CS2023：计算机科学教...与胜任力模型并轨的全新探索_向乔.pdf

9计 算 机 教 育Computer Education第 4 期2023 年 4 月 10 日中图分类号：G642基金项目：上海高校大学计算机课程教学改革项目“面向智能的考试竞赛教学综合改革”（沪教委高 202147号）；教育部中国高校产学研创新基金未来网络创新研究与应用项目“面向大规模软件定义网络的高级编程模型关键技术研究”（2021FNA02008）。作者简介：向乔，男，教授，研究方向为计算机网络和分布式系统，；刘雨桐（通信作者），女，助理研究员，研究方向为物联网与智能计算，。0引 言ACM 与 IEEE-CS 一直致力于为全球计算机科学本科教育制定指导性培养方案。自 1968年联合发布第一版培养方案以来，两个组织每隔 10 年左右就会对培养方案进行一次更新，包括 Curriculum 681、Curriculum 782、Curriculum 913、CS20084和 CS20135。2021 年 5 月，ACM与 IEEE-CS 联合 AAAI 成立了工作组，启动了最新一轮全球计算机科学本科教育指导性培养方案的修订。该修订工作预计于 2023 年底完成，因此，最新一版的培养方案代号定为 CS20236。1CS2023基本介绍CS2023 是计算机科学教育领域在知识模型的基础上融合胜任力模型的全新教育理念，力求从知识、技能、品行 3 个角度全方位培养高素质计算机科学人才。CS2023面向全球计算机科学教育，CS2023：计算机科学教育知识与胜任力模型并轨的全新探索向 乔1，刘雨桐2，孔令和2，高晓沨2，张 铭3，陈 娟4，AmruthKumar5，RajRajendra6（1.厦门大学 信息学院，福建 厦门 361005；2.上海交通大学 电子信息与电气工程学院，上海 200240；3.北京大学 计算机学院，北京 100871；4.国防科技大学 计算机学院，湖南 长沙 410003；5.拉马波学院 理论与应用科学学院，美国 新泽西州 07430；6.罗切斯特理工大学 计算与信息科学学院，美国 纽约州 14623）摘 要：面向 2023 年全世界计算机科学教育，系统介绍 ACM/IEEE-CS/AAAI CS2023 培养方案（以下简称 CS2023）的核心理念和探索实践，以自下而上的形式探讨有限的课时和教学资源条件下，计算机科学教育中核心知识教育与胜任力模型培养并轨的方式，通过对比国内外计算机科学教育计划，总结 CS2023 的工作重心，最后提出 CS2023 未来发展展望。关键词：计算机科学教育；CS2023；知识模型；胜任力模型文章编号：1672-5913(2023)04-0009-06关注如何将胜任力模型融合于计算机科学教育体系中，通过编写相应的课程大纲和发表相关课程实践的专业文章来体现该计划对于胜任力模型的融合结果。1.1基本任务（1）在计算机科学教育中融合胜任力模型。这项任务也是本计划所关注的核心。胜任力（competency）一词在哈佛大学胜任力字典中的解释是个人必须证明其在工作、角色、智能、任务和职责中有效的行为、动机、知识和技能7。计算机科学领域的胜任力模型强调了知识、技能和专业品行的同等重要性。CS2023 知识模型与胜任力模型并轨架构如图 1 所示，CS2023 中将知识模型与胜任力模型相融合，包含了计算机科学领域所需的 18 个知识领域（与知识模型相交）、4 项专业技能和 11 项专业品行。目前，虽然计算机教育界已经接受了知识技能的重要性，并采用了各种教学技术促进计算机教育中知识技能的培养，但是尚未广泛重视对于专业品行的培养。因DOI:10.16512/ki.jsjjy.2023.04.012202310计 算 机 教 育Computer Education图 1 CS2023 知识模型与胜任力模型并轨架构算法与复杂度、网络与通信、社会道德与专业精神等18个知识领域解释、应用、评价、发展4项技能合作性、创造性、自主性、细致性等11项品行知识内容传授方式、课时设置等知识模型胜任力模型 图 2 CS2023 工作组成员的地区分布统计 非洲中东部,1亚太地区,2欧洲,1北美洲,12南美洲,1CS2023指委会人员分布非洲中东部亚太地区欧洲北美洲南美洲非洲中东部,4亚太地区,4欧洲,12北美洲,57CS2023分委会人员分布非洲中东部亚太地区欧洲北美洲1.3工作进展CS2023 工 作 组 自 2021 年 5 月 正 式 以 来，通过月度线上常委工作会议与知识领域分委会工作会议时刻跟踪工作进展。会议针对胜任力模型在各知识领域如何体现，计算机科学教育中的社会、道德与专业性问题（Social,Ethical,此，CS2023 计划中的首要任务则是尝试选择和调整适用于计算机科学教育的胜任力模型，突出培养计算机科学专业学生品行的重要性，并逐渐推广到全世界范围内。（2）在计算机科学教育中创造一个更新的知识模型。为了方便胜任力模型的推广，CS2023需要对于原有的知识模型(knowledge model)进行相应的更新。CS2023 继续沿用了 CS2013 中提出的 18 个知识领域，包括算法和复杂度、架构和组成、人工智能、数据管理、图形学与互动技术、人机交互、数学和统计基础、建模、网络和通信、操作系统、并行与分布式计算、编程语言、社会、道德与专业精神、软件开发、软件工程、专业平台开发及系统基础，也将针对这 18个 领域对应的知识模型给出对应的更新。（3）在 CS2023 计划中保持知识模型与胜任力模型的一致性。结合第一项与第二项任务可以看出，CS2023 试图给出更新的知识模型和全新的胜任力模型。而为了方便计算机科学教育工作者能够平滑过渡，针对自己所教授的课程进行比较和改进，CS2023 中需要在知识模型和胜任力模型之间构建连贯一致的桥梁，表明二者之间的关联，例如指明在哪种知识背景下应当注重培养哪种专业品行7。1.2成员组成为了能充分覆盖到全世界计算机科学教育背景，理解全世界在计算机科学上的课程兴趣、时间和创新，提高该计划对不同国家和地区的普适性，CS2023 工作组由来自全世界各地的计算机科学教育专家组成，共同参与课程指南和课程实践的讨论（如图 2 所示）。ACM/IEEE-CS/AAAI CS工作组由来自 ACM、IEEE-CS 及 ACMCCECC等机构的 17 名成员组成指导委员会。其他成员则构成了分属于 18 个知识领域的委员会，目前由最多两名指导委员带领 510 名来自学术界和工业界的专家组成各个分委员会。专题策划CC2020 前沿第 4 期11Professional,SEP），各知识领域核心课时分配方案，如何在 CS2023 报告中体现不同国家与地区计算机科学教育方案的差异化等各个分委会共同关注的问题展开广泛与深入的讨论与迭代，并逐渐收敛形成粗略共识，于 2022 年 5 月编写并发布了 CS2023 报告的 Alpha 版本，向全球计算机科学教育社区和知识领域专家征求反馈意见。工作组常委先后在 ACM SIGCSE 2022、ITiCSE 2022 等国际会议上对 CS2023 修订工作进行报告并征集反馈意见。2021 年 10 月，工作组向全球各国与地区高校的计算机科学系与所属学院的系主任与院长和计算机科学相关行业从业人员发送了关于 CS2013 使用情况与 CS2023 修订工作的调查问卷。其中，国内高校的调查问卷由工作组常委、厦门大学向乔教授翻译为中文后，通过邮件与微信等方式向国内 200 余所高校的计算机科学与技术系及其所属学院的院长与系主任发送。问卷在全球范围内共收到 400 余所高校与近 900位相关行业从业人员的反馈。2023 年 工 作 组 计 划 通 过 ACM SIGCSE China 年会、中国计算机大会 CNCC、图灵大会TURC、中国高校计算机教育大会等学术会议、线上问卷与邮件征集反馈、线上/线下报告与座谈等形式，继续深入与国内高校展开计算机科学教育的探讨与交流，并预计于 2023 年底完成并发布最终版 CS2023 报告。2CS2023课程实践试点情况2.1计算机网络课程试点情况计算机网络课程面向具备一定基础的计算机科学专业大三学生开设，与知识模型中网络与通信领域相关。通过多年来教学成果及学生访谈调查分析发现，该课程在知识模型、实践认知和教学形式方面都存在一定问题。在知识模型方面，物联网、云计算、人工智能驱动网络等新技术迅速推进网络的发展，传统计算机网络课程以TCP/IP 分层模型为主体架构的知识模型已经无法满足学生求知与企业用人的需求。在实践认知方面，教学过程中更多注重知识输送，忽略与实际需求相结合的思维和动手能力的培养，导致学生“重背诵、轻理解、弱实践”的问题，学生走出校门后常反映理论到实践的跨度很大。在教学形式方面，课堂以播放多媒体课件加解释说明的形式为主，抽象枯燥，容易造成“学只为考，考完则忘”的情况。为了解决上述问题，上海交通大学和厦门大学基于 CS2023 进行了全新的课程改革（见表1），在更新的知识模型的基础上加强培养学生在计算机网络相关知识领域的胜任力。首先，在知识模型更新上，上海交通大学引入了前沿网络内容介绍，通过压缩经典计算机网络内容，新增30%物联网、软件定义网络、云计算等新技术内容，让学生时刻紧跟网络发展方向。厦门大学则在讲授 5 层 TCP/IP 代表性协议工作流程的基础上，讲解不同协议设计所蕴含的理论基础与设计思想，将计算机网络领域的关键理论与设计进行有机结合。其次，在专业技能的培养上，上海交通大学通过与国内龙头企业联合进行产学合作育人，结合企业提供的实际应用课题、专家指导资源及开放性平台新增实践内容的设置，在实践过程中指导并提高学生的专业技能。厦门大学在设计实验内容时，通过要求学生对各层的代表性协议进行基本功能的复现，促进学生应用理论课所学的内容解决计算机网络协议设计与实现中的实际问题，加深学生对网络协议栈的深入理解。最后，在专业品行的培养上，两所学校均邀请了领域专家对计算机网络工业界与学术界共同关心的前沿与重点问题进行介绍，缩短了课堂教学与从业实践之间的距离。针对专家介绍的前沿与重点问题，鼓励学生发散思考、勇于直面技术瓶颈、积极探索解决方案，在实践与合作中提高品行培养。表 1 上海交通大学与厦门大学融合 CS2023 的计算机网络课改情况融合 CS2023 的课改内容上海交通大学厦门大学知识模型更新增加新技术新趋势的知识介绍增加理论基础背后的设计思想介绍专业技能培养产学合作育人，增加企业实际应用课题的实践内容联合设计思想，增加代表性协议基本功能复现，让学生在用中理解专业品行培养邀请网络领域专家，介绍领域核心问题；将前沿问题引入课程设计，鼓励学生发散思考、直面瓶颈、积极创新202312计 算 机 教 育Computer Education以上融合 CS2023 的课程改革已经在两所试点学校取得了初步成绩。目前上海交通大学已经产出物联网操作系统原理（LiteOS）教材一本，成功搭建“上海交通大学华为共建计算机网络在线课程”MOOC 平台，部分课程设计荣获 20192022 年中国大学生计算机设计大赛及上海市大学生计算机应用能力大赛多项一等奖，该课程获评上海交通大学一流课程。厦门大学也有 2 名本科生在全国未来网络科技创新大赛中获二等奖；1 位本科生保送中科院信工所从事网络空间安全方向研究。2.2计算机科学导论课程试点情况上海交通大学计算机科学导论面向大一通识类专业学生，通过课前面向 322 名学生发放问卷，了解到学生对本课程的期望学习内容（如图3 所示）。本课程在 2022 年获得 A 档教评，在学生中反响良好。根据学生教评发现，本课程有效地融合了 CS2023 的思想进行知识模型和胜任力模型的更新，课程内容设置合理，课堂讲解启发性强，令学生获益匪浅。2.3数据结构课程试点情况厦门大学数据结构课程面向本科二年级计算机类专业。课程组通过网络投票、面对面访谈等形式对以往教学进行了回顾发现，针对于数据结构课程，较多学生反映“理