新工科背景下的计算机类专业人才培养探讨
新工科背景下的計算機類
專業人才培養探討
馬禮，張永梅
北方工業大學計算機學院，北京 100144
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摘要：新工科順應社會和技術發展，對人才培養提出了新的挑戰。從構建計算機類專業人才培養的角度，對理論教學體系和實踐教學體系建設等方面進行了探討，在培養方案結構、課程內容、實習實訓以及校企聯合培養人才方面提出了新的觀點，為新工科環境下的信息類人才培養提供了一種借鑒方案。
關鍵詞：新工科；信息技術；教學體系
論文引用格式：
馬禮,?張永梅.?新工科背景下的計算機類專業人才培養探討. 大數據[J], 2018, 4(6): 46-53MA Li, ZHANG Yongmei.?Discussion on training program of computer majors under the background of emerging engineering education. Big data research[J], 2018, 4(6): 46-53
1 引言
技術進步與發展帶來了全新的教育需求。高等教育作為新思想、新理念、新技術的重要源頭，迎來了重要的發展機遇，同時也面臨著極大的挑戰。多學科交叉融合是新時代的重要特征，傳統人才培養模式迎來了迅速改變的外部環境挑戰。高等教育順應新的需求勢在必行。
為推進新工科建設，教育部先后主持開展了研究探討，形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”，并發布了一系列政策文件。在復旦大學會議中，專家共同探討了新工科的內涵特征、新工科建設與發展的路徑選擇，并達成了10點共識；在天津大學會議中，專家進一步認為，培養造就一大批多樣化、創新型的卓越工程科技人才，對于我國產業發展和為國際競爭提供智力和人才支撐而言，既是當務之急，又是長遠之策，會議形成了7條行動指南；在北京會議上，全面啟動、系統部署了新工科建設，形成了7條建設指南。3次重要會議循序漸進地完成了從研究探討、達成共識到行動指南，再到具體建議等過程，新工科建設全方位啟動。2018年10月，教育部、工業和信息化部、中國工程院聯合發布 《關于加快建設發展新工科實施卓越工程師教育培養計劃2.0的意見》，進一步將新工科建設提到了新的高度。
作為人才培養的重要場所，高等學校重任在肩。一些高校畢業生存在學用脫節的問題，應加快培養適應和引領新一輪科技革命和產業變革的卓越工程科技人才，打造世界工程創新中心和人才高地，提升國家實力和國際競爭力。大學培養體制和機制應當發揮重要作用，最近很多文章對新工科環境下的不同方面進行了闡述。本文從信息技術人才培養的角度，探討新工科人才培養中的幾個關注點。
我國高校有鮮明的特點，人才培養要服從和服務于國家經濟建設發展。辦好教育要結合管理部門的引導和辦學主體的主觀能動性，合力才能卓越。
2 教育管理部門引導的重要性
我國高校總數92%的學校設置了工科專業，新工科背景下的人才培養是在傳統人才培養體制的基礎上創新部分內容，以繼承和發揚相結合的方式開展和進行。在此過程中，教育管理部門起著特別重要的作用。
我國現階段的高等教育主體是公立學校，教育部成立的教學指導委員會等機構的引導對學校的辦學方向和辦學能力提升起著重要的作用。在管理部門引導和教學指導委員會的指導下，辦學主體根據自身特點和辦學特色，積極開展人才培養工作。
新事物必然存在很多需要進一步研究和探討的內容，需要教育管理部門和研究部門引導。從教學改革和研究的角度，應開放一些改革研究項目，鼓勵辦學主體在新工科建設中進行深入探討和研究。傳統工科人才培養模式存在的教學內容和方式不適應新的經濟發展的問題必須得到根本性扭轉，以適應新的人才需求。
2018年8月 ，華為技術有限公司 與中國軟件行業協會 、信息技術新工科產學研聯盟三方聯合發布 《中國ICT人才生態白皮書》，其中一個主要觀點是“新興技術領域持續引領ICT生態，人才缺口的70 %將集中在新興應用領域，技術型人才正在與應用業務型人才相互協同融合”。企業對高校畢業生提出了更高、更綜合的能力要求，不僅需要畢業生技術基礎好，同時也希望其有更好的項目交流和溝通能力，以提升項目開發和團隊合作的能力。這些問題都是新工科背景下對人才提出的新要求。高等學校長期習慣于根據學科和專業特點開展專業教育和實踐，對社會需求，特別是高新技術需求的具體問題關注不足，而企業也難以在具體人才使用層面與學校進行有效的溝通。這就要求辦學主體深入社會需求，調研和分析用人狀況，發揮主觀能動性，主動將人才培養與經濟社會發展結合。
3 新工科人才培養架構
學校是立德樹人的場所，人才培養是第一要務。在多年的辦學實踐中，學校培養人才的模式和做法是很有優勢的。在主管部門和各類教學指導機構的指導下，學校能夠充分發揮其優勢。新工科環境下的人才培養與傳統的人才培養的內涵有很多不同，但人才培養的初心和目的不變，應構建合理的理論教學體系和實踐體系。
新時代的人才培養出現了與以往教育不同的許多新情況和新問題。例如在學校培養期間，實習實訓的環節出現了弱化情況，主要原因是學生數量多，企業接收能力有限。如果實習環節不清晰、安排不妥當，企業就無法接收學生實習，從而使學生在畢業后上崗工作時缺少實踐經驗，不能順利開展實質的技術開發工作。從學生層面來說，為了做好本科畢業后的選擇，在大四時出現了一些新情況。為了找工作、考研、出國等不同目的，在大四一年，特別是在大四第一學期，學生學習精力集中度迅速分化，專業選修課的開設效果不好，學生到課率、學習效果參差不齊。
面對新情況、新問題，在理論和實踐層面需要通過新舉措和新做法解決問題，具體如下。
3.1 理論教學體系
信息技術是新工科的核心內容之一，新工科環境下學科交叉幾乎離不開信息技術，這對傳統計算機科學與技術專業提出了新的挑戰。在新工科背景下，新興的數據科學與大數據技術、人工智能等專業與傳統的計算機專業出現了很多交叉。計算機專業是這些新專業的基礎，同時這些新專業又有新的內涵。以人工智能為例，目前教育部還沒有正式批準命名“人工智能”本科專業，以前的“智能科學與技術”與“人工智能”是否有區別、如何做好新專業的人才培養，還需要深入探討和研究，并逐漸付諸實施。但毫無疑問，新專業一定具有新內涵，一定是多個學科的交叉。通過長期辦學實踐形成的計算機科學與技術專業人才培養方案，需要體現新的內涵。新專業則從學科交叉的角度，體現了新工科背景下對人才的知識和能力的需求。
以計算機專業為例，其骨干課程包括程序設計技術、計算機組成原理、數據結構、操作系統、編譯原理、計算機網絡、離散數學、軟件工程等，傳統教學過程中沿用的內容設置，特別是實踐環節與目前的計算技術發展嚴重脫節，這個脫節問題一方面使教學內容陳舊，無法反映技術發展的最新方向和趨勢；另一方面，內容陳舊影響了學生學習的積極性。為順應新工科發展，這些問題的解決需要在實際教學中加大改革力度。培養方案中涉及的課程，其核心內容不變，需要改進的是反映技術發展的前沿部分，特別是創新提升部分及與新工科發展相適應的部分。例如在計算機系統類課程中增加與實際計算機系統發展相對應的知識及解決方案，如多核和眾核結構、指令系統體系結構等。為了適應人工智能、機器學習、深度學習等新興應用， CPU設計和指令結構可能需要專用設計，以提升效能，如利用人工智能、深度學習等方法。為了滿足新需求，給學生以啟發和思考，應增加專用CPU設計、指令設計等方面的課時，這對開拓學生視野和興趣具有重要作用。這些具體能力點的引入和介紹，使學生通過課程學習，在掌握計算機系統基本原理的同時，也能夠理解計算機系統的發展方向，了解計算機系統為適應新工科發展而提供的系統功能。更重要的是，激發學生設計高效指令的興趣，為日后的創新發展打下基礎。
信息系統發展迅速，各種新技術、新應用十分活躍，不論在硬件層面還是在軟件層面，都為豐富課程內容提供了極好的背景。不同的課程在內容設置中，都有體現新技術發展的空間。在課程實施中，不需要為學生詳細講述這些技術的原理和實現過程，可以提出思路，供學生課下思考和自學。其他課程也有類似問題，在此不一一贅述。
3.2 實踐教學體系
在新工科環境下，理論教學可改進，而實踐環節在培養高級工程人才的目標下顯得更為重要，這也是新工科發展重點關注和努力追求的目標。經過多年的研究和實踐，各專業建設點已經建立了相對完善的教學培養體系，在加強與企業合作、著力培養實踐動手能力方面做了有益的探索和實踐。高校也將校企合作納入教學體系，通過企業實訓強化學生的實際動手能力，并取得了顯著成效。通過培養體系的系統訓練，學生在專業素質、工程能力和就業質量方面得到了很大提高。
3.2.1 實踐體系構建思路
在專業培養方案中，實踐環節是工科專業普遍重視的，以計算機專業為例，實踐思路尤其重要。該專業實踐環節多、實際能力需求迫切，相對來說也容易實現，因此，開辦計算機專業的學校很多，截至2017年年底，全國計算機科學與技術專業辦學點有800多個。各辦學單位的具體做法不盡相同，但是普遍認為需要強化實踐環節［3］。通過多年來的辦學實踐，新工科環境下需要采取的基本思路是：校企聯合構建實訓教學體系、打造實踐教學基地。在這種思路的基礎上，開展實踐環節的深化研究，有針對性地與IT界優秀企業合作，在實踐性強的教學環節引入企業計劃，盡可能地提供學生在企業實訓的機會，為提高其動手能力提供培養環境 。
3.2.2 實踐體系構建方法
本科培養方案是高層次人才培養最重要的基礎，培養目標和定位首先要體現在培養方案中。制定好培養方案是做好其他工作的基本保障，因此，首先要在充分論證的基礎上，逐步迭代和優化培養方案。以學生成長為中心，構建面向產出的內部質量評價機制。為了突出特色，在制定培養方案時，重點考慮強化實踐環節。通過多年的培養實踐，一些做法可供探討。
（1）優化培養方案、構建實訓教學體系
各個學校做法不盡相同，但基本4~5年就要進行一些培養方案的修訂，筆者學校最近的一次修訂工作在2015年，其重點是根據社會需求和技術發展，突出工程性和應用性，注重培養學生的實踐動手能力。經過反復調研，多次討論，形成了符合筆者學校辦學定位的培養方案。具體包括以下3個方面。
第一，以專業核心能力為目標健全課程體系。將計算機類專業核心專業課程（如數據結構、計算機組成原理、操作系統、網絡技術、數據庫技術等）設置成基礎理論、應用技術、技能訓練3級層次，并對應于必修課、選修課、專題訓練3個相互銜接遞進的教學環節，形成清晰的課程體系。
在基本知識結構構建好的基礎上，要讓學生具備解決具體工程問題所需的自然科學知識和工程實踐基礎，之后進一步培養學生利用掌握的知識進行工程設計和實踐的能力。具體做法是以提高學生工程設計能力為目標，以具有良好編程能力為抓手，突出程序設計和分析能力，將其思路貫穿于整個教學過程中。將問題描述、模型構建、程序設計與實現等過程嵌入具體的相關課程，如數據結構、算法設計、軟件工程等，每個學期都安排程序設計環節，培養學生的動手能力，做到學生大學4年編程不斷線。
第二，因材施教，分類培養。由近年來畢業生的實際情況可知，學生畢業后主要有進一步研究、出國深造、直接就業創業等幾個發展路徑。因此，在培養計劃中就要根據不同人群的實際需求做出適合他們的計劃，但要確保滿足畢業要求和培養目標。為了達到這樣的目標，可以根據情況調整培養方案中的教學計劃，例如從第七學期開始安排分流課程，將課程安排為兩個方向。第一個方向為繼續學習模塊，為有意報考研究生的學生提供相對充足的時間精心準備考研，開設一門對于今后繼續深造更有作用的選修課程，如人工智能、大數據技術等課程。在學習這些拓展選修課的同時，學生可以抽出時間集中精力復習考研需要的課程。第二個方向為就業模塊，開設實踐性強的企業實習實訓課程，與實踐基地、協議企業等直接對接，讓選擇這部分課程的學生在企業內加入實際項目團隊，解決學生就業前的實踐能力強化問題。筆者學校的做法是專門開出兩個階段的實踐教學環節，一個是崗位實習，另一個是項目管理實踐。這些課程以實踐為主，崗位實習的學生需要用企業實際環境進行設計和開發，從實際項目出發進行具體的系統設計與開發等；在項目管理實踐環節要為學生介紹業界流行的軟件平臺以及運用的主要技術，然后布置結合實際的小型項目，提高學生利用所學知識設計具體項目的能力。
第三，面向產出，確立不同的出口形式。在培養方案中，借鑒面向產出的人才培養模式，改革與理論教學體系相配套的獨立的實驗環節，在保證課程內容實驗的同時，將實驗科目向培養軟件工程師、網絡工程師、測試工程師的目標聚合，加強培養方案中實踐教學環節目標的整體性。具體做法是，將“3個工程師”實訓體系課程對照本科生培養計劃制定成實訓項目，利用必修課、選修課、課程設計、學術工程實踐、畢業設計等實踐環節進行實訓。學生做實驗就相當于參加實訓項目。這樣既保證了課程內容的掌握，又保證了實訓項目內容的掌握，且沒有增加學生的額外負擔，大部分學生可達到“3個工程師”最基本的要求。當然，要培養合格的軟件工程師、網絡工程師、測試工程師，實訓體系課程的一些拓展內容還需要向課外延伸，利用開放試驗、第二課堂、課余時間以及暑期進行專門實訓，并制定了嚴格的考核方案。針對不同的目標，制定了長期、中期、短期40多個實施培養方案，以供不同需求和階段的學生使用。
（2）建立實踐教學基地，保障實訓體系實施
新工科要求培養的學生有突出的實踐落地能力，這種能力的培養需要依托學校和企業的緊密合作，從企業實際需求的角度，落實有實際意義的項目訓練。為了落實實踐能力培養的環境和條件，辦學主體積極開展工作，多方組織和聯系相關IT企業，構建校企合作的實踐教學基地。中國軟件行業協會牽頭成立的信息技術新工科聯盟就是很好的平臺，聯盟聯合了華為技術有限公司、百度在線網絡技術（北京）有限公司、騰訊科技（北京）有限公司、阿里云計算有限公司、京東集團、中軟國際有限公司、國際商業機器（中國）有限公司（IBM）、微軟亞洲研究院、東軟集團（大連）有限公司、萬達信息股份有限公司、山東眾陽軟件有限公司等企業，這些企業與院校之間可以建立緊密的合作關系，簽訂校企實訓基地協議，為新工科人才培養提供企業實訓環境。
共建基地必須有學校和企業雙方參與。形式上可以有校內和校外兩類，即校內實踐基地和校外實訓基地。在校內與各教學單位實驗教學中心結合，建成功能完善的實驗環境，包括實習專用實驗室。根據企業特長，結合實習內容構建不同功能的實訓室，例如軟件開發實訓室、硬件設計與開發室、網絡與信息安全實訓室等。在校外，可以與新工科聯盟企業結合，將實訓基地設在企業內部，由學校和企業簽署校企合作協議，開展實質性的校企合作，這些企業每年為學校提供一定的實訓容量。企業實訓具體分為兩部分，前期采用集中培訓的方式，為學生開設Python、Java等開發平臺和數據環境，進行知識的強化訓練。經過強化后，合格的學生進行企業崗位實習，直接安排其開展具體項目。經過后期實訓的學生，在畢業設計階段可以根據意愿到企業進入試用和實習階段。
（3）采用項目實戰教學，提高實際動手能力
實訓體系主要由一系列實訓項目構成。依據相關專業知識體系，配合大學4年的學習進程，并考慮到行業主要崗位的技能要求，給出一系列循序漸進的實訓項目，每一個實訓項目涵蓋新工科交叉的若干知識點，有針對性地訓練某方面技能。通過這些項目，學生可得到較為系統和全面的專業訓練。以案例教學和企業運作過程（軟件生產和開發過程）的模擬或真實項目為背景進行教學設計和實施，以團隊模式，循序漸進地完成多個項目的開發過程，達到工程應用能力的提高。前幾年筆者單位開展的實際項目（基礎訓練、專題訓練、綜合訓練等）已達50多個，參加過實習實訓項目培訓的共計6屆學生，取得了良好的效果。以上的實際工作現場不僅是培養學生專業技能的實戰場所，也是培養學生社會責任心、職業道德、誠信品質、團隊精神的實訓環境，更是學生走向就業、走向社會的最佳途經。
（4）構建能力評價體系，開發實習實訓評價系統
對學生實訓能力的評估采用過程評估和項目評估結合的方式。過程評估標準采用4個評估維度，包含直接評估指標和間接評估指標。4個評估維度包括每周任務完成程度、學習態度、知識掌握程度、綜合印象。項目評估采用機器評估的方式，為此開發了一套實習實訓評價系統。借助該軟件系統，可對學生提交的程序進行自動測試和代碼比對，可防止學生提交他人的代碼。該平臺還包括在線能力測試和答疑等功能。
（5）與社會相關機構聯合，建立就業快速通道
多年的實踐表明，高質量的就業除了學生自身素質和能力的提高之外，還需要有較好的就業渠道，為此筆者單位與合作企業建立了良好的就業推薦制度，為學生高質量就業提供了快速通道；注重合作企業的綜合能力，由企業人力資源部門為學生就業提供快速指導，獲得了滿意的效果。目前新工科聯盟也有專門進行人力資源規劃的企業，高校與這類企業構建良好的合作關系，可以與用人單位建立合理的人才輸送渠道。企業往往更喜歡接收人力資源規劃企業推薦的學生，因為這類學生更具有針對性的專長和能力。通過校企合作，學生進入基地參加實訓無需支付任何費用，合格學生可由公司推薦直接進入其關聯企業，從而實現了實訓與就業的一體化，避免了學生求職的盲目性，降低了就業成本。與面向單一企業的訂單式培養模式比較，這種模式更具有靈活性和適應性，也更利于人才的自身發展。
4 新工科發展愿景
新工科是工程教育發展到一定階段的必然結果，給傳統教學帶來了挑戰。人才培養需要有觀念上的轉變，必須樹立面向產出的人才培養觀念，將傳統的重視“教”的模式調整為重視“學”的模式，評價標準也要以通過培養是否提高了學生的能力為依據。通過高等學校新工科人才的培養，提高學生的科技創新意識和能力，使學生確確實實地在大學階段鍛煉“能力”，而不僅僅是掌握知識。以高等學校為主的人才培養機構，只有為社會提供有“能力”的人才，才算是實現了人才培養目標，才算是為國家強盛、民族復興貢獻了力量。
The authors have declared that no competing interests exist.?
作者已聲明無競爭性利益關系。?
作者簡介
馬禮（1968-），男，北方工業大學計算機學院教授，主要研究方向為物聯網、大數據處理、計算機系統結構等。
張永梅（1967-），女，北方工業大學計算機學院教授，主要研究方向為人工智能、圖像處理等。
《大數據》期刊
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的新工科背景下的计算机类专业人才培养探讨的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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