本书基于作者多年来对人才培养从经验走向科学、从粗放走向精细的探索和实践，聚焦目前很多高校在专业建设中感到困惑的几个关键问题，包括人才培养标准意识的建立、毕业要求的内涵理解与表达、复杂工程问题的特征及其教学落实、培养方案的系统设计、面向支撑毕业要求达成的课程目标设计、面向产出的教学落实与评价，并将作者近40年来不断打磨的编译原理和形式语言与自动机理论两门课程的教学设计纳入其中。本书对于专业负责人和教师探索一流专业建设之路，强化以学生为中心、落实面向产出和持续改进三大理念，系统设计培养方案，选择、组织和实施课程教学，特别是对于如何分解落实专业毕业要求、分解落实学生解决复杂工程问题能力的培养等问题有重要的参考价值。

1974年，作者在湖北省国营总口农场中学高中毕业，按照农场的安排走上了养猪的岗位，14个月后，因所在分场学校缺少教师，一直梦想成为一名拖拉机驾驶员的作者很不情愿地走上了中小学教师的岗位。直到1978年3月作者进入哈尔滨工业大学计算机软件专业，才重新开始学习生活。作者担任中小学教师的时间虽然不长，但是小学、初中和高中都教过。作者在授课中逐渐体验到作为教师的乐趣，特别是看到一张张渴望知识的脸庞，一双双热切、灵动的眼睛，使作者的成就感不断地增强。从那时起，一个重要的追求在作者心中逐渐形成——利用课堂让学生有更多的收获。

1992年，作者开始在哈尔滨工业大学计算机科学与工程系负责本科生和研究生教学，使这种追求进一步升华。作者认识到，计算机学科的高速发展确定了人才培养需要走内涵式发展道路，同时开始思考在授课中如何引导学生通过学习已知去探索未知、如何通过研究型教学提升学生的探索能力等问题，接受了“计算学科教育的基本原理是抽象第一”的观点，并开始在系里倡导教师站在人才培养的高度开展课程教学。为此，作者于1997年借学校开展培养方案修订工作之机，设计了目前被广泛采用的体现课程体系结构的“课程体系拓扑图”，要求教师在各门课程的教学大纲中清楚地描述该课程在整个人才培养过程中的地位和作用。

思考是逐渐深入的。2001年，作者调入北京工业大学计算机学院，仍然负责学院的本科教学工作，继续承担本科生编译原理和形式语言与自动机理论两门课程的讲授，并有3年的时间在学校教务处负责本科专业建设和教学计划制订。20多年来，作者参加了教育部高等学校计算机类专业教学指导委员会的工作，并且是第一批深度参与我国工程教育专业认证工作并坚守到今天的探索者与实践者，参与了标准、规范的制定和工作文件的编制，参与了具体的评估和认

证工作；作者担任专业负责人的北京工业大学计算机科学与技术专业也接受了评估和认证；作者至今仍然承担着本科生的编译原理和形式语言与自动机理论这两门被认为颇具难度的专业基础课的主讲任务，一直在努力进行教学探索与实践；作者多年来在不同场合与同行就本科人才培养进行过或长或短、或专题或全面的交流。作者一直在思考如何有效缓解本科人才培养“时间的有限性与知识的无限性”“教育的基础性与（学生）探索和创造的未来性”两大基本矛盾。20多年来的所有实践和思考，使作者能够在不同层面、不同范围进行相应的探索。

得益于自己的工科背景，作者亲身体会到，工科背景的人特别注重理性、科学和精细，并且这是科学研究、工程设计、开发、应用中非常关键的做事原则。为了有效地解决人才培养的上述两大基本矛盾，教育也应该从感性走向理性，从经验走向科学，从粗放走向精细。

2007年7月19日，作者有幸代表教育部高等学校计算机科学与技术专业教学指导分委员会在教育部高等学校理工科教学指导委员会指导性专业规范研制工作会议上介绍计算机科学与技术专业的专业规范制定经验，这是作者第一次使用“专业办学从经验走向科学”的题目，后来的报告使用过“强化内涵建设提高计算机类专业办学水平”等题目。直到2014年3月8日，作者第一次完整地使用“专业办学从经验走向科学从粗放走向精细”的题目，在这个题目下，比较全面地阐述了作者当时对计算机类专业人才培养相关方面的探索和实践。2018年9月29日，作者最后一次使用这个题目，这一次因为时间有限，作者在题目的后面加了“几个关键问题的讨论”的限定。近来，作者对内容进行了精简和丰富，改用“强化内涵建设系统设计和实施人才培养方案”作为主要的交流题目。在上述过程中，很多人说: “听你的报告很多次了，每次都有新的东西。”这也从一个侧面表明作者对有关问题的不断思考、探索和实践，并且不

断地将自己探索与实践的新结果及时与大家分享的努力。

回头来看，从1992年到现在的近30年中，作者对许多问题的认识是逐渐变得清晰的（当然也很难说就是正确的，或者能够适合所有学校的情况）。作者自从2006年深度参与专业规范、专业人才培养标准、人才培养指导意见等的制定和我国工程教育专业认证工作以来，经过学习、探索和实践，很多内容越来越清晰。作者确信，以学生为中心（Student Centered，SC）、产出导向（Outcome Based Education，OBE）、持续改进（Continue Quality Improvement，CQI）的理念和做法在很多方面确实有值得借鉴之处。特别是《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》的颁布，在高校中逐渐形成并强化了人才培养的标准意识，使大家认识到专业人才的培养不再是粗放的、凭感觉的、凭经验的，而是有标准可依的。《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》准确地将工科本科人才的培养定位于解决复杂工程问题能力的培养上，以区别于专科生的培养。这些都大大地促进了人才培养从经验走向科学、从粗放走向精细，从而可以有效地促进人才培养的效率、质量和水平的提高。

2012年，党的十八大提出“推动高等教育内涵式发展”。2017年，党的十九大又提出“实现高等教育内涵式发展”。习近平总书记在2018年视察北京大学和在2021年视察清华大学时都强调: “党和国家事业发展对高等教育的需要，对科学知识和优秀人才的需要，比以往任何时候都更为迫切。”进一步明确了我国高等教育从外延式发展走向内涵式发展的必要性和紧迫性。提高质量、提高水平是我国高等教育发展的当务之急。目前，工科各个本科专业以一流专业和一流课程建设、拔尖创新人才培养以及工程教育专业认证等为抓手，积极推进教育教学改革。在这种情况下，努力探索和实践人才培养从经验走向科学、从粗放走向精细就显得更有必要了。作者将这些年的探索和实践经验及体会写出来，包

括如何建立标准意识、强化质量意识、更新教育教学观念，如何设计培养方案，如何选择和组织课程内容，如何通过研究型教学开展教学活动，等等，其中包括正确的做法和不正确的做法，甚至包括作者走过的弯路，这些都呈现在本书中，期望能起到抛砖引玉的作用，对读者有一定的参考价值。

人才培养从经验走向科学、从粗放走向精细，需要高校依据国家标准，从社会需求和自身的优势出发，科学地认识学科专业及人才培养，科学地设计人才培养方案，科学地实施教育教学，科学地进行教育教学产出的评价。因此，作者根据工科本科教育的国家标准，从明确工科本科教育最基本的定位开始，到作者承担多年的两门课程的教学设计结束，按照如下6章组织全书内容。

第1章讨论工科本科人才培养的基本要求。首先叙述计算机类专业的基本情况和工科本科教育的基本定位，然后简要介绍教学质量国家标准的相关要求、《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》中的培养规格以及工程教育专业认证的相关要求。

第2章从工科本科教育培养学生解决复杂工程问题能力的基本定位出发，按照计算机类专业人才培养的要求，以计算机类专业作为对象，详细讨论《中国工程教育专业认证标准》中的12条毕业要求的基本内涵，目的在于帮助读者理解工程教育面向复杂工程问题、面向全工程周期的基本内容。对每一条毕业要求进行讨论的基本框架如下: 首先，从整体上分析该条毕业要求的基本内容和作者的认识。然后，按照覆盖和可衡量的要求分析该条毕业要求的内涵并进行适当的解释。例如，之所以将“能够针对计算系统及其计算过程选择或建立适当的描述模型”作为第一条毕业要求“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”的第二点，其原因是“本专业类支撑学科的抽象（abstraction）和自动计算（automation）的基本特征确定了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，表示对象及其变化，具备与专业问题求解相适应的抽象思维能力，并建立包括逐步（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。”最后，给出至少两个版本的关于毕业要求的内涵表达案例，这些案例在覆盖和可衡量两个方面存在某些问题，作者期望相关专业在表达专业毕业要求的内涵时参考这些案例，以避免犯类似的错误。

第3章讨论复杂工程问题的特征及教学体现。首先对复杂工程问题的7个特征逐一进行讨论，分析相关的教学要求，尤其是从产出导向的角度学生应该达到的要求；然后详细讨论如何分解落实学生解决复杂工程问题能力的培养，包括按照培养学生解决复杂工程问题能力的需要进行理论课程和实践课程的内容设计、教学实践和教学结果评估。

第4章讨论培养方案的系统设计。41节强调必须更新人才培养理念，强化培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人的基本目标，强化培养人才的标准意识和质量意识。42节讨论《计算机类专业教学质量国家标准》和《中国工程教育专业认证标准》对合理的培养目标的要求，指出传统培养目标设计中的问题。43节讨论专业毕业要求的设计，包括专业毕业要求涉及的基本要求以及目前在专业毕业要求设计中存在的问题。44节讨论课程体系的构建，包括毕业要求支撑矩阵、毕业要求达成评价矩阵和课程体系的基本架构要求。作为本章的重点，45节讨论课程目标的设计，强调按照支撑毕业要求的达成设计课程目标、按照面向产出正确地表达课程目标，并且列举了6类比较常见的不恰当的课程目标的表述。

第5章讨论课程教学的落实。主要内容包括: 通过课程思政实现三全育人，构建良好生态环境，落实人才培养的基本目标；树立标准意识，强化质量意识，走

内涵式发展之路；科学施教，提升学生专业能力和科学意识；科学评测，保证评价的有效性。本章还具体给出作者的教学实例，期望能够使读者感受如何通过恰当地运用知识载体（问题及其求解）达到培养专业人才的基本能力和素质的目的。

第6章给出作者自走上大学讲台以来主讲的编译原理和形式语言与自动机理论两门课程的教学设计实例，具体包括课程简介、课程的地位和目标、课程内容及要求、教学环节与要求、教授方法与学习方法建议、学时分配、课程考试与成绩评定，也可以将其视为详细的教学大纲。

作者基于多年探索与实践形成了这些文字。限于作者的水平、见识和经历，这些内容更主要地是起到抛砖引玉的作用，供读者参考。期望读者从中吸取一些教训，少走弯路，能够更有效地培养更多更高质量、更高水平的社会主义建设者和接班人，点亮更多学生的智慧人生，更好地为满足国家和社会对高等教育的要求和对优秀人才的迫切需要，为中华民族的伟大复兴、为第二个百年目标的实现做出贡献。

蒋宗礼

2021年8月

第1章工科本科人才培养的基本要求 1

11计算机类专业基本情况3

12工科本科教育基本定位5

13教学质量国家标准相关要求6

131人才培养的新理念6

132准确定位的基本要求8

133人才培养基本规格8

134师资队伍9

135质量保障体系9

136知识体系10

137办出专业特色10

14《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》中的培养规格11

15工程教育专业认证相关要求14

第2章《中国工程教育专业认证标准》毕业要求内涵分析 17

21工程知识面与深度18

22工程开发问题分析23

23工程设计与开发26

24工程设计开发中的相关研究30

25技术、工具、资源的开发、选择和使用33

26关注工程对社会的影响37

27关注工程对环境和可持续发展的影响38

28职业道德和规范40

29团队合作与个人作用的发挥43

210针对工程问题的有效沟通与交流46

211工程管理与经济决策48

212终身学习与不断进步50

第3章复杂工程问题的特征及教学体现 53

31复杂工程问题的特征53

311必须运用深入的工程原理经过分析才可能解决55

312需求涉及多方面的技术、工程和其他因素，并可能相

互有一定冲突57

313需要通过建立合适的抽象模型才能解决，在建模过程

中需要体现出创造性58

314不是仅靠常用方法就可以完全解决的60

315问题中涉及的因素可能没有完全包含在专业标准和规

范中61

316问题相关各方利益不完全一致62

317具有较高的综合性，包含多个相互关联的子问题62

32解决复杂工程问题能力培养的分解落实64

321理论课程内容设计64

322理论课程教学实施66

323理论课程教学结果评价68

324实践课程内容设计70

325实践课程教学实施74

326实践课程教学结果评价75

第4章系统设计培养方案 77

41积极落实先进的人才培养理念78

42确定合理的培养目标83

43设计恰当的专业毕业要求87

44构建恰当的课程体系94

441 课程体系有效支撑专业毕业要求的达成94

442 课程体系的结构97

443与课程体系相适宜的教学偏重100

45恰当的课程目标设计103

451面向毕业要求的达成设计课程目标104

452以产出为导向表达课程目标106

453几种典型的不恰当课程目标112

第5章课程教学的落实 121

51课程思政，构建良好生态环境，落实人才培养的基本目标122

52树立标准意识，强化质量意识，走内涵式发展之路125

53科学施教，提升学生专业能力和科学意识126

54科学评价，保证评价的有效性140

第6章课程实例 145

61编译原理145

62形式语言与自动机理论164

附录A《计算机类专业教学质量国家标准》 179

附录B《中国工程教育专业认证标准》通用标准 189

附录C《中国工程教育专业认证标准》计算机类专业补充标准 195

附录D作者发表的主要相关论文 197

D1聚焦基本定位系统设计和实施学生能力的培养197

D2本科工科教育： 聚焦解决复杂工程问题能力的培养205

D3科学施教，提高高等教育大众化时期的教育效率和质量212

D4专业教育的科学化218

D5如何使专业办学从经验走向科学225

D6论计算机学科的形态与研究生培养的关系232

提高质量，提高水平正是高等教育发展的当务之急。目前，工科各个本科专业，以一流专业和一流课程建设、拔尖创新人才培养，以及工程教育专业认证等为抓手，积极推进教育教学改革。在这种情况下，努力探索和实践“人才培养从经验走向科学，从粗放走向精细”就显得更有必要了。作者将这些年的探索和实践体会和经验写出来，包括如何建立标准意识、强化质量意识、更新教育教学观念、设计培养方案、如何选择和组织课程内容、如何通过研究型教学开展教学活动等，正确的做法和不正确的做法，甚至包括作者自己走过的“弯路”，形成本书，期望能起到抛砖引玉的作用，能给读者一定的参考。

人才培养从经验走向科学，从粗放走向精细，需要依据标准，根据社会需求和自身的优势，科学地认识学科专业及人才培养、科学地设计人才培养方案、科学地实施教育教学、科学地进行教育教学产出的评价。因此，作者根据工科本科教育的国家标准，从明确工科本科教育最基本的定位开始，到承担多年的两门课程的教学设计结束，分6章进行讨论。适应专业负责人和广大教师在探讨一流专业建设、实施学生为中心、落实面向产出和持续改进三大理念，系统设计培养方案，选择、组织和实施课程教学，特别是如何分解落实专业毕业要求，分解落实学生解决复杂工程问题能力的培养中参考。

蒋宗礼，荣获国家级教学名师奖、CCF杰出教育奖，享受政府特殊津贴，入选国家万人计划领军人才，中国工程教育专业认证资深专家，国家精品课程、首批国家精品资源共享课和首批国家级一流建设专业、国家级教学团队负责人,主编国家规划教材6部、国家精品教材1部，主持研制《计算机类专业教学质量国家标准》等多部计算机类专业人才培养要求，出版《本科人才培养 从经验走向科学 从粗放走向精细》、《计算机科学与技术学科硕士研究生教育》教育专著作，主编《培养计算机类专业学生解决复杂工程问题的能力》等，获国家教学成果奖2项，省部级教学、科研奖励二十余项。曾获中国高校优秀青年学者、宝钢优秀教师、航天部优秀青年教师、首都劳动奖章、北京市师德榜样等荣誉称号。

历任教育部高等学校计算机科学与技术专业教学指导分委员会秘书长、教育部高等学校计算机类专业教学指导委员会副主任、全国高等学校计算机教育研究会正、副理事长，中国计算机学会教育专业委员会和教育工作委员会正、副主任，中国工程教育认证协会结论审议委员会、学术委员会、计算机类专业认证委员会委员。

面向本科生、硕士生、博士生主讲编译原理、形式语言与自动机理论、人工神经网络基础等课程。