基于Capstone課程理念的教學(xué)改革研究與實踐

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(xué)生培養(yǎng)與市場及產(chǎn)業(yè)需求不相適應(yīng)這一突出矛盾，探討綜合實踐類課程的教學(xué)改革方法與策略。美國頂峰課程理念對于如何培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)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(xué)院計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)（非師范）的《信息安全綜合實驗》課程教學(xué)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(xué)改革，以期為同類專業(yè)推行教學(xué)改革提供參考。

關(guān)鍵詞：Capstone課程;成果導(dǎo)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(xué)（資源服務(wù)）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(yīng)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(shè)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(yīng)的局面。參與中華工程教育學(xué)會的專業(yè)認證是積極推進專業(yè)建設(shè)、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(xué)院計算機科學(xué)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(shè)的專業(yè)必修課程，一般在大三或大四學(xué)年開放，以綜合問題為導(dǎo)向，著重培養(yǎng)學(xué)生整合所學(xué)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(xué)習(xí)與實踐應(yīng)用的橋梁，讓學(xué)生獲得學(xué)以致用的愉悅感，增強主動學(xué)習(xí)的興趣，通過Capstone課程的學(xué)習(xí)學(xué)生可獲得重要的預(yù)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(shè)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(yīng)，學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)改革及實踐。

2 Capstone課程的教學(xué)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(xué)理念來源于人本主義教學(xué)論和建構(gòu)主義教學(xué)論[3]，強調(diào)以學(xué)生為中心，讓學(xué)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(xué)生是知識的構(gòu)建者，讓學(xué)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(xué)理念主要體現(xiàn)在以下三個方面：

其一，以學(xué)生為中心的教學(xué)理念。以學(xué)生為中心的理念，強調(diào)學(xué)生在課堂中具有主動權(quán)，學(xué)生可根據(jù)自身興趣和基礎(chǔ)選擇學(xué)習(xí)的深度和廣度，充分尊重和允許學(xué)生的個性化、差異化學(xué)習(xí)，教學(xué)的主體是學(xué)生。教師的一切教學(xué)活動都是以促進學(xué)生的學(xué)習(xí)為目的，為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供服務(wù)。學(xué)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(xué)生在興趣的驅(qū)使下主動學(xué)習(xí)，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(zé)是指導(dǎo)學(xué)生圍繞學(xué)習(xí)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(xué)生是教學(xué)活動的主體，是知識的發(fā)現(xiàn)者和學(xué)習(xí)者，參與全部教學(xué)環(huán)節(jié)，包括最終的課程考核環(huán)節(jié)。

其二，重視教學(xué)產(chǎn)出，倡導(dǎo)成果導(dǎo)向理論。成果導(dǎo)向教學(xué)理念（Outcome-Based Education，OBE）是指以學(xué)生學(xué)習(xí)成果為起點，反向設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)的理念[4]。首先要明確學(xué)生學(xué)習(xí)該課程后所要達到的學(xué)習(xí)效果，制定教學(xué)目標和核心能力的對應(yīng)關(guān)系，然后根據(jù)所支撐的核心能力設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)和考核標準。該理念注重培養(yǎng)學(xué)生解決實際工程問題的能力，倡導(dǎo)真實應(yīng)用情景下的體驗式教學(xué)。該理念認為學(xué)生在前期知識學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)成果是檢驗學(xué)習(xí)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(shè)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(xué)期結(jié)束時，任課教師需分析學(xué)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(yīng)的反思和調(diào)整，以提高課程設(shè)計與核心能力培養(yǎng)的契合度，進而提高課程對促進學(xué)生達成教育目標的貢獻率。

3 計算機科學(xué)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(xué)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(yīng)具備的八項核心能力：

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

（2）具有程序設(shè)計及運行實驗，以及分析解釋數(shù)據(jù)的能力。

（3）具有設(shè)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(dǎo)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(zé)任。

（8）具備跨領(lǐng)域之學(xué)習(xí)能力。

上述八項核心能力涵蓋了該專業(yè)學(xué)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(xué)改革的效果應(yīng)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(xué)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(xué)生專業(yè)技能應(yīng)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(xué)改革。

（1）以學(xué)生為中心，拓展學(xué)習(xí)的深度和廣度

在以往的《信息安全綜合實驗》課程的教學(xué)中，教學(xué)組織方式主要是教師確定實驗內(nèi)容，然后帶領(lǐng)學(xué)生完成一個個獨立的綜合實驗。學(xué)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(xué)生學(xué)習(xí)效果局限較大。2017年起，《信息安全綜合實驗》課程改革教學(xué)模式，秉持以學(xué)生為中心的理念，課堂教學(xué)中，以學(xué)生為主、教師為輔，強調(diào)學(xué)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(xué)模式，學(xué)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(xué)時間的限制，學(xué)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(xué)生更多課外查閱資料、自主鉆研的時間。注重學(xué)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(xué)生綜合運用前驅(qū)課程所學(xué)知識進行實踐設(shè)計分析的能力。在教學(xué)過程中，教師是課堂教學(xué)的設(shè)計者、引領(lǐng)者及鼓勵者。組織學(xué)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(dǎo)小組項目研究過程中，擔(dān)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(dǎo)向理念

《信息安全綜合實驗》課程強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力，注重成果產(chǎn)出。在教學(xué)模式上，采用任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)模式，學(xué)生根據(jù)教師所提供任務(wù)場景進行選題、分組討論并合作完成任務(wù)。Capstone課程具有明確的團隊合作性特點，重視培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作能力，要求在教學(xué)過程中，學(xué)生必須分組完成相應(yīng)的選題，不允許學(xué)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(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計上，按照項目管理的一般方法來進行，包括選題指導(dǎo)、開題報告、分組指導(dǎo)、中期檢查、總結(jié)報告等環(huán)節(jié)。圍繞核心能力培養(yǎng)設(shè)計選題，并盡量緊貼行企業(yè)的實際需求，為學(xué)生提供的選題方向能夠較好地訓(xùn)練學(xué)生的動手能力，能夠準確反映學(xué)生的工作量、查閱資料、擴展學(xué)習(xí)、主動思考等方面的工作。為滿足學(xué)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(shè)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(shè)計、工具開發(fā)、安全環(huán)境分析測試、工具應(yīng)用分析、調(diào)查報告（視頻宣傳）等五種類型。

從2017學(xué)年度到2019學(xué)年度學(xué)生的選題情況來看，學(xué)生選擇難度較低的工具應(yīng)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(xué)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(xué)的形式，由于綜合設(shè)計類選題對實驗環(huán)境要求較高，學(xué)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(xué)習(xí)興趣

為了能夠準確反映學(xué)生的學(xué)習(xí)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(fù)探討，精心設(shè)計，課程制定了多元化的考核標準。課程注重考核學(xué)生的綜合能力，除專業(yè)技能之外，還將學(xué)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(xí)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(xué)環(huán)節(jié)中都要求學(xué)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?？己藰藴屎w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(shè)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(xí)能力（10分）。

（4）教學(xué)成效分析，促進持續(xù)改進

自該課程開展教學(xué)改革以來，已經(jīng)過三輪教學(xué)，每輪教學(xué)結(jié)束之后，教學(xué)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(xué)薄弱點，并在下一輪教學(xué)中重點加強。2017至2019學(xué)年度學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)等基礎(chǔ)課程的教學(xué)中加強學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握和應(yīng)用能力;核心能力8偏弱說明學(xué)生比較少關(guān)注跨領(lǐng)域知識的融合，在下一輪的教學(xué)中，可增加一些跨領(lǐng)域融合的選題供學(xué)生選擇。從八項核心能力的總分平均值來看，學(xué)生綜合能力達成呈上升趨勢，表明教學(xué)改革取得一定成效。

5 總結(jié)

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

參考文獻：

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【通聯(lián)編輯：王力】