鄧清華 徐林

摘要：在教育部近年來提出的新工科教育改革的大背景下，針對當前高校學生培養(yǎng)與市場及產(chǎn)業(yè)需求不相適應這一突出矛盾，探討綜合實踐類課程的教學改革方法與策略。美國頂峰課程理念對于如何培養(yǎng)學生科學探究精神、分析和解決問題的能力及創(chuàng)新創(chuàng)造能力具有值得借鑒的意義。以韓山師范學院計算機科學與技術(shù)專業(yè)（非師范）的《信息安全綜合實驗》課程教學改革實踐為例，圍繞核心能力培養(yǎng)，探討了如何運用頂峰課程理念促進教學改革，以期為同類專業(yè)推行教學改革提供參考。

關(guān)鍵詞：Capstone課程;成果導向;核心能力

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）33-0165-03

開放科學（資源服務）標識碼（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

為適應新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革對人才的需求，自教育部2017年提出新工科建設以來，各高校積極探索工程教育的新模式，努力改變當前工程人才的供給側(cè)與需求側(cè)不匹配、不適應的局面。參與中華工程教育學會的專業(yè)認證是積極推進專業(yè)建設、提升人培養(yǎng)質(zhì)量的有利方式。中華工程教育協(xié)會，簡稱IEET （Institute of Engineering Education Taiwan），是臺灣地區(qū)三大專業(yè)評鑒機構(gòu)之一[1]。通過IEET認證的專業(yè)具有被國際認可的資質(zhì)，近年來，國內(nèi)許多高校的專業(yè)紛紛申請接受IEET的專業(yè)認證。韓山師范學院計算機科學與技術(shù)（非師范）專業(yè)于2017年申請并順利通過IEET的工程教育認證，2020年順利通過IEET認證專家組的中期檢查。

Capstone課程，又稱頂點課程、頂峰課程或總整課程，是IEET認證規(guī)范中要求開設的專業(yè)必修課程，一般在大三或大四學年開放，以綜合問題為導向，著重培養(yǎng)學生整合所學知識的能力、團隊協(xié)作能力、實踐動手能力等，是一門整合性實作課程[2]。Capstone課程以綜合實踐項目為主要內(nèi)容，搭建理論學習與實踐應用的橋梁，讓學生獲得學以致用的愉悅感，增強主動學習的興趣，通過Capstone課程的學習學生可獲得重要的預畢業(yè)能力。

當前，社會對信息安全人才的需求規(guī)模呈現(xiàn)大幅增長態(tài)勢，雖然全國多所高校都設有信息安全相關(guān)專業(yè)，但仍呈現(xiàn)出供給整體短缺的狀態(tài)，究其原因，在于社會對信息安全專業(yè)人才的需求與高校畢業(yè)生能力不相適應，學生的實踐能力相對薄弱。借助參與IEET認證的契機，課程團隊將計算機科學與技術(shù)（非師范）專業(yè)的《信息安全綜合實驗》課程改造為該專業(yè)的Capstone課程，希望通過該課程加強對學生綜合實踐能力的培養(yǎng)。本文圍繞核心能力達成，探討了針對Capstone課程的教學改革及實踐。

2 Capstone課程的教學理念

Capstone課程產(chǎn)生于20世紀80年代，是美國推行教育改革的產(chǎn)物，其教學理念來源于人本主義教學論和建構(gòu)主義教學論[3]，強調(diào)以學生為中心，讓學生在真實場景下，自主發(fā)現(xiàn)問題，合作探討，解決問題;強調(diào)學生是知識的構(gòu)建者，讓學生通過分析解決問題，在原有知識的基礎(chǔ)上生長出新的知識。Capstone課程的教學理念主要體現(xiàn)在以下三個方面：

其一，以學生為中心的教學理念。以學生為中心的理念，強調(diào)學生在課堂中具有主動權(quán)，學生可根據(jù)自身興趣和基礎(chǔ)選擇學習的深度和廣度，充分尊重和允許學生的個性化、差異化學習，教學的主體是學生。教師的一切教學活動都是以促進學生的學習為目的，為學生的學習提供服務。學生在課堂中具有話語權(quán)，參與課堂討論，發(fā)表自己的觀點。讓學生在興趣的驅(qū)使下主動學習，自主探索，通過實踐探索總結(jié)出新的知識。教師的主要職責是指導學生圍繞學習目標進行探索，提供獲取知識的途徑，而不是向?qū)W生傳授已有的知識。學生是教學活動的主體，是知識的發(fā)現(xiàn)者和學習者，參與全部教學環(huán)節(jié)，包括最終的課程考核環(huán)節(jié)。

其二，重視教學產(chǎn)出，倡導成果導向理論。成果導向教學理念（Outcome-Based Education，OBE）是指以學生學習成果為起點，反向設計教學環(huán)節(jié)的理念[4]。首先要明確學生學習該課程后所要達到的學習效果，制定教學目標和核心能力的對應關(guān)系，然后根據(jù)所支撐的核心能力設計教學環(huán)節(jié)和考核標準。該理念注重培養(yǎng)學生解決實際工程問題的能力，倡導真實應用情景下的體驗式教學。該理念認為學生在前期知識學習積累的基礎(chǔ)上，通過解決實際工程項目問題，能夠獲得的頂峰性學習成果是檢驗學習成效的重要標志。

其三，Capstone課程強調(diào)持續(xù)改進的動態(tài)發(fā)展理念。IEET認證規(guī)范9中強調(diào)了持續(xù)改進的必要性，認為教育目標、核心能力和課程設計是環(huán)環(huán)相扣的，需定期評估和修正[5]。通過持續(xù)改進的方式，逐步提高三者之間的匹配度。Capstone課程每學期結(jié)束時，任課教師需分析學生考核結(jié)果，評估課程對核心能力培養(yǎng)的支撐度，并做相應的反思和調(diào)整，以提高課程設計與核心能力培養(yǎng)的契合度，進而提高課程對促進學生達成教育目標的貢獻率。

3 計算機科學與技術(shù)（非師范）專業(yè)核心能力

根據(jù)IEET專業(yè)認證要求，結(jié)合計算機科學與技術(shù)（非師范）專業(yè)人才培養(yǎng)方案，經(jīng)過專業(yè)任課教師集中討論、校外專家咨詢委員會討論，最終確定了該專業(yè)畢業(yè)生應具備的八項核心能力：

（1）具有計算機科學、概論與統(tǒng)計、離散數(shù)學、工程數(shù)學的知識之能力。

（2）具有程序設計及運行實驗，以及分析解釋數(shù)據(jù)的能力。

（3）具有設計主流計算機系統(tǒng)（信息安全系統(tǒng)）、組件或流程之能力。

（4）具有辨識、分析規(guī)劃及解決主流計算機系統(tǒng)（信息安全系統(tǒng)）問題的能力。

（5）具有有效溝通、團隊合作及領(lǐng)導統(tǒng)御的能力。

（6）具有寬廣的國際視野及外語能力。

（7）具備專業(yè)倫理、人文素養(yǎng)及社會責任。

（8）具備跨領(lǐng)域之學習能力。

上述八項核心能力涵蓋了該專業(yè)學生的知識掌握、專業(yè)技能及綜合素養(yǎng)等各個方面。課程教學改革的效果應當以能否更好地促進上述八項核心能力達成為衡量標準。

4 教學改革與實踐

《信息安全綜合實驗》課程作為檢驗和促進該專業(yè)學生專業(yè)技能應用的綜合實踐課程，在人才培養(yǎng)中具有十分重要的作用。為了使該課程對全部八項核心能力的培養(yǎng)都具有一定的支撐度，基于Capstone課程的核心理念實施了多方面的教學改革。

（1）以學生為中心，拓展學習的深度和廣度

在以往的《信息安全綜合實驗》課程的教學中，教學組織方式主要是教師確定實驗內(nèi)容，然后帶領(lǐng)學生完成一個個獨立的綜合實驗。學生主要是被動地接受老師講授的實驗步驟和實驗方法，缺少主動思考。受課時限制，教師無法向?qū)W生傳輸相關(guān)的拓展知識，也無法做到因材施教。學生學習效果局限較大。2017年起，《信息安全綜合實驗》課程改革教學模式，秉持以學生為中心的理念，課堂教學中，以學生為主、教師為輔，強調(diào)學生獲取知識的途徑是從實踐項目中獲取并內(nèi)化自身的能力，而不是被動接受教師講授的內(nèi)容。采用線上線下相結(jié)合的教學模式，學生不必每節(jié)課都到固定的教室，使用固定的實驗環(huán)境，也不受課堂教學時間的限制，學生可根據(jù)所選項目內(nèi)容搭建自己的實驗環(huán)境，進行測試分析。給予學生更多課外查閱資料、自主鉆研的時間。注重學生能力素質(zhì)的培養(yǎng)，而非知識目標的達成，該門課程不講授新的內(nèi)容，主要培養(yǎng)學生綜合運用前驅(qū)課程所學知識進行實踐設計分析的能力。在教學過程中，教師是課堂教學的設計者、引領(lǐng)者及鼓勵者。組織學生進行分組，提供選題類型，安排實驗環(huán)境，參與小組討論、疑難解答。教師在指導小組項目研究過程中，擔當引路人和監(jiān)督人的角色，提供方向但不參與具體執(zhí)行，對小組研究進度和工作量進行監(jiān)督管理。

（2）以實踐項目為抓手，堅持成果導向理念

《信息安全綜合實驗》課程強調(diào)培養(yǎng)學生的實踐動手能力，注重成果產(chǎn)出。在教學模式上，采用任務驅(qū)動的教學模式，學生根據(jù)教師所提供任務場景進行選題、分組討論并合作完成任務。Capstone課程具有明確的團隊合作性特點，重視培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力，要求在教學過程中，學生必須分組完成相應的選題，不允許學生獨立完成項目[6]。這一要求與企業(yè)里實際工程項目需要團隊合作完成的需求是一致的。在教學環(huán)節(jié)設計上，按照項目管理的一般方法來進行，包括選題指導、開題報告、分組指導、中期檢查、總結(jié)報告等環(huán)節(jié)。圍繞核心能力培養(yǎng)設計選題，并盡量緊貼行企業(yè)的實際需求，為學生提供的選題方向能夠較好地訓練學生的動手能力，能夠準確反映學生的工作量、查閱資料、擴展學習、主動思考等方面的工作。為滿足學生的個性化差異及專業(yè)基礎(chǔ)參差不齊的實際情況，課題組設置了難易程度不一的選題類型。按從難到易的順序，選題類型一般包括綜合設計、工具開發(fā)、安全環(huán)境分析測試、工具應用分析、調(diào)查報告（視頻宣傳）等五種類型。

從2017學年度到2019學年度學生的選題情況來看，學生選擇難度較低的工具應用分析類的比例逐年下降，選擇難度較大的工具開發(fā)類和分析測試類選題的比例呈上升趨勢，表明學生認可該門課程能夠提高自身綜合能力，挑戰(zhàn)自我的意愿增強。需要說明的是，2019年受疫情影響，該門課程采取線上教學的形式，由于綜合設計類選題對實驗環(huán)境要求較高，學生個人電腦難以搭建完整實驗環(huán)境，故2019年該類型選題減少。具體情況見圖1。

（3）多元化考核機制，激發(fā)學習興趣

為了能夠準確反映學生的學習成效和能力養(yǎng)成，提高核心能力培養(yǎng)的達成度，《信息安全綜合實驗》課程團隊反復探討，精心設計，課程制定了多元化的考核標準。課程注重考核學生的綜合能力，除專業(yè)技能之外，還將學生口頭表達能力、溝通協(xié)調(diào)能力、文獻查找及閱讀、翻譯能力、跨領(lǐng)域?qū)W習能力等納入考核標準中。在開題報告、中期檢查和總結(jié)匯報三個教學環(huán)節(jié)中都要求學生上臺演講，匯報小組工作進展。由任課教師和其他小組對做匯報的小組進行打分。考核標準涵蓋知識目標、能力目標及職業(yè)素養(yǎng)目標三個方面?？陬^匯報評分標準依據(jù)核心能力來制定，具體包括如下八個方面的內(nèi)容：選題類型（10分）、研究內(nèi)容（15分）、程序設計與實驗運行（15分）、問題分析能力（20分）、團隊合作（15分）、國際視野及外語能力（5分）、專業(yè)素養(yǎng)（10分）和跨領(lǐng)域?qū)W習能力（10分）。

（4）教學成效分析，促進持續(xù)改進

自該課程開展教學改革以來，已經(jīng)過三輪教學，每輪教學結(jié)束之后，教學團隊都針對八項核心能力達成情況進行量化分析，找出教學薄弱點，并在下一輪教學中重點加強。2017至2019學年度學生核心能力達成情況如表1所示。

從表1看來，核心能力2、3、4、5、7達成較好，核心能力1、6、8較弱，特別是核心能力6有待增強，可推薦學生多查閱一些較新的外文文獻資料來提高;核心能力1反映了學生對基礎(chǔ)知識的掌握需加強，可繼續(xù)在概率論與統(tǒng)計、離散數(shù)學等基礎(chǔ)課程的教學中加強學生對基礎(chǔ)知識的掌握和應用能力;核心能力8偏弱說明學生比較少關(guān)注跨領(lǐng)域知識的融合，在下一輪的教學中，可增加一些跨領(lǐng)域融合的選題供學生選擇。從八項核心能力的總分平均值來看，學生綜合能力達成呈上升趨勢，表明教學改革取得一定成效。

5 總結(jié)

從Capstone課程的特點和教學理念來看，與新工科建設有許多契合點。以Capstone課程教學改革為抓手，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，是促進新工科建設的有效途徑?！缎畔踩C合實驗》課程在近三年的教學改革中，堅持以學生為中心理念，堅持成果導向理念，圍繞核心能力培養(yǎng)設計和實施教學，同時采用多元化考核機制，提升教學成效。經(jīng)實踐，基于capstone課程理念的教學改革能夠促進學生核心能力培養(yǎng)的達成，激發(fā)學生的學習興趣，提升學生分析問題解決問題的實踐能力。

參考文獻：

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[2] 劉艷瓊，吳怡. 以Capstone課程建設為抓手促進地方普通高校新工科建設研究[J].太原城市職業(yè)技術(shù)學院學報，2018（11）：146-148.

[3] 張學良，李輝. 過程取向與自主建構(gòu)：美國高校頂石課程形態(tài)[J]. 中國高教研究，2017（3）：78-82.

[4] 申天恩.成果導向教育理念指引下的人才培養(yǎng)方案核心問題分析[J].教學研究， 2017，40（4）：53-57.

[5] 楊永斌，李佩琳，劉曼君. 世界工程教育認證的發(fā)展趨勢[J]. 高等工程教育研究，2019（5）：5-10.

[6] 雷能忠，黃蕾，周建輝，等.土木工程專業(yè) Capstone 課程教學初探[J].高等建筑教育，2017，26（3）：73-77.

【通聯(lián)編輯：王力】