome-Based Education，OBE）是指以学生学习成果为起点，反向设计教学环节的理念[4]。首先要明确学生学习该课程后所要达到的学习效果，制定教学目标和核心能力的对应关系，然后根据所支撑的核心能力设计教学环节和考核标准。该理念注重培养学生解决实际工程问题的能力，倡导真实应用情景下的体验式教学。该理念认为学生在前期知识学习积累的基础上，通过解决实际工程项目问题，能够获得的顶峰性学习成果是检验学习成效的重要标志。

其三，Capstone课程强调持续改进的动态发展理念。IEET认证规范9中强调了持续改进的必要性，认为教育目标、核心能力和课程设计是环环相扣的，需定期评估和修正[5]。通过持续改进的方式，逐步提高三者之间的匹配度。Capstone课程每学期结束时，任课教师需分析学生考核结果，评估课程对核心能力培养的支撑度，并做相应的反思和调整，以提高课程设计与核心能力培养的契合度，进而提高课程对促进学生达成教育目标的贡献率。

3 计算机科学与技术（非师范）专业核心能力

根据IEET专业认证要求，结合计算机科学与技术（非师范）专业人才培养方案，经过专业任课教师集中讨论、校外专家咨询委员会讨论，最终确定了该专业毕业生应具备的八项核心能力：

（1）具有计算机科学、概论与统计、离散数学、工程数学的知识之能力。

（2）具有程序设计及运行实验，以及分析解释数据的能力。

（3）具有设计主流计算机系统（信息安全系统）、组件或流程之能力。

（4）具有辨识、分析规划及解决主流计算机系统（信息安全系统）问题的能力。

（5）具有有效沟通、团队合作及领导统御的能力。

（6）具有宽广的国际视野及外语能力。

（7）具备专业伦理、人文素养及社会责任。

（8）具备跨领域之学习能力。

上述八项核心能力涵盖了该专业学生的知识掌握、专业技能及综合素养等各个方面。课程教学改革的效果应当以能否更好地促进上述八项核心能力达成为衡量标准。

4 教学改革与实践

《信息安全综合实验》课程作为检验和促进该专业学生专业技能应用的综合实践课程，在人才培养中具有十分重要的作用。为了使该课程对全部八项核心能力的培养都具有一定的支撑度，基于Capstone课程的核心理念实施了多方面的教学改革。

（1）以学生为中心，拓展学习的深度和广度

在以往的《信息安全综合实验》课程的教学中，教学组织方式主要是教师确定实验内容，然后带领学生完成一个个独立的综合实验。学生主要是被动地接受老师讲授的实验步骤和实验方法，缺少主动思考。受课时限制，教师无法向学生传输相关的拓展知识，也无法做到因材施教。学生学习效果局限较大。2017年起，《信息安全综合实验》课程改革教学模式，秉持以学生为中心的理念，课堂教学中，以学生为主、教师为辅，强调学生获取知识的途径是从实践项目中获取并内化自身的能力，而不是被动接受教师讲授的内容。采用线上线下相结合的教学模式，学生不必每节课都到固定的教室，使用固定的实验环境，也不受课堂教学时间的限制，学生可根据所选项目内容搭建自己的实验环境，进行测试分析。给予学生更多课外查阅资料、自主钻研的时间。注重学生能力素质的培养，而非知识目标的达成，该门课程不讲授新的内容，主要培养学生综合运用前驱课程所学知识进行实践设计分析的能力。在教学过程中，教师是课堂教学的设计者、引领者及鼓励者。组织学生进行分组，提供选题类型，安排实验环境，参与小组讨论、疑难解答。教师在指导小组项目研究过程中，担当引路人和监督人的角色，提供方向但不参与具体执行，对小组研究进度和工作量进行监督管理。

（2）以实践项目为抓手，坚持成果导向理念

《信息安全综合实验》课程强调培养学生的实践动手能力，注重成果产出。在教学模式上，采用任务驱动的教学模式，学生根据教师所提供任务场景进行选题、分组讨论并合作完成任务。Capstone课程具有明确的团队合作性特点，重视培养学生的团队协作能力，要求在教学过程中，学生必须分组完成相应的选题，不允许学生独立完成项目[6]。这一要求与企业里实际工程项目需要团队合作完成的需求是一致的。在教学环节设计上，按照项目管理的一般方法来进行，包括选题指导、开题报告、分组指导、中期检查、总结报告等环节。围绕核心能力培养设计选题，并尽量紧贴行企业的实际需求，为学生提供的选题方向能够较好地训练学生的动手能力，能够准确反映学生的工作量、查阅资料、扩展学习、主动思考等方面的工作。为满足学生的个性化差异及专业基础参差不齐的实际情况，课题组设置了难易程度不一的選题类型。按从难到易的顺序，选题类型一般包括综合设计、工具开发、安全环境分析测试、工具应用分析、调查报告（视频宣传）等五种类型。

从2017学年度到2019学年度学生的选题情况来看，学生选择难度较低的工具应用分析类的比例逐年下降，选择难度较大的工具开发类和分析测试类选题的比例呈上升趋势，表明学生认可该门课程能够提高自身综合能力，挑战自我的意愿增强。需要说明的是，2019年受疫情影响，该门课程采取线上教学的形式，由于综合设计类选题对实验环境要求较高，学生个人电脑难以搭建完整实验环境，故2019年该类型选题减少。具体情况见图1。

（3）多元化考核机制，激发学习兴趣

为了能够准确反映学生的学习成效和能力养成，提高核心能力培养的达成度，《信息安全综合实验》课程团队反复探讨，精心设计，课程制定了多元化的考核标准。课程注重考核学生的综合能力，除专业技能之外，还将学生口头表达能力、沟通协调能力、文献查找及阅读、翻译能力、跨领域学习能力等纳入考核标准中。在开题报告、中期检查和总结汇报三个教学环节中都要求学生上台演讲，汇报小组工作进展。由任课教师和其他小组对做汇报的小组进行打分。考核标准涵盖知识目标、能力目标及职业素养目标三个方面。口头汇报评分标准依据核心能力来制定，具体包括如下八个方面的内容：选题类型（10分）、研究内容（15分）、程序设计与实验运行（15分）、问题分析能力（20分）、团队合作（15分）、国际视野及外语能力（5分）、专业素养（10分）和跨领域学习能力（10分）。

（4）教学成效分析，促进持续改进

自该课程开展教学改革以来，已经过三轮教学，每轮教学结束之后，教学团队都针对八项核心能力达成情况进行量化分析，找出教学薄弱点，并在下一轮教学中重点加强。2017至2019学年度学生核心能力达成情况如表1所示。

从表1看来，核心能力2、3、4、5、7达成较好，核心能力1、6、8较弱，特别是核心能力6有待增强，可推荐学生多查阅一些较新的外文文献资料来提高;核心能力1反映了学生对基础知识的掌握需加强，可继续在概率论与统计、离散数学等基础课程的教学中加强学生对基础知识的掌握和应用能力;核心能力8偏弱说明学生比较少关注跨领域知识的融合，在下一轮的教学中，可增加一些跨领域融合的选题供学生选择。从八项核心能力的总分平均值来看，学生综合能力达成呈上升趋势，表明教学改革取得一定成效。

5 总结

从Capstone课程的特点和教学理念来看，与新工科建设有许多契合点。以Capstone课程教学改革为抓手，提升人才培养质量，是促进新工科建设的有效途径。《信息安全综合实验》课程在近三年的教学改革中，坚持以学生为中心理念，坚持成果导向理念，围绕核心能力培养设计和实施教学，同时采用多元化考核机制，提升教学成效。经实践，基于capstone课程理念的教学改革能够促进学生核心能力培养的达成，激发学生的学习兴趣，提升学生分析问题解决问题的实践能力。

参考文献：

[1] 邱冬梅.IEET工程认证下的化工人才培养模式研究[J].山西能源学院学报，2017，30（3）：171-172.

[2] 刘艳琼，吴怡. 以Capstone课程建设为抓手促进地方普通高校新工科建设研究[J].太原城市职业技术学院学报，2018（11）：146-148.

[3] 张学良，李辉. 过程取向与自主建构：美国高校顶石课程形态[J]. 中国高教研究，2017（3）：78-82.

[4] 申天恩.成果导向教育理念指引下的人才培养方案核心问题分析[J].教学研究， 2017，40（4）：53-57.

[5] 楊永斌，李佩琳，刘曼君. 世界工程教育认证的发展趋势[J]. 高等工程教育研究，2019（5）：5-10.

[6] 雷能忠，黄蕾，周建辉，等.土木工程专业 Capstone 课程教学初探[J].高等建筑教育，2017，26（3）：73-77.

【通联编辑：王力】