面向計算機與信息大類招生培養的知識結構剖析和設計

翟高壽　阮秋琦　于雙元　樊崇藝

摘要：針對計算機與信息類專業大類招生及人才培養的教學客觀需求，圍繞面向計算機與信息大類招生培養的知識結構進行探討。根據ACM、IEEE和我國教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會發布的計算機專業規范，分析計算機與信息類專業大類培養的計算機學科知識結構，為計算機與信息類專業大類課程體系建設及創新型特色高素質人才培養提供科學依據。

關鍵詞：大類招生；計算機與信息類；知識結構；共性知識；分專業特色知識

0、引言

科技實力是衡量一個國家綜合國力的重要標志，而計算機與信息技術則是現代科學技術的先導技術，也是當代發展最迅速、競爭最激烈、對國民經濟發展和國家安全影響尤為重大的技術領域。在貫徹落實人才強國戰略的過程中，高校計算機與信息技術相關專業應為我國計算機與信息技術領域高素質人才培養作出重要貢獻。伴隨科學技術和社會經濟的快速發展，人才需求日益呈現出多元化和綜合化的特點。為應對高校人才培養工作面臨的巨大挑戰，大類招生和培養成為當前高校積極試行的人才培養模式。清華大學、浙江大學、劍橋大學、麻省理工學院等國內外知名大學在復合型創新人才培養方面開展了卓有成效的嘗試與實踐。

計算機與信息類專業大類招生培養，有利于激發學生積極主動探索未來發展和專業規劃的相關問題，有利于引導學生結合自身實際和社會現實更加理性地考慮選擇，有利于激發學生的學習興趣和學習熱情，從而促進學生個性發展和提高具有堅實基礎理論和系統專門知識的高素質人才的培養質量，并有助于適應全球經濟發展對計算機與信息類專業創新型人才的培養需求及滿足社會對人才多樣化需求的理性選擇。同時，通過學科之間的相互滲透和融合可以促進專業發展和建設，但必須指出的是計算機與信息類專業大類招生培養工作的開展，不可避免會帶來一些新的問題和挑戰，如培養目標和規格的重新審訂、知識結構和課程體系的重新設計、專業選擇的正確引導和發展平衡等。

1、知識結構剖析

知識結構是指各種知識在個人知識體系中的分布狀況以及各種知識的關聯狀況，即一個人經過專門學習培訓后所擁有的知識體系和能力層次的組成情況與結合方式。一個人的知識結構是協調一個人正常發展的基本要素，直接決定一個人在社會活動中處理相關事務的綜合能力。就本科生培養而言，合理的知識結構對于提高培養效果、改善教育質量至關重要。由于課程是知識的載體，而課程學習是獲取知識的重要途徑，因此合理的課程體系對于學生知識結構的形成具有重要基礎作用。

科學合理的專業定位是知識結構設計的基本前提。經過認真的分析比較和調查研究，北京交通大學計算機學院選定計算機科學與技術、計算機科學與技術（鐵路信息技術方向）、信息安全、物聯網工程4個本科專業實施計算機與信息大類招生培養（可分別簡記作JSJ、TXJ、XA、WLW），分別定位于計算機產業及相關領域、鐵路信息技術領域、信息安全領域和物聯網領域的人才需求。在對國內外同類專業建設狀況深入調研、走訪計算機與信息技術相關行業單位和人士、對計算機學院畢業學生進行問卷調查及面對面交流的基礎上，結合北京交通大學現實與發展特色，我們進一步確立面向計算機與信息大類招生培養的本科生知識結構設計思路。總的來說，我們主要考慮以下幾個方面。

（1）重視數學基礎，包括微積分、解析幾何、線性代數、概率論與數理統計、離散數學等。對于計算機與信息類專業學生來說，良好的數學基礎不僅有利于培養抽象思維能力與邏輯推理能力，而且數學知識本身在計算機與信息類專業學生的知識結構中也占據重要地位。

（2）強化專業基礎，主要指計算機軟硬件基礎知識。特別地，鑒于計算機及信息技術迅猛發展的特點，基本原理與方法系列的課程應在課程體系中保持相對穩定并在內容上進行適當調整，以持續跟蹤領域前沿和最新進展。

（3）加強實踐技能特別是系統分析設計編程技能。計算機與信息類專業屬于工科專業，軟硬件系統設計實踐能力的培養對于學生適應社會需求非常重要，具體可通過綜合分類相關知識要素、優化設計專業課程體系、增加實驗學時等途徑實現。

（4）注重英語綜合應用能力。英語在國際交流中是最為重要的語言之一，包括計算機與信息技術在內的相當數量的現代科學技術文獻采用的都是英語。計算機源于以英語為母語的國家且各種計算機編程語言均基于英語加以標記，因而英語在計算機學科中具有尤為獨特的地位，我們有必要培養學生具備較高水平的英語聽說讀寫能力。

（5）豐富自然科學和人文社科基礎。多學科交叉融合和新型交叉學科不斷出現是現代科學技術發展的重要特征，這便對包括計算機與信息類專業在內的大學生的自然科學基礎提出更高要求，因為只有具備“通才”所必備的自然科學基礎和綜合能力，才可能奠定計算機信息技術與其他領域有機融合的知識能力基礎，并由此改善學生適應社會發展需求的能力。同樣地，人文社科基礎知識也是包括計算機與信息類專業在內的大學生知識結構的重要組成部分，其不僅可以擴大學生的知識面、改善學生對社會環境的認識、培養學生的人文素養及形象思維能力，而且對于培養學生的溝通協作能力和團隊精神、健全學生的人格素質和綜合素質具有不可替代的作用。

簡而言之，面向計算機與信息大類招生培養的本科生知識結構設計應體現“寬口徑、厚基礎、有特色、重個性、強能力、求創新”的基本原則。

2、知識結構設計

通過上述分析，我們可將計算機與信息類本科生所學知識和課程設置劃分為以下4個模塊：①人文社科模塊，具體可設置思想政治、軍事、體育、語文、英語、心理學等課程；②自然科學模塊，具體可設置數學、物理及電子學方面的基礎課程；③專業模塊，具體可設置計算機專業基礎、專業核心和專業選修3類課程；④自主模塊，具體可設置學術講座、社會調查等課程。其中，專業模塊知識結構的精化設計是重中之重，也是構建大類公共知識結構與分專業特色知識結構的關鍵。

計算機學科所涉及的知識可劃分為3個層次，即知識領域、知識單元和知識點。其中，知識領域代表特定的學科子領域，可被分割為知識單元；知識單元代表各知識領域中的不同方向，可分為核心和選修兩種，核心知識單元為所有同一專業學生均應學習的基礎內容；知識點則是組成知識單元的基本要素，代表知識單元中獨立的主題知識模塊。根據最新研究報告，計算機學科知識結構由18個知識領域組成。CC2013計算機學科知識結構概覽見表1。

根據ACM、IEEE和我國教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會發布的相關專業規范及北京交通大學計算機學院原有計算機與信息相關專業培養方案，在借鑒國內外同類院校相似專業培養方案和業界反饋意見的基礎上，我們構建出計算機與信息類專業核心知識結構，見表2。

為真正突出特色和使學生融入所選行業領域，各專業必須補充相關學科知識，如計算機科學與技術（鐵路信息技術）專業可補充鐵路運營維護支撐信息技術、鐵路通信與控制基礎及鐵路信息系統集成與應用；信息安全專業可補充入侵檢測、計算機取證、惡意代碼防范等；物聯網工程專業可補充無線傳感網、物聯網組網技術、物聯網軟件中間件、RFID原理與應用、傳感器件與編程技術等。

3、結語

實施計算機與信息大類招生培養在順應現代計算機與信息技術和社會經濟發展需求方面具有現實意義，而相應知識結構的科學合理設計對于專業建設和學生培養質量具有舉足輕重的地位。然而，我們必須清醒地認識到大類招生培養必然會衍生出一些新的問題。譬如，課程體系如何在保持基本穩定的前提條件下實現不斷更新以適應專業技術與發展的需求變化，課程建設如何與時俱進（特別在教學內容和要求上針對不同專業給出特色區分）和適應大類招生培養的需要。所有這些都要求我們在計算機與信息大類招生培養的具體實施過程中不斷開展前瞻性的調研，給出有效的解決方案并在實踐與評估的基礎上進行及時調整和優化完善。endprint