培養系統能力 提升學生核心競爭力
新工科是高等工程教育改革的新範式，其核心目標是提升工程類人才培養質量。然而，我們經過調研發現，當前高等工程教育主要存在以下問題，與現代工程對人才培養提出的更高要求形成了鮮明對比。一是課程體系鬆散，支撐不足。專業課程一般按軟件、硬件、設計等模塊分散式教學，課程間融通性差，核心內容滯後於產業發展，難以支撐系統能力培養。二是實踐環節無序，技術脫節。實踐教學分散於獨立實驗課程，平臺不一、手段單一，驗證性實驗佔比高，缺乏遞進式能力培養設計，且遠離行業需求，學生難以接觸前沿技術。三是評價機制單一，反饋薄弱。一些高校仍以學生的課程考試成績爲主評價學生的“產出”，形式過於單一，不夠科學全面，而且反饋機制可溯性差，難以爲教學改進提供有效依據。
當前，面對現代工程通常具有的系統結構複雜、設計約束繁多、內部要素衝突等特徵，高等工程教育亟須改革，以更好地滿足人才培養的高要求。具體到計算機專業教育領域，教育工作者亟須回答：智能計算時代，應如何重構核心課程？什麼纔是計算機專業學生走向社會的安身立命之本？未來程序員需具備哪些能力？高校如何讓學生掌握核心競爭力？
湖南大學計算機類專業以“系統能力”爲核心，將其內涵拓展爲“程序設計能力+系統設計能力+系統工程能力+IT職業素養”，構建“雙重環鏈”，提出了“1234”教學模式，即：一套全過程跟蹤的人才培養教學體系、雙重環鏈的培養方案、三級遞進的實踐體系和四維的學習成果評價機制。
雙重環鏈：橫向能力鏈與縱向課程羣鏈。“1234”教學模式的核心是“雙重環鏈結構”培養方案。它圍繞培養學生解決複雜工程問題的能力，將學生4年的課程學習進行體系化劃分，構造貫穿4年的“三個能力+一個素養”的橫向能力鏈，以及支撐能力培養的縱向課程羣鏈，橫向鏈與縱向鏈環環相扣，前續環節爲後續環節的支撐，後續環節爲前續環節的反饋。具體而言，橫向鏈貫穿本科4年，分階段遞進式培養“程序設計→系統設計→系統工程→職業素養”能力。“程序設計”強調編程和算法設計實現能力，“系統設計”強調計算機軟/硬件、系統的協同設計能力，“系統工程”強調解決複雜工程問題能力，“職業素養”強調專業精神和社會責任，並體現計算思維、系統思維、大工程觀等思想。縱向鏈按學年設置“基礎課程→高階課程→集中實踐→成果評測”環節，支撐年度能力目標達成，兩鏈環環相扣，形成“支撐—反饋”閉環。由此，達到加強課程間關聯、強化系統能力、提高評價反饋時效性的目的。
螺旋迭代：課程與實踐深度融合。爲了實現課程之間的融會貫通，我們設計了一套基於“螺旋迭代”的課程新體系，兩臺自創機器“一虛一實、一軟一硬”，以螺旋迭代結構，以解決一個實際工程問題爲出發點，將其分解成不同內容和不同能力層級落實到各門核心課程和各個實踐環節。課程貫穿。自主研發HNU原型機，貫穿“數字邏輯”“計算機系統”“操作系統”“編譯”等核心課程。例如，在“數字邏輯”中仿真CPU部件，“計算機系統”中實現彙編器，“操作系統”中開發鏈接器，“編譯原理”中開發編譯器，使學生逐層理解程序底層邏輯，具備全棧開發和優化能力。實踐融通。設計HNU口袋貓實驗板，貫穿4年實踐環節。大一焊接基礎板，大二擴展接口，大三開發應用，大四完成畢業設計。通過夏季學期集中實訓，實現實踐能力的螺旋提升。同一個原型機、同一塊開發板，貫穿了多門核心課程和集中實踐環節，與以前分散的、以知識灌輸爲主的教學方式，效果截然不同。
立體教學：啓發、探索與共創。在擁有了一套完善的課程體系之後，如何選擇核心課程的教學方法以有效達成培養目標，就顯得尤爲關鍵。爲此，我們採用了“啓發式大班授課+探究式小班討論+階梯式強化實踐”的三層立體化教學方式，並結合數字化工具來增強教學互動。此外，我們還秉持師生共研共創的教學理念。以原型機開發爲例，教師負責設計指令集架構，學生則在此基礎上逐年進行迭代，開發可視化模擬器和網頁版虛擬機，逐步強化原型機的功能。這種教學模式不僅實現了“做中學、學中創”，還極大地激發了學生的自主探索精神。
四維評價：過程化與個性化。我們基於CBE教育理念，建立了“學習過程—教師—第三方—企業導師”四維評價機制。開發智能分析系統、代碼評測平臺等，實時追蹤學習軌跡，側重個人進步而非橫向比較。成績評定融合多環節細粒度考覈，形成“學期大循環+模塊小循環”反饋體系，爲教學改進提供數據支撐。
改革實施以來，學生的系統能力得到了顯著提升，畢業設計質量、就業競爭力以及企業反饋均優於傳統教學模式。該項目榮獲2022年高等教育國家級教學成果獎二等獎，“鯤鵬計算機系統能力培養課程羣虛擬教研室”被教育部選爲首批虛擬教研室建設試點項目，“原型機+口袋貓”教學體系也成功入選“101計劃”實踐平臺。
（作者單位系湖南大學信息科學與工程學院；本文系湖南省芙蓉教學名師趙歡工作室研究成果）
《中國教育報》2025年03月05日 第06版
作者：趙歡 楊科華 肖德貴