能力導向的教育

能力導向的教育

一、能力導向的教育根據(jù)國家教育、改革和發(fā)展計劃（2010-2010），我們必須按照鄧仲夏同志提出的“現(xiàn)代化、新世界、發(fā)展趨勢”的要求開展教育，全面提高高等教育質(zhì)量，按照高等教育的中心任務，促進教育在新歷史起點的科學發(fā)展。深入理解并努力實現(xiàn)教育面向未來的屬性,是實現(xiàn)教育科學發(fā)展的基礎。教育“面向未來”,首先是面向社會的未來,“未來的實際問題”和“未來被發(fā)現(xiàn)的知識”。其“未來”屬性,使得我們必須把“學生能夠有效地解決‘未來的實際問題’,能夠在未來發(fā)現(xiàn)新的知識并有效地利用這些知識”作為教育教學追求的目標。所以,今天的教育強調(diào)的應該是足以支撐這些“未來要求”的基礎——基礎知識和基本能力。其次是面向?qū)W生的未來。面向?qū)W生的未來,需要提升教學目標,即“不是學生今天‘學了什么’,而是學生未來‘能做什么’”。這就是“教是為了不教”,“學是為了應用”。因此,教師的追求應該從自己“教了什么”,遷移到學生“學了什么、會做什么”。因此,強調(diào)可持續(xù)發(fā)展能力培養(yǎng)的本科教育必須擺脫以知識傳授為主,努力喚醒學生的力量,培養(yǎng)其自我性、主動性、抽象的歸納力和理解力,培養(yǎng)其自我決定能力,使教育成為“導致學習的交流活動”。這些都表現(xiàn)出能力導向教育的要求。倡導和實現(xiàn)能力導向的教育,是提高教育教學水平和質(zhì)量的重要方面。能力導向的教育反對簡單的知識灌輸,而是以知識為載體,通過探討知識發(fā)現(xiàn)、問題求解過程及其相關思想和方法的使用,培養(yǎng)學生綜合地、靈活地、探索性地運用知識有效地解決實際問題的能力,逐漸形成健全人格。能力導向教育同時希望通過“揚長”以求教育的效率和對卓越的追求,即在人才培養(yǎng)上應該揚長以求效率、求卓越。高等學校的分類、分專業(yè),為揚長教育提供基礎。在全面實施素質(zhì)教育中,要充分發(fā)揮不同高等學校和不同專業(yè)的特長,突出專業(yè)能力和素質(zhì)的培養(yǎng),更好地體現(xiàn)學生的主要訴求,提高教育的針對性、有效性和效率。而且團隊合作、學習、表達、交流、克服困難、勇于探索等基本素質(zhì)可以更有針對性地在專業(yè)教育中加以體現(xiàn)。要想實現(xiàn)能力導向的教育,需解決三個問題:專業(yè)能力的構(gòu)成,教學落實,培養(yǎng)目標達成的判定。為了解決前兩個問題,我們開展了計算機類專業(yè)人才的專業(yè)能力(簡稱為計算機專業(yè)能力)的構(gòu)成與培養(yǎng)研究。研究以作者提出的計算思維、算法設計與分析、程序設計與實現(xiàn),以及系統(tǒng)的認知、設計、開發(fā)與應用四大基本能力為基本框架,結(jié)合美國同行在CC2005中提出的59個能力點,給出了計算機類專業(yè)人才專業(yè)能力結(jié)構(gòu):4大專業(yè)基本能力、13個方面、82個能力點,以及這些專業(yè)能力的培養(yǎng)。二、計算機專業(yè)人才的構(gòu)成1.問題求解中的抽象計算思維能力的核心是基于計算機考慮問題求解。廣義而言,可以理解為如何有效地將計算機技術用于生產(chǎn)、生活和科學實踐活動,提高工作效率,高質(zhì)量地解決遇到的問題。包括從日常生活的最基本利用到科學研究領域中的應用,以及作為三大科學研究方式之一而對“計算”的有效利用。從這個意義上講,計算思維能力并不是計算機專業(yè)人才的“專利”,而是生活在信息時代的人都應該具備的能力。狹義而言,可以理解為如何按照計算機求解問題的基本方式去考慮問題的求解,以便構(gòu)建出不同類型的計算系統(tǒng)。計算機問題求解,首先是問題的表示。需要通過抽象進行形式化處理,建立適當?shù)哪Ｐ?然后實現(xiàn)計算機表示和處理。而且在計算機系統(tǒng)“獨立”實現(xiàn)對問題的求解之前,還需先在設計者頭腦中“構(gòu)建”并“運行”各個適當抽象級別上的處理系統(tǒng)(過程)。計算系統(tǒng)及其運行大多數(shù)情況下的非物理特性決定本學科基礎分支學科的基本教育原理是抽象第一。計算機專業(yè)人才以狹義的計算思維能力為主,主要包括9個能力點:問題的符號表示、問題求解過程的符號表示、邏輯思維、抽象思維、形式化證明、建立模型、實現(xiàn)類計算、實現(xiàn)模型計算、利用計算機技術。2.設計與分析原則算法是計算系統(tǒng)工作的基礎。計算機專業(yè)人才需建立算法的概念,具備算法意識,以及能對具有相當規(guī)模、較復雜問題的求解算法進行設計與分析,并對算法的能行性和效率進行適當?shù)难芯?。算法設計與分析能力主要包括8個能力點:簡單算法的設計、復雜算法的設計、簡單算法的分析、復雜算法的分析、證明理論結(jié)果、開發(fā)程序設計問題的解、設計概念驗證性程序、確定是否有更優(yōu)的解。3.關鍵算法與實現(xiàn)程序設計與實現(xiàn)包括基于軟件和硬件的設計與實現(xiàn)。按照圖靈獎的獲得者Wirth的觀點,“在較高的認識層次上,硬件和軟件是一樣的”,因為問題的求解最終都可以歸結(jié)為用一定形式的數(shù)據(jù)表示物質(zhì)世界的給定系統(tǒng),并使用算法通過對這些數(shù)據(jù)的變換來獲得相應的處理結(jié)果,只不過載體可能不同。程序設計與實現(xiàn)涉及具體載體下的實現(xiàn)策略、方法、過程,追求相應的社會、經(jīng)濟和技術的可行性、效率、成本、效益等。通常需要掌握適當?shù)恼Z言和程序設計思想與方法,用優(yōu)質(zhì)的程序?qū)崿F(xiàn)算法,包括程序設計、軟硬件實現(xiàn)、調(diào)試、維護。程序設計與實現(xiàn)能力被歸納為3個能力點:小型程序設計、大型程序設計、系統(tǒng)程序設計。4.計算機軟件設計應用能力系統(tǒng)的認知、設計、開發(fā)與應用能力簡稱為系統(tǒng)能力?；疽笫且韵到y(tǒng)的觀點,站在系統(tǒng)的全局去認識問題、分析問題和解決問題,并實現(xiàn)系統(tǒng)的構(gòu)建、優(yōu)化、使用。學生具有一定的程序設計與實現(xiàn)能力后,通過提高系統(tǒng)能力,實現(xiàn)綜合能力的提升。這里的系統(tǒng)能力的關鍵包含兩個層面上的意義:一是對一定規(guī)模的系統(tǒng)的“全局掌控能力”(全局地掌控一定規(guī)模系統(tǒng));另一方面是在構(gòu)建系統(tǒng)時,系統(tǒng)地考慮問題的求解。系統(tǒng)認知能力主要包括6個能力點:基本系統(tǒng)軟件使用、系統(tǒng)軟件構(gòu)成、基本的計算機硬件系統(tǒng)構(gòu)成、網(wǎng)絡系統(tǒng)的構(gòu)成、硬件系統(tǒng)的性能、軟件系統(tǒng)的性能。系統(tǒng)設計能力主要包括19個能力點:設計數(shù)字電路、設計功能部件、設計芯片、對芯片進行程序設計、設計嵌入式系統(tǒng)、設計計算機外設、設計復雜傳感器系統(tǒng)、設計人機友好的設備、設計計算機、設計應用程序、設計數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫建模和設計、設計智能系統(tǒng)、開發(fā)業(yè)務解決方案、評價新型搜索引擎、定義信息系統(tǒng)需求、設計信息系統(tǒng)、設計網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、實驗設計。系統(tǒng)開發(fā)能力主要包括23個能力點:實現(xiàn)應用程序、配置應用程序、實現(xiàn)智能系統(tǒng)、開發(fā)新的軟件環(huán)境、創(chuàng)建安全系統(tǒng)、配置和集成電子商務軟件、開發(fā)多媒體解決方案、配置和集成e-learning系統(tǒng)、創(chuàng)建軟件用戶界面、制作圖形或者游戲軟件、配置數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品、實現(xiàn)信息檢索軟件、制定企業(yè)信息規(guī)劃、制定計算機資源規(guī)劃、選擇網(wǎng)絡部件、安裝計算機網(wǎng)絡、實現(xiàn)通信軟件、實現(xiàn)移動計算系統(tǒng)、實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)、實現(xiàn)數(shù)字電路、實現(xiàn)信息系統(tǒng)、實驗實現(xiàn)、實驗分析。系統(tǒng)應用能力主要包括14個能力點:使用應用程序、培訓用戶使用信息系統(tǒng)、維護和更新信息系統(tǒng)、管理高級別安全要求項目、管理一個組織的網(wǎng)站、選擇數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品、管理數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫用戶的培訓與支持、資源升級調(diào)度與預算、計算機安裝與升級、計算機軟件安裝與升級、管理計算機網(wǎng)絡、管理通信資源、管理移動計算資源。三、不同類型計算機人才專業(yè)方向在各能力點的要求對比不同類型的人才將適應不同的問題空間,他們的知識取向不同,需要強調(diào)不同學科形態(tài)的內(nèi)容,對各個能力點的要求也是不一樣的,正是這些不同,體現(xiàn)了不同類型人才的不同教育要求。例如,從大的框架上講,研究型人才需要強化計算思維能力和算法設計與分析能力的培養(yǎng);應用型人才要求強化程序設計與實現(xiàn)能力和系統(tǒng)能力的培養(yǎng),而以其他兩種能力為輔。參照CC2005,不同類型計算機人才(專業(yè)方向)在各個能力點的要求分成6級,分別用0~5表示。0:表示不要求;1:表示基本了解有關要求和做法;2:表示了解有關要求和做法;3:表示理解有關要求和做法;4:表示基本具備;5:表示較好地具備。例如,計算思維能力中的“問題的符號表示”能力點,對計算機科學、計算機工程、軟件工程的人才,要求達到5;對信息技術和信息系統(tǒng)的人才,要求達到3?！皩崿F(xiàn)類計算”能力點,對計算機科學的人才,要求達到5;對計算機工程和軟件工程的人才,要求達到4;對信息技術和信息系統(tǒng)的人才,要求達到1。算法設計與分析能力中的“證明理論結(jié)果”能力點,對計算機科學的人才,要求達到5;對計算機工程和軟件工程的人才,要求達到3;對信息技術的人才,要求達到1;而對信息系統(tǒng)的人才,則不要求。系統(tǒng)能力中的“實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)”能力點,對計算機科學的人才,要求達到2;對計算機工程要求達到5;對軟件工程的人才,要求達到3;對信息技術和信息系統(tǒng)的人才,要求達到1。“對芯片進行程序設計”能力點,對計算機科學和軟件工程的人才,要求達到1;對計算機工程的人才,要求達到5;而對信息技術和信息系統(tǒng)的人才則不要求。四、基本設計、問題求解課程內(nèi)容設計專業(yè)基本能力的培養(yǎng),是通過一系列的理論和實踐教學活動,在循序漸進的過程中逐漸完成。通過強化系列課程的設置與建設,構(gòu)成能力培養(yǎng)的“階梯式”訓練系統(tǒng),使學生循序漸進地在一系列的修養(yǎng)中“形成”一些良好的學科習慣,潛移默化地“養(yǎng)成”學科要求的能力和素質(zhì)。作為基礎的課程,將起到核心作用。所以,必須強調(diào)課程教學為專業(yè)人才培養(yǎng)的總目標服務,發(fā)揮每門課程在專業(yè)人才培養(yǎng)體系中的作用。例如,離散數(shù)學體現(xiàn)對象狀態(tài)及其變換描述的形式化和離散性特征,為計算系統(tǒng)實現(xiàn)問題求解提供強有力的基本手段,對培養(yǎng)學生的計算思維能力具有重要的意義。形式語言與自動機理論以形式化的視角研究計算系統(tǒng),該課程的主要特點是抽象和形式化,既有嚴格的理論證明,又具有很強的構(gòu)造性,包含一些基本模型、模型的建立、性質(zhì)等,直接促進計算思維所包含的各能力點的培養(yǎng),引導學生實現(xiàn)從“實例計算”到“類計算/模型計算”的遷移。再例如,程序設計課程在于培養(yǎng)學生利用高級程序設計語言進行問題求解的基本能力。包括使學生了解高級程序設計語言的結(jié)構(gòu),掌握基本的計算機問題求解的思想方法以及基本的程序設計過程和技巧,熟悉適應計算機的問題求解基本模式,特別是引導學生轉(zhuǎn)換思維方式。其后續(xù)課程,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法則需要進一步提高學生數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法和程序計算能力。通過更復雜問題的表示和處理,將計算從“實例”初步推進到“類”。在這個過程中把“設計”作為問題求解的基礎,使學生一開始就養(yǎng)成一個良好的問題求解習慣。在有一定的基礎后,以基本計算機硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)的構(gòu)建為載體,引導學生學習一些重要的系統(tǒng)設計思想,分層次地考慮問題,逐步求精,學會關注和掌握系統(tǒng)構(gòu)成、系統(tǒng)邏輯,引導學生從宏觀到微觀去分析、理解和把握系統(tǒng),逐步提升學生的眼光,引導學生站在系統(tǒng)級上對算法和程序進行再認識。五、計算機實踐教學是“掌握基本基本知識和技術技能、提高實踐能力”的必要部分創(chuàng)新能力的培養(yǎng)已經(jīng)成為高等教育的重要目的。一般來講,就教育而言,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力,應該理解為培養(yǎng)學生綜合運用所學知識創(chuàng)造性地解決實際問題的能力。創(chuàng)新能力的培養(yǎng)沒有捷徑可走,需要扎扎實實的積累。作者認為,創(chuàng)新能力(Innvationability)等于厚基礎(Fundaments)、善思維(Thinking),再加上常實踐(Practice)?？捎萌缦鹿奖硎?一是強化創(chuàng)新意識,不斷激發(fā)其創(chuàng)新的欲望。創(chuàng)新需要張揚“個性”,鼓勵“揚長教育”。創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神的建立在于鼓勵學生,特別是教育學生能夠進行自我鼓勵,自覺地尋求頂峰體驗。二是強調(diào)學習、工作、探索中的“理性”成分?！袄硇浴笔敲闇誓繕说?、更有效的行為的保障。所謂“理性”,通俗地講,就是要求人們在明確的思想(理論)指導下,沿著較清晰的運行路線,按照一定的規(guī)律進行特定的活動。扎實的理論基礎、學科方法學以及適合學科特點的思維能力和思維方法是支撐該學科的人員進行“理性”思維和“理性”實踐的三大基礎。三是引導學生學習思考問題。從鼓勵學生多問為什么開始,教會學生不墨守成規(guī),積極尋找更合理的答案。教師要跳出知識的圈子,在傳授知識的同時,更注重思想、方法的傳授。鼓勵研究性學習,引導學生探索未知,倡導學科上的好奇心和批判精神,帶領他們一步一步地走入“理智”的探索空間。四是強調(diào)不斷實踐。理論知識的掌握程度對實踐能力的影響至關重要,恰當?shù)膶嵺`活動又對掌握好理論知識有非常重要的促進作用。有人將知識分成理論知識和實踐,并認為理論知識是食物、實踐是消化,是有一定道理的。從計算機學科抽象、理論、設計三種形態(tài)來看,也要求將理論和實踐緊密地結(jié)合起來,這是計算學科的理論性和實踐性緊密結(jié)合的特征的體現(xiàn)。實際上,理論可以使學生“站到巨人的肩膀上,并擁有一個智慧的腦”,而實踐則是用智慧的腦,練就一雙靈巧的手,去開創(chuàng)一個新世界。要想使實踐教學能夠達到預期目標,必須重視總體規(guī)劃的合理性、實驗類型和內(nèi)容的啟發(fā)性、豐富性,實踐環(huán)節(jié)的系統(tǒng)性。特別要注意實踐教學中的選題規(guī)模和復雜度必須逐步提升,不可在一個水平上重復。實踐可以是多途徑、多形式的,不能局限于狹義的實驗室活動和走進企業(yè)的活動。而且不同的專業(yè)、不同的專題對應的最有效實踐在“形式”、“途徑”甚至“地點”等方面都可能是不同的。除了教學計劃中安排的實踐教學外,鼓勵學有余力的學生參與教授們的“科研活動”,通過實際的科研工作,以獲得直接的科研鍛煉?！陡叩葘W校計算機科學與技術專業(yè)人才專業(yè)能力構(gòu)成與