計算機學科科學與工程復合人才培養模型探索

摘要：針對計算機學科發展和IT產業發展融合度日益緊密的趨勢，深入分析計算機學科研究生教育的特點和產學需求，提出計算機學科科學與工程復合人才培養模型。

關鍵詞：產學融合；科學素養；工程素養；人才培養模型；復合培養

0、引言

較長時間以來，高校計算機科學與技術學科研究生教育存在以專業理論知識傳授為核心，重理論輕實踐、重學術輕工程的現象，引發了理論與實踐、學科教學與行業發展、學術研究與產業化需求、學科知識體系與行業能力需求的脫節，畢業生進入IT企業后出現了工程能力弱、創新能力不足等各類問題。這既無法滿足IT行業的人才需求，更與時下計算機學科產學融合的發展趨勢不相符合。

為了解決上述問題，目前有一種“兩段式”的培養模式較為常見。“兩段式”培養模式是指前半程集中課程教學，完成專業理論知識傳授；后半程在科研實踐中開展課題研究并完成學位論文。這種“兩段式”培養模式可以在一定程度上提升學生的工程能力；但是，由于前半程課程教學和后半程課題實踐關聯性不大，不足以消除學科教學與行業發展間的差異，無法提升計算機學科研究生科學素養和工程素養。

為此，自2008年起，針對計算機學科發展和IT產業發展融合度日益緊密的趨勢，福州大學數學與計算機科學學院深入研究國內外一流高校計算機學科研究生培養的特點，以教育部計算機教學指導委員會計算機專業教學分委員會的計算機科學與技術《戰略研究報告》和《專業規范》中提出的計算機學科人才分類培養這一核心觀點為導向，結合自身計算機學科研究生人才的培養情況，適時提出IT人才科學與工程素養復合培養模型，并在一定范圍內開展了試點和推廣工作，效果良好。

1、科學與工程素養復合培養模型的內涵

IT人才科學與工程素養復合培養模型以工程研究型人才為培養主體，以完備的計算機學科知識體系為培養基礎，依托產學融合的集成化培養平臺，通過學術研究和產業需求的實質性結合，搭建計算機學科理論、專業知識和工程實踐、技術開發和工程創新之間的橋梁；開展產業需求驅動下的教學和科研活動，對研究生進行研究能力和工程能力的復合式培養，全面拓展研究生的科研思維和工程創新思維，最終實現學術和工程的知識復合、思維復合和能力復合。

1.1 人才培養的總體目標

計算機學科科學與工程復合培養直接面向信息產業工程領域，以促進信息產業跨越式發展為目標，培養掌握IT產業發展脈絡和趨勢，善于發掘信息產業前瞻性問題、共性問題和核心問題，并能夠獨立地展開創新性研究工作的高層次復合人才。

1.2 計算機學科科學與工程復合人才能力架構要求

由前述人才培養目標可知，IT產業所需的高層次復合人才不僅需要以堅實的計算機學科理論和寬泛的專業知識作為專業支撐，還需要同時兼具出色的工程素養和前瞻性的工程思維，兩者缺一不可。為此，計算機學科科學與工程復合人才在學科知識結構、科學能力和工程能力結構層面均有其特殊性。

在學科知識結構方面，要求具有扎實的學科基礎理論知識，較深厚的學科專業理論知識和寬口徑的學科工程應用知識；有較高的外語水平及掌握國外信息的能力，善于跟蹤國際前沿知識。

在科學能力結構方面，要求具有較強的邏輯思維能力和判斷能力；善于發現和提煉科學問題，有較強的科技鑒別能力。科研定向能力和科研創新能力，對新知識具有較強的敏銳性。

在工程能力結構方面，要求具有較強的學科知識運用能力和實踐能力，善于發現和分析工程問題并將工程問題與學科知識關聯，能嫻熟地運用學科理論知識進行工程應用和工程創新，解決工程問題。

2、科學與工程素養復合培養模型的基本框架

以計算機學科研究生工程素養的不足為切入點，計算機學科科學與工程素養復合培養模型順應產學融合的趨勢，以實現高層次IT復合人才為目標，在培養理念、培養目標、培養過程等方面展開了初步的探索。

2.1 培養理念復合化

反思目前計算機學科研究生教育存在的重學術輕工程等不足，計算機學科科學與工程素養復合培養需要建立邏輯認知上逐層遞進的培養理念，如圖l所示。其核心是以科學與工程素養并重為本，以理論和實踐知識的復合為基礎，以研究和開發能力的復合為提升，以學術和工程思維復合為升華。

（1）理論和實踐知識復合的理念。計算機學科是一門實踐學科，理論知識的理解和內化均應該在工程實踐的過程中完成。因此，理論和實踐知識復合的理念包含兩層意思：一是從學生的角度來說，在理論學習階段參加工程實踐是激發理論知識內化的重要途徑；二是從教學活動的角度來說，知識的傳授活動應該和工程實踐緊密關聯，相輔相成。

（2）研究和開發能力復合的理念。計算機學科同時是一門應用學科，理論研究的成果均應該在產業化的過程中得到驗證、優化和應用。研究和開發能力復合的理念包含兩層意思：一是從學術活動的角度來看，學術研究應該密切關注產業化需求的前瞻性問題，來源于產業化需求，又超前于產業化需求；二是從學生的角度來看，在從事學術活動的時候，不能僅僅停留在理論研究階段，還應該重視研究的開發實現。

（3）學術和工程思維復合的理念。研究生教育是創新教育，包括創新意識的培育和創新能力的激發，其本質是思維的創新。產學融合趨勢下，這種思維包含了學術思維和工程思維，因此，學術和工程思維復合是理論和實踐知識復合、研究和開發能力復合的必然結果。

2.2 培養目標層次化

以科學與工程素養并重的培養理念為準則，計算機學科的人才培養目標分為3個遞進的層次，如圖2所示。最基礎的層次為學科專業知識內化，目的是培養研究生的學術素養；進階層次為理論知識的工程應用，目的是培養研究生的工程能力；最高階的層次為學科知識的創新，以產業需求驅動學術創新，以學術創新推動工程創新，以工程創新帶動產業提升，目的是同步提升研究生的科學和工程素養。

2.3 培養活動層遞化

目前常見的“兩階段”培養模式中工程培養和科學培養是分離的，分離的培養活動最直接的影響是培養環節的脫節。事實上，計算機學科研究生科學素養和工程素養的培養和提升應該是交織進行，相互促進，同步提升，并且貫穿研究生培養過程始終。計算機學科科學與工程素養復合培養模型特別設計了工程需求驅動下的“講授一工程關聯一模擬實踐”三位一體的教學活動、專業知識支撐下的“問題分析一學術關聯一實踐”三位一體的工程實訓、產業需求驅動下的學術研究活動、學術創新推動下的工程研究活動，如圖3所示。

工程需求驅動下的“講授一工程關聯一模擬實踐”三位一體的教學活動首先以教師講授學科知識的基本理論和方法，并將學科知識與工程需求關聯，強化專業知識的應用需求意識，進一步抽取工程需求驅動下的仿真實例，要求學生模擬實踐學科知識中的方法以解決仿真案例。智能技術是計算機學科非常重要的基礎課程，涉及智能信息處理、機器學習、智能控制等領域的基本原理和基本方法。以其中SVM支持向量機的學習過程為例，相應的教學活動分為3個階段：第l階段由教師就SVM的原理、線性可分條件下支持向量機的對偶算法、線性不可分條件下的核函數等方法進行講解；第2階段以視頻監控為行業背景，可知其基礎需求圖像分類，即根據圖像亮度、色調、紋理等特征，將圖像中的部分區域劃歸為若干類別中的一類，而應用SVM是解決圖像分類的一個可行之道；第3階段抽取交通視頻監控系統中車牌識別作為SVM分類的仿真實例，要求研究生運用SVM方法來完成字符圖像的分類，加深對SVM方法的理解，完成知識內化。

專業知識支撐下的“問題分析一學術關聯一實踐”三位一體的工程實訓將引入一個真實的工程課題，要求學生圍繞如何發現分析工程問題、如何將工程問題與學科知識關聯、如何構思解決思路、如何實踐和驗證等體會解決工程問題的心智過程，以此培養學術型碩士研究生運用學科理論知識進行工程應用的能力。例如，在研究生系統學習智能技術和智能圖像處理兩門課程之后，結合目前視頻監控這一熱點行業，引入交通視頻/圖像內容理解與應用的工程課題，引導學生就該工程問題進行分析，將視頻/圖像內容分解為圖像處理和圖像分類識別兩個子問題，前一子問題可以借助于智能圖像處理課程中講授的圖像增強技術、圖像恢復技術和圖像特征分析方法加以實現；后一子問題可以借助于智能技術中講授的分類算法和識別算法加以解決。以已有的學科知識為背景，學生在工程實訓的過程中完成了工程課題與學科知識關聯，完成了知識應用。

產業需求驅動下的學術研究活動要求研究生在自主思考的基礎之上，以產業需求為出發點，以學科知識體系為支撐，從實際問題中識別出潛在的、真正的應用需求，獨立地挖掘該領域的前瞻問題，將其映射為學術研究課題并開展學術研究；而學術創新推動下的工程研究活動要求學生將學術創新成果進一步應用于工程課題之上，完成從學術創新到工程創新的轉化，兩者在創新性的研究工作中演繹工程實訓的心智過程。

將層遞推進培養活動融入計算機學科研究生的培養過程，有利于實現IT人才科學與工程素養復合化培養，有望培養出具有出色的工程素養和前瞻性的工程思維，能直接面向信息產業工程領域，發掘產業前瞻性問題、共性問題和核心問題并展開創新性研究工作的高層次專門人才。

3、科學與工程素養復合培養模型的實踐與推廣

3.1 科學與工程素養復合培養模型的實踐

計算機學科研究生科學與工程素養復合培養模型在原有的學術型碩士研究生和近年新增的專業學位碩士研究生中分別予以實踐，各有側重點，均取得了良好的實踐效果。

學術型碩士研究生中進行科學與工程素養復合培養實踐的主要目的是改變傳統的學術研究與工程實踐脫節的狀況。為此，我們按照工程實訓、工程研究、科技攻關三位一體的建設思路，依托產學聯合課題和科技公共項目搭建了科學與工程素養復合培養平臺。進入該培養平臺的學術型碩士研究生不僅提高了解決實際工程問題的能力，而且能從工程應用課題中提煉新的學術研究問題，引入新的思想和方法，反而促進了基于應用背景的理論研究。在精進相關學科理論水平的同時，特定工程應用領域下的技術創新成果也較為豐富，一方面體現為學術論文發表數量和質量的提升，另一方面體現為申請發明專利和軟件著作權等應用成果日益豐富。

福州大學數學與計算機科學學院于201 1年開始啟動計算機技術和軟件工程兩個專業的全日制專業學位研究生培養工作。上述兩個專業培養方案的制定和實施過程有機地融合了科學和工程素養復合培養模型，其主要目的是強化專業學位碩士研究生理論培養和工程培養的一體化，提升專業學位研究生的應用研究高度和深度。為此，我們將企業的科技攻關項目分解提煉成若干工程實訓課題，并提前引入工程實訓環節，與全局的科技攻關項目保持相對獨立且整體工作量不大，包含一到兩個研究難點，要求研究生運用相應學科理論加以解決。實踐看，2011級專業學位研究生的學位論文選題，均屬于應用研究型課題，而非簡單的成熟技術的應用，這種培養模型對于專業學位研究生的培養質量起到了非常好的保障作用。

3.2 科學與工程素養復合培養模型的推廣

事實上，理論和實踐脫節、學科知識體系和行業需求脫節等問題并非計算機學科研究生教育特有的問題，學生實踐能力弱，創新能力差等問題也同樣出現在計算機學科的本科生教育中。此前形成的科學和工程素養培養模型也可推廣應用于計算機學科本科生教育中。為此，以卓越工程師計劃的制定和實施為契機，考慮到福州大學計算機學科的本科生直接從事各類科技項目存在一定難度，我們特意圍繞IEEE Micromouse Competition搭建了一個涉及電子電路、程序設計、數據結構與算法、人工智能、嵌入式系統等多個領域分支的全面的計算機學科本科生科學與工程素養復合培養基地。

4、結語

針對計算機學科和IT產業產學融合的發展趨勢，遵照“強化研究能力，重視工程素養，順應產學融合，雙向復合培養”的人才培養基本思想，我們提出了科學與工程能力復合培養模型，從培養理念、培養目標、培養活動等方面進行了探索，并于福州大學數學與計算機科學學院學術型和專業學位碩士研究生的培養中付之實踐，實踐效果良好。下一步我們將從工程研究型培養課程體系的設計、培養規范等方案深化探討和實踐，并逐步推廣至計算機學科本科生教育中。