《中国工程教育专业认证标准》中的基本要求被作为其通用标准的第3项,称为“毕业要求”。所谓毕业要求,就是学生在毕业时必须达到能力标准。按照人才培养系统化设计和实施的要求,它们需要分解到课程体系的相应教学活动中去落实。在这12条毕业要求中,“复杂工程问题”在其中8条中出现了9次。这充分表明了 “培养学生解决复杂工程问题的能力”是工科本科教育的基本定位。
在目前的情况下,各个专业必须重视专业毕业要求内涵的表达,以便所有的课程能够有效地找到学生在学习该门课程后应该达到的目标,并用文字将其准确的描述出来,使之成学生在该课程的学习过程中追求的目标,成为教师努力引导和帮助学生达成的目标。
12条毕业要求是明确的、具体的。
其中,关于“工程知识”, 要求是“能够将数学、 自然科学、 工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题”。这一点与我们习惯的类似“掌握数学、自然科学、工程基础和专业知识”、“理解法律法规基本知识”、“了解经济和金融知识”的表述是不同的。其关键是明确给出了“掌握”、“理解”、“了解”的程度,即足以支持“解决复杂工程问题”。
下面主要以计算机科学与技术专业为例,讨论“工程知识面与深度”毕业要求。
01
工程知识面与深度
要求原文:
能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。
本项要求指出了工科学生的基本知识面和深度的要求。
知识面方面,要求必须包括数学、自然科学、工程基础和专业知识。
……
2021年7月19日,李克强同志在调研国家自然科学基金委的时候说,“我们之所以强调要重视数学,因为自然科学首先发端于数学,人类文明真正进入科学领域也是从数学开始的。可以说,数学是一切科学的基础。事实上,许多‘卡脖子’的问题,最终都‘卡’在基础研究上。”“要提高学校数理化生等基础学科教育水平”。
实际上数学和自然科学方面的教育对工科学生来讲,确实具有奠基性的作用。这类课程的基本课程目标是使学生掌握理论和实验方法,为学生表述工程问题、选择恰当数学模型、进行分析推理奠定基础。必须强调,迄今为止,被广泛认可的科学研究范型仅仅包括理论、实验、计算,而数学与自然科学类课程的基本课程目标是使学生掌握理论和实验方法,可见其是非常重要的。
另外,按照《华盛顿协议》的描述,“工程是包括数学、自然科学和工程知识、技术和技能整体的、有目的性的应用”。可见,数学、自然科学对工程开发是何等的重要。……
……
以计算机相关专业为例,该项毕业要求的内涵大体上包括以下4个方面的内容。
1
能正确理解计算问题的专业表述,并能够给出具体计算问题的专业表述,解释相关的基本原理。
具体地,要求学生懂得本专业的一些基本概念和基本原理,会用本专业描述问题的方法、描述语言(包括一些专业术语)、分析思想、分析方法,达到能够读懂和会用专业语言描述问题及其求解过程(包括问题及其相应处理的符号表示)。当然,要理解这些东西描述的专业问题并会用这些东西描述专业问题,必须有良好的数学、自然科学基础,没有了这些基础,是无法真正理解这些东西描述的内容和恰当地使用这些东西去描述专业问题。归纳起来,主要包括,问题和处理过程的符号表示和语言表达,问题分析、表达和处理过程用到的基本概念和基本原理,以及所用的基本逻辑、基本思想和方法。所以,我们可以说,这不是一两门、三五门课可以解决问题的。只不过我们在评价它的达成情况时,选择了三五门最具代表性的课而已。
2
能针对计算系统及其计算过程选择或建立适当的描述模型。
本专业类主干学科的抽象(Abstraction)和自动计算(Automation)的基本特征确定了本专业类抽象第一的基本教育原理。学生需要能够适应抽象地,特别是通过建立形式化模型,表示对象及其变换和处理过程,具备与专业问题求解相适应的抽象思维能力,并建立起追求包括逐步(step by step)、数字化、算法、模块化与层次化等在内的核心专业意识,将“自动计算”作为基本追求。
3
能基于计算系统的设计方案和所建模型进行推理分析并能够得出结论。
基于计算系统的设计方案和所建模型进行推理分析,包括对计算系统的设计方案和所建模型的正确性进行推理分析并能够得出结论是专业的基本要求,使得基本的,特别是基于模型的分析推理能力成为本专业类重要的基本能力,而且这种分析推理能力具有明显的“计算思维”特征,主要体现的是逻辑思维能力。
为了支撑这一基本能力的培养,计算机类专业重视数学教育,除了一般的高等数学、概率与数理统计、线性代数(其要求甚至比其他大多数工科类专业要高一些)等课程外,还要学习包括集合、数理逻辑、图论、近世代数,甚至组合数学、形式语言与自动机理论等相关内容,以引导学生将计算从单一、具体的实例计算提升到实现一类问题求解的类计算和模型计算。这里提到的课程仅仅提供了强化学生“抽象”、“建模”、“基于模型进行分析”等能力的基础,还需要一些课程引导学生将这些知识、思想和方法用到专业问题的求解上。
4
能够运用相关知识和方法求解复杂计算系统的相应问题,包括进行分析、改进。
学会本学科的基本知识,以及解决问题的基本思想和方法具有重要的意义,特别是这些基本思想和方法会在本专业人才的职业生涯中被反复用到。例如,自底向上、自顶向下、逐步求精、模块化等。这些基本的思想和方法会使学生更好地综合运用所学的基本原理去解决本专业的复杂工程问题,包括在解决问题的过程中的分析和改进。
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