應用型計算機類專業教學體系的工程主線

羅先錄，李 強，張永棠

（廣東東軟學院 計算機科學與技術系，廣東 佛山 528225）

應用型計算機類專業教學體系的工程主線

羅先錄，李 強，張永棠

（廣東東軟學院 計算機科學與技術系，廣東 佛山 528225）

高等教育的重心正在向培養應用型人才推進和轉變，新辦本科選擇應用型辦學定位符合當前的高等教育發展趨勢。文章通過研究教育部高等學校計算機類專業教學指導委員會發布的專業發展戰略研究報告和專業規范以及ACM體系，結合產業界的人才需求和項目導向實踐教學的經驗以及美國高校相關專業和課程體系，提出應用型本科計算機類專業教學體系工程線的概念并說明實現途徑。

應用型本科；教學體系；工程教育；項目導向

1 構建的背景、思路及目標

2001年教育部4號文件、2005年教育部1號文件和2007年教育部2號文件都強調，高等學校要高度重視實踐教學環節，提高學生的實踐能力。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》中更是對高等教育明確提出“優化結構辦出特色。適應國家和區域經濟社會發展需要，建立動態調整機制，不斷優化高等教育結構。優化學科專業、類型、層次結構，促進多學科交叉和融合。重點擴大應用型、復合型、技能型人才培養規模”[1]。

我們國家的教育正在面臨又一次轉變，社會需要工程型和應用型人才。工程型和應用型計算機類本科專業主要培養基于計算機系統工程應用的設計、開發和維護人員。通過學習國內外教學體系并結合廣東東軟學院的實際，提出以工程應用能力培養為目標，構建應用型計算機專業教學體系的工程主線。

我們目前已具有完備的各專業教學知識體系，一般工科專業不僅要設置社科類、自然科學基礎類、金工實習等公共必修課，還要設置眾多人文和自然科學選修課。計算機專業的主要核心課程也要全部包含，如計算機類專業必須有完整的公共核心知識體系，包含離散結構、程序設計基礎、算法、計算機體系結構與組織、操作系統、網絡及其計算、程序設計語言、信息管理等[2]；核心課程包括程序設計、離散結構、數據結構、計算機組成、計算機網絡、操作系統、數據庫系統等。按照構建知識體系的順序倒推，還必須學習電路、模擬電子、數字電子等基礎課程。這樣我們自然就會得出一個結論，計算機專業的教學目的是讓學生全面了解和掌握計算機學科的知識體系，不管方向如何，至少要熟練掌握公共核心課程部分。

當我們將人才培養的定位明確為滿足產業界崗位需求的工程型和應用型人才時，具備計算機系統工程應用能力就顯得比知識體系的完備性更重要。我們和產業界交流時，經常聽到 “企業最缺能做事的人”“你們學校畢業的學生能做事，但是缺乏后勁”等反饋意見，這些暗含了目前產業界的需求目標，那就是學生必須具備以完成項目為目標的工程應用能力，畢業生能夠把學到的專業知識應用到實際工程項目實踐中，也就是產業界說的“能做事”。正如MIT EECS的Stephen D. Senturia教授所說，工程是對科學知識進行有目的的應用。那么，我們的課程體系也必須有一條明確的“工程主線”貫穿始終，以此引導學生能力的發展方向。通過這樣一條貫穿于計算機專業知識體系的工程主線，學生能更好地學習專業知識，在畢業后的工程實踐中，面對新的問題也能把專業知識運用自如。

2 教指委課程體系和MIT EECS中的工程線

教育部高等學校軟件工程專業教學指導分委員會（簡稱教指委）制定的《高等學校軟件工程專業規范》提供了可以選擇的線路課程體系，其中，軟件工程專業的基礎課程如圖1所示，計算基礎課程組有模式1和模式2兩種選擇方法[3]16。模式1是傳統獨立課程的模式，在先修編程課程的基礎上講授軟件工程的基礎知識，第1學年強調編程能力的訓練；模式2強調一開始就介紹軟件工程的概念，關注于解決問題、在編碼前考慮開發的全過程和迭代式開發與實踐，打破原來知識體系獨立的課程概念，強調軟件工程的項目過程主線。對模式2中的課程組內容進行分析，能明顯看出貫穿其中的工程線。

圖1 ACM的SE2004軟件工程基礎課程

軟件工程與計算I：本課程從軟件工程知識入手，研究一個簡單的程序，使學生了解程序的特征，初步理解不同需求和設計方案的優點，學會編寫、調試和測試小型程序。

軟件工程與計算II：本課程以一個典型的軟件開發過程為例，講授簡單軟件的需求分析、設計、實現、評審和測試，使學生可以擴展現有系統開發清晰的和規范的需求，并以團隊形式設計和編寫中等規模的程序。

軟件工程與計算III：本課程講解軟件開發的計劃和跟蹤過程，使學生能夠規劃一個簡單系統的開發過程，并使用UML語言進行系統的架構設計，掌握實現復雜系統的技能[3]52-54。

模式2既需要學生具備一定的編程基礎，又需要學校逐步建立完整的教材體系，否則難以具備推廣和采用的條件，目前只有南京大學等少數實力雄厚、投入很大的高校采用該模式[4]。

MIT EECS的計算機科學與工程專業（course 6-3）的課程路線如圖2所示。MIT EECS的course VI包括6-1、6-2和6-3這3個專業，都是以6.01和6.02這兩門學校層面的工程導向必修課程（introductory）為基礎，高年級以基于項目的AUS（advanced undergraduate subjects）綜合課程為高級課程，最后以UAP（undergraduate advanced project）作為畢業前的大項目。計算機科學與工程專業（course 6-3）中只有3門專業基礎課（foundational）和3門專業核心課程（header）[5]，凸顯了課程體系中項目導向的工程線。

圖2 MIT計算機專業（6-3）課程體系

3 從專業導入課到畢業設計的工程線

上面述及的國內外工程能力培養方案，為我們構建應用型本科教學體系的主線提供2個思路：①從入學開始的專業導入課到畢業設計，都要貫穿工程線；②在傳統獨立課程基礎上，增加工程型實踐環節，設立單獨的實踐學期（4周），加強工程能力的培養，由此明確培養目標和解決方案。

3.1 專業導入課的工程線

加強專業導入課程的項目化建設。目前我國的計算機專業導論課，通常是廣而不深、論而不作。MIT EECS的6-1、6-2和6-3這3個專業（course）的課程體系中都有6.01和6.02這兩門學校層面的專業入門課程。這兩門課程既是引導學生深入理解系統、將整個課程體系串聯的知識主線，又是項目導向的實踐性工程主線。

6.01 以移動機器人為載體，綜合介紹電子工程和計算機科學，如計算機程序、控制系統、概率推理問題、電路、傳感器等知識體系，并將這些知識體系都包含在實現一個大工程系統穩健運行的背景中；探索重點工程原則，如抽象和模塊化的應用程序、怎樣設計運行于自然界的工程系統；主題包括測量和建模系統的行為、評估的傳感器和效應器錯誤、指定任務、在分析和計算模型的基礎上設計解決方案、規劃、執行、評估性能的測試結果、進一步提煉模型和設計。這門課一般配備多名授課教師以及大量的學生實驗室助教，實驗室的師生比高達1：4。每周開始時有90min的講解、90min軟件實驗、3h涉及分析和設計的結對式實驗（實驗沒有唯一正確的結果標準）[5]。

6.02 使用數字通信系統作為工具，介紹幾個電子工程和計算機科學中的基本思想。該課程的3個部分——位、信號和數據包，包括與系統相關的3個相應抽象層次；講授在EECS其他課程中很有用的思想，如抽象、概率分析、疊加、時域和頻域表示、系統設計原則和取舍、集中式和分布式算法等。這門課一般配備多名授課老師、輔導老師以及大量的學生助教。每周有開始的講解、3h涉及分析和設計的結對式實驗、總結性講解和一次小測驗[6]。

另外，在我國IT產業界，啟明星辰信息安全技術有限公司的潘柱廷，也提出了課程體系中基礎課的學習要和專業有機結合，并設計了一個在大學一年級第2學期就開設專業必修導入課信息安全分析基礎課程的方案[7]。

在本科專業導入課程中，將各專業的畢業作品級目標（已經完成的和未實現的）系統分解成各專業主干課程知識體系，然后對各門課程的重點作基礎的講解和實踐，在此基礎上讓學生融會貫通，以達到讓學生感性體會本專業課程路線圖的目的，如網絡工程的專業導入課，采用以實踐操作為主、理論知識為輔的方式組織教學內容。教師可通過分析網絡工程專業的學生所要掌握的知識和能力要求，結合網絡工程教學計劃，把教學內容分為8個模塊，分別是網絡應用、系統集成、操作系統、網絡設備、網絡管理、網絡安全、網絡服務和網絡通訊。這些內容涵蓋網絡工程專業相關要求，見表1。

表1 網絡工程專業導入課模塊

3.2 以項目課程為中心的專業課程群+實踐學期項目導向的工程線

在每個課程體系中，分布在各學期的專業主干課程一般是2～4門。如果在每個學年設置1門項目導向的實踐課程并以之為項目目標導向來調整專業課程（由于各學期課程學分和學時的限制，可以不按照嚴格知識體系的順序，而是齊頭并進），使專業課程可以為項目導向課程提供必要的知識和能力支撐，如圖3所示。

軟件工程專業一年級專業課程有程序設計、數據結構與算法、人機交互技術等，數據結構與算法的綜合課程設計可以作為項目導向課程。這個階段的學生開始學習軟件工程與計算I中的“研究一個簡單的程序，使學生了解程序的特征，初步理解不同需求和設計方案的好處，學會編寫、調試和測試小型程序”要求，測試限于單元測試，如使用嵌入到集成開發環境中的JUnit、CPP Unit等工具。如果將此項目的需求變更、調試和測試延伸到后續的實踐學期中，就可以進行軟件工程與計算I課程中的項目訓練。這樣，我們在每學年以綜合課程設計和項目導向課程為階段性項目目標課程，再在學年結束前設立專門的實踐學期（4周），在實踐學期中學習軟件工程與計算系列等工程型課程。

如果在專業內再細分方向，可以比較連續的工程線進行引導，如我們將網絡工程分為網絡應用軟件開發方向和系統集成與網絡安全管理方向，那么實踐學期的項目也可以作為相應工程線的分支進行引導，如圖4網絡工程專業分方向實踐學期項目規劃所示。

整個體系的起點是項目導向課程，每學年都設有專業課程圍繞的項目課程，最后是畢業項目。這樣我們就可以將每學年的專業課程和實踐學期的項目相結合，既實現以傳統獨立課程為主的課程模式，又嵌入以工程導向為主的課程模式，兩種模式互為補充和反饋，工程線貫穿于整個體系。

4 結 語

計算機類專業包含軟件工程、網絡工程和電子信息工程（嵌入式軟件方向）。2014級本科開始，參與的學生情況見表2。

學生不僅學習到專業知識，還體驗了專業領域的工具和工程方法，為以后的專業學習確定方向和動力。我們將持續跟蹤了解畢業生就業情況以及用人單位的反饋信息，進行中長期（5年和10年）統計分析。實施中最大的困難是師資，由誰執行將直接影響是否能實現預期。這也是所有工程教育面臨的問題，因為教學需要有工程經驗的教師，但在現有教育價值體系中，沒有職稱對接和平移的體系，這可能也是以后應用型大學的一個突破點。

表2 計算機類專業參與人數 /人

[1] 國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010—2020年)[EB/OL]. (2010-07-29)[2016-09-01]. http://www.gov.cn/jrzg/2010-07/29/ content_1667143.htm.

[2] 教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會. 高等學校計算機科學與技術專業公共核心知識體系與課程[M]. 北京: 清華大學出版社, 2008: 40-41.

[3] 教育部高等學校軟件工程專業教學指導分委員會. 高等學校軟件工程專業規范[M]. 北京: 高等教育出版社, 2011.

[4] 南京大學軟件工程專業本科課程體系[EB/OL]. [2016-09-01]. http://software.nju.edu.cn/NJUSEC/bkjc/hxkc_index.htm.

[5] MIT EECS. Course 6-3: Computer science and engineering(note: old curriculum)[EB/OL]. [2016-09-01]. http://www.eecs.mit.edu/ academics-admissions/undergraduate-programs/course-6-3-computer-science-and-engineering.

[6] MIT EECS. Intro to EECS I(spring 2016)[EB/OL]. [2016-09-01]. http://sicp-s4.mit.edu/.

[7] 潘柱廷. 信息安全學科教育之路——從信息安全學科的“解剖學”課程開始[J]. 中國計算機學會通訊, 2013(9): 43-47.

（編輯：宋文婷）

1672-5913(2017)02-0153-05

G642

廣東省教育教學成果獎（高等教育）培育項目“校企協同構建計算機類專業綜合實踐能力體系與實踐”（粵高教函[2015]72號）。

羅先錄，男，副教授，研究方向為軟件工程，luoxl@neusoft.com。