計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生系統(tǒng)能力培養(yǎng)研究

重慶理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 張金榮 黃賢英 楊宏雨 劉恒洋

重慶理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)1999年經(jīng)教育部批準(zhǔn)設(shè)立，2008年，“計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)主干課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)”被評(píng)為重慶市優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)。2010年，被評(píng)為國(guó)家級(jí)特色專業(yè)。2011年，計(jì)算機(jī)類專業(yè)分層分類人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)建成為重慶市人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)。2011年，實(shí)施校級(jí)“卓越工程師”教育培養(yǎng)計(jì)劃，按照工程認(rèn)證要求修訂人才培養(yǎng)方案和大綱。2014年成為重慶市“三特行動(dòng)計(jì)劃”特色專業(yè)。

專業(yè)定位：把本專業(yè)建設(shè)成西部一流、具有較強(qiáng)區(qū)域性示范輻射作用和廣泛影響的特色品牌專業(yè)，為地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)和國(guó)際視野的高素質(zhì)工程應(yīng)用型人才。

一、專業(yè)發(fā)展的瓶頸

隨著IT 產(chǎn)業(yè)成為重慶市第一支柱產(chǎn)業(yè)，本專業(yè)圍繞重慶地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的需要，與國(guó)內(nèi)外IT 企業(yè)和各類具有信息技術(shù)需求的企業(yè)、政府相關(guān)部門緊密合作，不斷完善和優(yōu)化人才培養(yǎng)模式和人才培養(yǎng)方案，使本專業(yè)在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域，特別是在移動(dòng)互聯(lián)、大數(shù)據(jù)和智能感知等方向上具有一定特色和優(yōu)勢(shì)，但發(fā)展也面臨一些瓶頸。

最近幾年，計(jì)算機(jī)專業(yè)辦學(xué)同質(zhì)化問(wèn)題比較突出，缺乏特色。全國(guó)90%以上的高校都設(shè)置了計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，培養(yǎng)方案大同小異，作為一所地方普通高校，辦出自身的特色成為困擾專業(yè)發(fā)展的一個(gè)大問(wèn)題。

因此，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)方案已經(jīng)不能適應(yīng)潮流的發(fā)展，不應(yīng)再著眼于計(jì)算機(jī)技術(shù)的某個(gè)點(diǎn)，如軟件開發(fā)，或者是移動(dòng)開發(fā)技術(shù)，而是強(qiáng)調(diào)整體的、系統(tǒng)的原理與架構(gòu)。必須構(gòu)造能夠使學(xué)生站在系統(tǒng)的高度進(jìn)行軟硬件系統(tǒng)集成和認(rèn)知的人才培養(yǎng)模式和方案。

計(jì)算機(jī)專業(yè)由計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展為計(jì)算機(jī)、通信和控制的融合性技術(shù)，將來(lái)必然是計(jì)算機(jī)控制下的物聯(lián)世界，是大數(shù)據(jù)和移動(dòng)計(jì)算的智能互聯(lián)。計(jì)算機(jī)科學(xué)主要研究的應(yīng)該是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各個(gè)不同抽象層的實(shí)現(xiàn)及其相互轉(zhuǎn)換的機(jī)制，故如何提高計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力是我們急需要解決的一個(gè)問(wèn)題。

二、系統(tǒng)能力培養(yǎng)的基本思路

目前本專業(yè)的培養(yǎng)方案中，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)分為嵌入式系統(tǒng)和應(yīng)用軟件開發(fā)兩個(gè)方向，人為地割裂了軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)能力培養(yǎng)，也阻斷了計(jì)算思維和計(jì)算機(jī)思維的發(fā)展，最終使得學(xué)生在創(chuàng)新創(chuàng)造能力上有局限。

基本思路為：計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的系統(tǒng)能力核心是在掌握計(jì)算系統(tǒng)基本原理基礎(chǔ)上，熟悉如何進(jìn)一步開發(fā)構(gòu)建以計(jì)算技術(shù)為核心的應(yīng)用系統(tǒng)，創(chuàng)新型應(yīng)用計(jì)算機(jī)人才的培養(yǎng)應(yīng)該在系統(tǒng)綜合能力上形成系統(tǒng)觀，因此，把系統(tǒng)能力的培養(yǎng)放在首要位置，不再區(qū)分軟件方向和硬件方向。圖1給出了系統(tǒng)觀培養(yǎng)的關(guān)系示意圖。

圖1 計(jì)算機(jī)專業(yè)系統(tǒng)觀的培養(yǎng)

培養(yǎng)系統(tǒng)地掌握計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論與基本技能、具有較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)理解和分析能力、能夠承擔(dān)軟硬件系統(tǒng)開發(fā)和管理工作的、具有高度社會(huì)責(zé)任心和國(guó)際化視野的、個(gè)性與人格健全的創(chuàng)新型計(jì)算機(jī)應(yīng)用人才。

三、系統(tǒng)觀培養(yǎng)的主要措施

系統(tǒng)觀的培養(yǎng)是計(jì)算機(jī)專業(yè)教育過(guò)程中，解決諸如“計(jì)算機(jī)本科專業(yè)學(xué)生硬件的設(shè)計(jì)能力不如電子工程專業(yè)、行業(yè)軟件開發(fā)以及應(yīng)用能力等不如其他相關(guān)專業(yè)學(xué)生、而且數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)又不如數(shù)學(xué)系”等專業(yè)重疊和邊緣化問(wèn)題的重要突破點(diǎn)，也是解決計(jì)算機(jī)思維缺乏這個(gè)短板的關(guān)鍵。只有具有了系統(tǒng)觀，站在系統(tǒng)的高度考慮和解決問(wèn)題，學(xué)生才能在創(chuàng)新創(chuàng)造能力上有所展現(xiàn)。

1.要培養(yǎng)具有系統(tǒng)觀能力的人才，首先我們必須進(jìn)行系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)，通盤考量，實(shí)施綜合改革。

實(shí)施過(guò)程中，必須注意要繼承經(jīng)實(shí)踐證明是優(yōu)良的東西，例如，“卓越工程師”和“國(guó)家特色專業(yè)”兩大主題，然后才是在此基礎(chǔ)上的教學(xué)內(nèi)容改革、教學(xué)形式改革、教學(xué)環(huán)節(jié)改革等發(fā)展創(chuàng)新的東西，各個(gè)部分是一個(gè)有機(jī)整體，不能片面也不能割裂。

2.在吸收國(guó)家級(jí)特色專業(yè)建設(shè)、卓越工程師建設(shè)的成果基礎(chǔ)上，構(gòu)建面向產(chǎn)業(yè)需求的“系統(tǒng)+應(yīng)用”課程體系。

高素質(zhì)應(yīng)用型人才要有一定的知識(shí)廣度和深度，二者之間要平衡。我校計(jì)算機(jī)專業(yè)畢業(yè)的學(xué)生以后主要從事計(jì)算機(jī)軟件、硬件的開發(fā)以及應(yīng)用研究工作。因此，在了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，除了必修的數(shù)學(xué)、外語(yǔ)等公共基礎(chǔ)課外，要保證計(jì)算機(jī)組成原理、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)原理、編譯原理等以傳授知識(shí)為目的的學(xué)科核心課程的一定學(xué)時(shí)的基礎(chǔ)上，還需要更多注重系統(tǒng)（軟硬件）的理解和認(rèn)識(shí)。

3.系統(tǒng)能力基于計(jì)算機(jī)思維，計(jì)算機(jī)思維要求首先掌握計(jì)算思維。對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，計(jì)算思維必需，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，要“知其然并知其所以然”，必須用計(jì)算機(jī)思維分析和解決問(wèn)題。

計(jì)算思維是從計(jì)算機(jī)學(xué)科中提煉出來(lái)的一種“普適”思維方式，是抽象的邏輯解決問(wèn)題的方法，可以面向所有人、所有領(lǐng)域，可以無(wú)需深入了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)思維是從計(jì)算機(jī)角度出發(fā)來(lái)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的方法，是針對(duì)計(jì)算機(jī)的具體方式，取決于對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有多了解，“知其然并知其所以然”。例如，x*x，從計(jì)算思維的維度看，應(yīng)該是大于等于0 的，但從計(jì)算機(jī)的角度看，可能小于0。再如，從計(jì)算機(jī)思維看，(x+y)+z不一定等于x+(y+z)。

一是按計(jì)算思維表述體系的某些知識(shí)點(diǎn)串成主線來(lái)編寫教材，按此講解培訓(xùn)，過(guò)程中計(jì)算機(jī)應(yīng)用作配角，計(jì)算機(jī)課程教學(xué)圍繞著計(jì)算思維能力培養(yǎng)的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)。

二是計(jì)算思維表述體系中的某些知識(shí)點(diǎn)按計(jì)算機(jī)相應(yīng)課程自身的教學(xué)需要進(jìn)行重組，在實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)面向應(yīng)用能力教學(xué)的過(guò)程中，潛移默化地實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維培養(yǎng)的目標(biāo)。在此過(guò)程中計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力教學(xué)為主體。

三是按計(jì)算機(jī)相應(yīng)課程本身規(guī)律教學(xué)，讓學(xué)生領(lǐng)略計(jì)算機(jī)思維的風(fēng)采，從而也達(dá)到了培養(yǎng)計(jì)算機(jī)思維能力的目的。

4.實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能力培養(yǎng)，強(qiáng)化各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的原理性認(rèn)知和貫通性案例式教學(xué)是關(guān)鍵，強(qiáng)化工程訓(xùn)練是根本。

將四年的本科教育分為三個(gè)階段。第一階段進(jìn)行公共基礎(chǔ)教育和學(xué)科基礎(chǔ)教育，累計(jì)約2年時(shí)間；第二階段進(jìn)行專業(yè)教育和特色教育，進(jìn)行工程能力和工程素質(zhì)提升，累計(jì)約1年時(shí)間，通過(guò)工程案例訓(xùn)練與實(shí)踐、由學(xué)校模擬企業(yè)環(huán)境完成，校內(nèi)培養(yǎng)，企業(yè)參與；第三階段進(jìn)行專業(yè)拓展教育，工程實(shí)踐，校企聯(lián)合培養(yǎng)，累計(jì)約1年時(shí)間，企業(yè)提供實(shí)習(xí)環(huán)境和工程項(xiàng)目，以項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)為主,在崗實(shí)習(xí)，并完成畢業(yè)設(shè)計(jì)和論文。

5.建設(shè)面向系統(tǒng)能力培養(yǎng)的學(xué)科綜合實(shí)踐平臺(tái)，全方位提升多類型、多層次的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)型實(shí)踐教學(xué)體系。

該平臺(tái)推行模塊式、組合式、系列化課程方案，本著開放共享、可擴(kuò)展、先原則，整合學(xué)科內(nèi)各項(xiàng)教學(xué)資源，重點(diǎn)建設(shè)與課程體系相匹配的的教學(xué)案例庫(kù)。特別是在 “機(jī)器人”（特定應(yīng)用領(lǐng)域的軟硬件工程方法）和“移動(dòng)互聯(lián)”（新一代計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)）兩個(gè)面向應(yīng)用的領(lǐng)域上著重進(jìn)行打造錘煉，形成兩個(gè)分別以硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)應(yīng)用為主的綜合應(yīng)用型案例群。

在機(jī)器人領(lǐng)域，可以拓展派生出諸如機(jī)器人驅(qū)動(dòng)控制、傳感器應(yīng)用、視覺(jué)識(shí)別等應(yīng)用方向；而在移動(dòng)互聯(lián)領(lǐng)域，可以拓展派生出諸如網(wǎng)絡(luò)工程、通信原理、計(jì)算機(jī)開發(fā)語(yǔ)言、移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)（如iPhone 和Android）等方向。圍繞這兩個(gè)領(lǐng)域形成兩個(gè)大型可操作性案例。這些領(lǐng)域或方向技術(shù)性強(qiáng)、實(shí)用性高，完全能夠滿足“厚基礎(chǔ)寬口徑”的要求。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)人才培養(yǎng)模式和課程體系等方面地提升，有效提高計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)思維能力，從系統(tǒng)觀出發(fā)，有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)層面的認(rèn)知和各種能力，借助實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，在教師的指導(dǎo)下完成項(xiàng)目，有自主思想，能夠針對(duì)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行思維拓展，使得學(xué)生能夠站在系統(tǒng)的高度考慮和解決問(wèn)題。這樣才能夠培養(yǎng)出具有系統(tǒng)觀的軟、硬件貫通的以及能夠舉一反三的創(chuàng)新型人才。