以能力培養為核心的計算機科學與技術專業工程應用型人才培養模式改革與實踐

徐周波,古天龍,常 亮

（桂林電子科技大學 計算機與信息安全學院， 廣西 桂林 541004）

1 計算機科學與技術人才培養模式改革的必要性

隨著高等教育大眾化發展,國內各高校競相開辦相關專業,其中計算機專業是目前國內高校開辦最多的專業之一,在校生數量也是位列各專業之首。此外,培養應用型人才已成為高等教育的重要任務和主要內容[1]。隨著科學技術的迅速發展,企業對計算機專業人才需求逐年增加,但計算機專業的畢業生卻面臨著巨大的就業困惑。許多用人單位招不到合適的人才,呈現出就業難和人才短缺同在的尷尬局面。究其原因,主要是現代企業對工程技術人員的知識、能力和素質都提出了更高的要求,要求工程技術人員在經濟全球化的背景下能運用科學理論和技術的手段在“大工程”的環境中從事具體的實踐活動[2],而高等學校在教育方式上仍以應試教育為主,重理論、輕實踐,與企業聯系不緊密,使得教學內容與行業產業脫節、學生的綜合實踐能力和創新創業意識不足。因此,工程應用型人才培養必須將工程實踐能力培養貫穿整個教育過程的始終,使素質教育與專業教育相承、理論教學與實踐教學相融、學校教育與行業需求相通,創新創業與校企協同相契合,優化人才培養體系,搭建人才成長平臺。

2 工程應用型人才培養目標

在大工程觀的視野下,高等工程教育的任務是培育學生的責任意識、培養學生的學習能力、指導學生建構工程所需的基礎知識和基本能力、培養學生的工程思維能力、指導學生建立基本的價值判斷能力、培養學生基本的社會活動能力[3]。基于大工程觀教育理論,根據學校地方性、綜合性的特點和教學研究型大學的定位,對畢業生跟蹤調查和相關企事業單位的需求調研進行分析,明確桂林電子科技大學計算機科學與技術專業人才培養目標為:培養具有計算機科學與技術的基礎理論、基本知識、基本技能和相關學科知識,善于計算思維和系統思維、具有創新創業意識和國際視野,具備良好的人文素養、職業道德和團隊合作精神,具備計算機軟硬件系統設計、開發和應用能力,能在電子信息行業及相關部門從事計算機應用、教學、科研等方面工作的高素質工程應用型人才,成為具有終身學習和自我可持續發展能力的行業骨干。

3 工程應用型人才培養模式改革與實踐

人才培養模式是指培養主體為了實現特定的人才培養目標,在一定的教育理念指導和培養制度保障下設計的,由若干要素構成的具有系統性、目的性、中介性、開放性、多樣性與可仿效性等特征的有關人才培養過程的理論模型與操作樣式[4]。

3.1 突出工程應用教育，更新人才培養理念

人才培養理念旨在回答“培養什么樣的人”“如何培養人”等問題。基于“高素質工程應用型人才”培養目標,以學生全面發展和適應社會需要為總體目標,根據計算機技術與信息技術的最新發展和行業企業需求變化,優化人才培養方案。為突出工程應用教育,提出素質教育與專業教育相承、理論教學與實踐教學相融、學校教育與行業需求相通、創新創業與校企協同相契合的人才培養新理念。基于大工程觀的教育理念,以面向實際工程和應用為導向,以工程實踐和項目驅動為手段,改革實踐教學體系,將計算思維能力、系統設計能力、工程應用能力和創新實踐能力(簡稱“四種能力”)的培養貫穿整個教育過程的始終。在此基礎上,提出以“四種能力”為核心的“創新驅動、能力導向、校企協同、服務行業”的人才培養模式。

3.2 以“四種能力”培養為主線的一體化課程體系

根據以“四種能力”為要素的計算機工程應用型人才核心能力要求,優化人才培養方案,可按層次遞進方法從第一學期到第八學期設置“素質教育、學科基礎、軟硬件技能、學科前沿、工程實踐、創新創業”6類課程模塊,將知識、能力、素質貫穿于課程體系之中。根據專業的辦學實際,重點發展嵌入式技術、軟件技術、網絡技術等特色方向課程群。嵌入式技術方向著力培養學生掌握嵌入式系統的硬件和軟件知識,嵌入式系統的分析、設計與開發方法。軟件技術方向著力培養學生軟件開發技術和軟件工程管理知識,主流軟件工具和軟件開發環境知識,軟件測試與維護知識,軟件系統設計與開發方法。網絡技術方向著力培養學生掌握計算機網和通信網技術知識,網絡運維管理技術,計算機網絡與通信系統的設計與開發方法。由此構建的“六類模塊、三個方向”的人才培養課程體系,如圖1所示。

為培養學生完整的計算機軟硬件系統的知識結構,從軟件基礎與算法設計、硬件基礎、網絡基礎出發務實學生的學科基礎。軟件基礎與算法設計課程組用來培養學生問題求解的思維能力和程序設計能力以及從學科的三個形態培養學生的算法設計能力;硬件基礎課程組包含電子技術基礎、計算機組織與體系結構等兩個模塊課程組,培養學生的基本電路和數字邏輯系統的分析和設計能力、研制簡單計算機模型機的能力;網絡基礎課程組主要用來培養學生計算機網絡技術知識、設計原理和關鍵算法。基于學科基礎,通過單片機系統設計、嵌入式系統設計、工程實踐和創新創業遞進培養學生的單片機系統設計與實現能力、嵌入式系統設計與實現能力、工程應用能力和創新實踐能力;通過系統軟件設計、工程實踐和創新創業從軟件工程角度遞進培養學生的軟件系統的設計與開發能力、工程應用能力和創新實踐能力;通過網絡運維管理技術、網絡攻防協議設計、工程實踐和創新創業遞進培養學生的計算機網絡與通信系統的設計與開發能力、工程應用能力和創新實踐能力。

此外,基于創新創業基地,通過創新創業課程、學科競賽和科研項目,進一步強化學生計算思維和系統思維的訓練,夯實計算機基礎知識,培養系統設計能力;設置專門的企業課程,突顯行業特色,將行業知識與工程能力密切融合。可見,人才培養體系確保了計算思維能力、系統設計能力、工程應用能力、創新實踐能力4種能力的培養。

3.3 改革實踐教學體系，建立“分層遞進式”實驗教學模式

針對提高學生工程實踐能力和創新能力的要求,構建“課程實驗-綜合設計-實習實訓-第二課堂”4個層次的實踐環節,設置“基礎操作型、綜合應用型、研究創新型、企業驅動型”4層次遞進式實驗教學項目,通過分年級、分層次,構成由簡單到復雜,由驗證、設計、綜合到創新實踐,由校內到校外的“分層遞進式”的實驗教學模式,如圖2所示。

圖1 計算機科學與技術專業課程體系圖

圖2 “分層遞進式”的實驗教學模式

基礎操作型實驗教學項目是對專業理論知識的驗證和實踐,培養學生對計算機科學與技術的基礎理論知識的理解,對基本編程方法的掌握,對軟硬件開發的主流技術、基本方法與基本技能的掌握,培養學生的計算思維能力,面向一、二年級學生。綜合應用型實驗教學項目是根據不同專業方向能力培養需要,在學生掌握一定的理論知識和軟硬件開發技術基礎上開展的多個知識點相交叉、相結合的實驗,重點培養學生的計算思維能力、系統設計能力和工程應用能力,面向二、三年級學生。研究創新型實驗教學項目以創新能力為導向進行開設,在實驗教學內容設計上以學生自擬、學生科技制作和教師科研轉化等實驗項目為主,培養學生綜合運用知識的能力、合作與創新思維能力,面向三、四年級學生。企業驅動型實驗教學項目以專業能力為導向進行開設,依托“校企合作”單位,在企業自設課程、生產實習、畢業設計等環節中,以完成具體的企業項目為目標,在教師和企業導師的輔助下,由學生獨立完成實驗方案的設計、實驗環境的搭建和實驗過程的實施,并最終得出項目的解決方案,進而使學生了解真實的產業、行業需求及相應的解決技術,面向三、四年級學生。

為適應社會以及行業對人才要求的不斷提升,在4層次的實驗教學項目中,將企業實際工程項目和科研項目貫穿4個層次的實踐環節,體現計算機專業能力與行業應用的融合。在具體操作中,4種類型的實驗分別占比30%、50%、10%和10%,充分體現開展創新實踐教育、培養務實創新高素質工程應用型人才的辦學宗旨。

4 人才培養模式改革實踐效果

桂林電子科技大學是以工為主,電子信息類學科優勢突出,多學科相互滲透、協調發展的大學[5]。桂林電子科技大學的計算機科學與技術專業結合地方需求和學校的辦學定位,不斷更新教育觀念,探索、創新和完善人才培養模式。通過近20年的全面綜合改革實踐,計算機科學與技術專業的專業建設水平得到極大提升,2010年獲批國家級特色專業,2011年入選教育部第二批卓越工程師教育培養計劃高校實施專業,2013年遴選為國家級地方高校本科專業綜合改革試點項目;建成1個國家級教學團隊和1個自治區級教學團隊,1個國家級實驗教學示范中心和1個區級虛擬仿真實驗教學中心,2門國家級精品課程和3門區級精品課程,1門國家精品資源共享課,2部教材入選“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材。

此外,學生工程應用能力和創新實踐能力明顯提升,2015年、2016年和2017年指導國家級大學生創新創業項目分別為6項、9項和6項,指導區級大學生創新創業項目分別為16項、15項和20項。專業的綜合改革為本專業較高的就業率奠定了重要基礎。在日趨嚴峻的就業形勢下,本專業畢業生就業率一直保持在92%以上。2015屆、2016屆、2017屆畢業生的初次就業率分別為93.65%、92.64%和93.05%。通過對當屆畢業生的就業質量分析,2015屆畢業生中,薪資在4000～6000的占52%;2016屆畢業生中,薪資在5500～6000的占42%;2017屆畢業生中,薪資在6000～7000的占56%。畢業生以“專業基礎扎實、實踐動手能力較強”贏得了社會各界廣泛贊譽,薪資待遇的分布比例也說明我校培養的畢業生在工作能力、工作態度方面得到企業的認可。

[1]車承軍, 蘇群. 應用型人才培養: 大眾化高等教育的責任[J]. 黑龍江高教研究, 2004(7): 44-45.

[2]中國工程院工程教育研究課題組. 我國工程師培養的重要性與培養途徑研究[J]. 高等工程教育研究, 2005(1): 1-7.

[3]王雪峰, 曹榮. 大工程觀與高等工程教育改革[J]. 高等工程教育研究, 2006(4): 19-23.

[4]董澤芳. 高校人才培養模式的概念界定與要素解析[J]. 大學教育科學, 2012, 133(3): 30-36.

[5]古天龍, 景新幸, 郭慶, 等.本科院校工程應用型人才培養模式改革探索: 基于桂林電子科技大學電子信息類工程應用型人才培養實驗區的思考[J]. 中國高教研究, 2012(1): 107-110.