論新工科建設及計算機與軟件工程學科的作用

言 十

1 新一代信息技術對新工科建設的影響

近年來,以云計算、人工智能、大數據、物聯網、移動互聯網等“云智大物移”為代表的新一代信息技術推動著人類社會的巨大變革,也推動著新一輪新經濟、新產業與新業態的迅猛發展。“互聯網+”帶動社會發展與人們生活方式的網絡化與普適化;大數據引發科學技術與社會發展的數字化革命;“工業4.0”使得企業更加網絡化與智能化;移動支付成為國人支付消費服務的新方式;新一代人工智能引領社會與經濟信息化的發展進一步走向深層高級智能階段。世界各國也都抓住當前的新一代信息技術給社會與經濟發展帶來的機遇,紛紛提出并實施信息技術創新驅動發展戰略,提高各國的生產力、競爭力與社會發展驅動力。新一代信息技術也改變著高等工程教育,并促使新工科應運而生。

2017年以來,由教育部倡導的新工科建設在我國各高校引起強烈反響和積極響應,關于新工科建設的“復旦共識”“天大行動”“北京指南”等研討[1-2]先后開展,各高校也紛紛提出自己的新工科建設規劃與實施方案,有些高校已迅速付諸行動。2017年12月,國務院辦公廳《關于深化產教融合的若干意見》提出:“適應新一輪科技革命和產業變革及新經濟發展,促進學科專業交叉融合,加快推進新工科建設”[3]。2018年1月,教育部高教司遴選了兩大類612項新工科研究與實踐項目,并于2018年3月正式公布[4]。我國新工科建設的行動已經全面展開。

近一年多來,我國教育界、學術界與產業界對于“新工科”的內涵與建設途徑有許多討論和爭議,但有一點達成共識,即建設新工科有利于我國新技術、新經濟、新產業發展和工程教育的提升[4]。如果深入分析新工科建設,不難發現,新工科具有新的教育理念和學科交叉、產學合作協同育人等新特征,并與新一代信息技術密切相關,當然也就與計算機與軟件工程學科密切相關。可以說,新一代信息技術對新工科建設有著直接且重要的影響。

2 具有可持續競爭力的新工科人才需求與培養目標

在討論新工科建設與人才培養時,一定要關心面向新技術、新經濟、新產業發展的人才需求和人才培養目標。人才培養目標導向是工程教育與新工科建設的基本原則。當今由新一代信息技術引領的新經濟快速發展迫切需要新型工科人才的支撐,需要面向當前變化與未來發展培養創新人才。

近兩年,我國計算機教育界“二十人論壇”熱烈討論著“計算機教育與可持續競爭力”話題。他們認為,在當前和未來快速變革的信息化社會,“可持續競爭力”是一種適應未來社會變化和競爭的能力,是一種基于信念和技術的創新能力和對于社會的責任心。可持續競爭力人才需要有一種綜合素質和適應能力,這種素質和能力應該使學生在未來的社會劇烈變化中能夠快速適應和從容應對。文獻[5]中提到:“為了滿足學生的‘求知、增能、成才’的需求,大學教育除了擔負起傳道授業解惑任務,還要為學生搭建平臺、創造機會和提供終生教育,培養具有可持續競爭力的創新型人才。為此,要培養學生對于未來全球事務與國家發展的責任心和使命意識;要認知社會信息化過程的變化、科學和工程技術在社會信息化變化中的推動作用以及對于全球化的影響;要認知在這些變化中應具備的知識、素質和能力”。這就道出了新時代與新環境下高校進行人才培養的目的與使命,這也是新工科教育的重要任務。

21世紀初我國開始建設國家示范性軟件學院時,教育部明確軟件學院“要在加大軟件專門人才培養力度的同時,把培養大批各類復合型軟件人才作為重要任務”[6]。借鑒國內外軟件產業對軟件人才的需求,許多國家示范性軟件學院要求畢業生應“能夠系統地掌握和運用計算機科學與軟件工程知識,具有軟件公司需要的技術實踐能力和商務能力,具有快速學習與掌握新的先進技術的能力,能夠迅速進入工作角色并成為公司的生產力,具有旺盛的工作熱情和良好的團隊工作精神,并且具有良好的國際交流與合作能力,能夠為公司做出創造性貢獻”。2015年,中國工程教育專業認證協會制定的《工程教育認證標準(2015版)》中提出的本科畢業要求,包括“能夠應用數學、自然科學和工程科學的基本原理,識別、表達并通過文獻研究分析復雜工程問題”“能夠設計針對復雜工程問題的解決方案”“能夠針對復雜工程問題,開發、選擇與使用恰當的技術、資源、現代工程工具和信息技術工具”的能力,并要求“具有自主學習和終身學習的意識,有不斷學習和適應發展的能力”[7]。

因此,新工科的人才培養目標就是要培養具有可持續競爭力的創新人才,還要培養學生具備復合型創新人才的良好素質。

3 “計算機+”新工科專業創新與人才培養模式改革

3.1 新工科背景下“計算機+”專業創新

新工科建設將促進一批新專業的發展,這些專業大多體現了學科交叉與跨界融合,體現了新技術和新產業發展的需求。這批新專業有的是依托于現有計算機類專業派生擴展而成,有的是多個專業有機整合而成,還有的是與應用行業跨界融合而成。文獻[5]中列舉了一些目前的“計算機+”專業示例,包括以下幾方面。

(1)由“計算機”派生擴展形成的新工科專業有軟件工程、網絡工程、物聯網工程、信息技術與系統、數據科學與大數據系統等。

(2)由“計算機類”學科交叉融合形成的新工科專業有信息安全(網絡空間安全)、服務科學與工程、機器人工程、數字媒體技術、智能科學與技術等。

(3)由“計算機”與應用跨界融合形成的“計算機+”系列專業(專業方向),如結合應用行業的互聯網金融、數字化設計與智能制造、數字醫療等;結合應用領域的電子商務、多媒體與數字游戲、生物信息技術、數字地理信息系統等。

為了適應新技術、新產業和新經濟快速變化,上述新工科專業的知識體系與培養方案需要進行調整與創新,以支撐知識、能力、素質等人才培養要素的增加和培養目標的達成。 “計算機+”新專業的知識體系可以由計算機專業知識體系、通識教育知識體系和交叉學科知識體系三方融合構建,其中包括數學與計算機科學基礎理論、通識教育基礎、計算機系統與軟件工程核心技術、計算機專業方向及應用知識、交叉學科專業基礎知識與核心技術知識等。培養方案還應包含創新創業教育實踐、企業實習實訓、社會實踐、素質教育等環節。

在建設新工科新專業或改造升級傳統專業的過程中,要注重解決好教育體系的幾個關鍵問題。要以新理念與新模式發展新工科教育,以培養具有可持續競爭力的新人才;應通過多學科交叉融合,構建新工科新專業及知識體系;采用理論與實踐相結合、產學協同育人、創新創業教育、國際聯合培養等新的教學模式進行人才培養;引入以學生為中心的MOOC與翻轉課堂等互動式、混合式教學新方法以改善教學成效;要更加注重高水平師資隊伍建設,建立有效的教學基層組織與管理機制,健全教學質量評價與保障機制,建立具有中國特色及國際實質等效的工程教育專業認證制度;同時,建設新工科還需要良好的辦學生態環境,只有這樣,才能很好地完成新工科教育體系建設。

3.2 新工科教學模式改革

在新工科建設和人才培養過程中,最關鍵的是教育教學模式改革與創新。文獻[2]提出發展新經濟要求建立更加多樣化和個性化的工程教育培養模式,全面推廣“卓越工程師教育培養計劃”、示范性軟件學院和微電子學院、國家教育體制改革試點學院的成功經驗,探索實施工程教育人才培養的“新模式”,要把創新創業教育融入工程教育的全過程,著力培養學生創新精神、創業意識和創造能力。

在以計算機相關新工科專業的教學實踐中,可以考慮以下幾種教學模式。

(1)面向系統能力培養的教育模式[8]。這是一種基于研究型、探究式、綜合性的計算機專業教育體系與教學模式,要求在系統課程設置、課程設計、實踐環節等方面全面提高學生的計算機系統能力。系統是若干相互聯系、相互作用和相互依賴的部分結合而成,具有一定結構和功能,并處在一定環境下的有機整體。系統能力是依據確定的系統功能,設計、實現、優化和運行系統,實現工程目標的能力。從能力培養來說,可以將計算機系統劃分為計算機基礎系統、計算機環境平臺系統和計算機應用系統3個層次。系統能力培養的基本內容是掌握系統內部各軟件/硬件部分的接口、運行協同以及系統內部各部件的邏輯關聯,了解系統呈現的外部特性與人機交互模式,強調從系統結構角度高效實現系統功能。系統能力培養具有突出的工程教育特征,是解決復雜工程問題的基本能力。具備了系統能力,計算機的應用和創新能力也將得到強化與提升。

(2)產學合作協同育人的教育模式[9-10]。教育部自2014年起實施“產學合作協同育人項目”,意在搭建校企對接平臺,以產業和技術發展的最新需求推動高校人才培養改革。到2017年為止,已有數百家企業與高校聯合開展各類協同育人項目上萬項,涉及教學內容和課程體系改革、新工科建設專題、創新創業教育改革、大學生實習實訓、師資培訓、實踐條件建設、校外實踐基地建設、創新創業聯合基金等多方面,企業投入經費及軟硬件使用費用達30多億元,其中大多數是IT企業[11]。事實上,在更早期,許多高校就與企業合作聯合實施了卓越工程師培養計劃、工程領軍人培養計劃、CDIO計劃、項目學習計劃等面向IT行業應用與實踐的教育模式,取得了很好的實踐效果與成功經驗。

(3)多學科交叉融合式的創新教育模式。近年來,隨著學科交叉融合的不斷深化,許多高校建立了各種跨學科交叉學院、研究院,制定了雙學位培養計劃等,開展多學科交叉融合式創新教育模式,如信息技術與理工科專業交叉、工管融合雙學位或主輔修專業、互聯網+多學科交叉融合的創新教育等。

(4)基于MOOC/SPOC/翻轉課堂的信息化教育模式[11-12]。近年來,隨著大規模在線開放課程MOOC浪潮的到來,信息技術與高等教育深度融合,改變了傳統的教育教學方式,促進了教育質量的提升。在我國,成立于2014年的“全國高校計算機教育MOOC聯盟(CMOOC聯盟)”卓有成效地開展了大規模在線開放課程建設與推廣應用工作,現已有500所高校聯盟成員,遍及全國所有省市區。CMOOC聯盟建設了一批精品在線開放課程優質教育資源,貫徹以學生為中心的“互聯網+協同教育”理念,提出并實施了具有中國特色的跨區域跨校在線開放課程“1+M+N”協同教學創新模式,實現了基于MOOC/SPOC的翻轉課堂與線上線下混合式教學方法改革,進行大規模慕課推廣應用,支持全國范圍各省市區高校的教學改革與教育水平提高,促進了教育公平,推動了我國高校計算機教育質量的內涵式發展。CMOOC聯盟的教育教學模式創新不僅為我國高校開展在線開放課程教育教學起到帶頭示范作用,還將為新工科教育提供強有力的支撐。

(5)國際化“X+Y”的聯合人才培養模式。隨著高等教育的全球化進程,我國需要培養具有國際競爭力的創新人才。目前,越來越多的高校開展了與國際名校的辦學合作活動,比較深入的是國際化“X+Y”聯合人才培養模式,如“2+2”“3+1”“4+0”或學期交換學習模式等;也有高校派學生到國外知名企業或國際化大公司實習實訓,讓學生體驗工業實踐與產業環境,提高國際化與工業化競爭力,盡早進入產業化環境下的職業角色。通過與國際名校名企的合作與開放辦學,可以培養國際化的新工科人才。

3.3 信息技術新工科產學研聯盟實踐

為了推動和服務新工科建設和“卓越工程師教育培養計劃2.0版”,培養多樣化、創新型卓越工程科技人才,助力信息產業超越發展和傳統產業的信息化融合和轉型升級,經教育部、工信部批準,“信息技術新工科產學研聯盟”[13]于2017年11月成立。聯盟是由高等院校、行業企業、科研院所、行業協會等單位自愿組織而成的共同體,現有成員563所高校與100多企業,并于2018年1月14日,在北京召開了“信息技術新工科產學研聯盟第一屆年會暨信息技術領域產學合作論壇”。

信息技術新工科產學研聯盟的使命是探索面向產業需求的科技創新模式;培育產學研深度融合育人的生態環境;創建大工程觀卓越人才的培養范式;形成信息產業創新人才的評價體系;引領我國信息技術專業的跨越發展。因此,聯盟建立了30個工作委員會,包括云計算與大數據、數據科學與大數據、物聯網工程專業、服務科學與工程、人工智能教育、計算機工程應用能力培養推進、人工智能與認知計算、軟件開發云、移動應用開發、大數據與智能計算、網絡工程、物聯網及智能制造、高性能計算與大數據、未來網絡、虛擬現實教育、能源互聯網、機器人、大數據教育、產學研對接、虛擬仿真實驗資源建設、產學合作課程、大學計算機通識教育、工程專業認知與創新素質培養、系統能力推進、實踐課程與實訓平臺建設、通用能力評測、大學生競賽、評價與獎勵、教師培訓等工作委員會。目前,聯盟的各項工作正在全面有序地展開,并將對新工科建設起到重要的推動作用。

4 計算機與軟件工程學科在新工科建設中的作用

由于新工科是在新技術、新經濟和新業態的驅動下應運而生的,而當今社會與經濟發展的新形態無不與計算機及軟件技術密切相關,因而計算機與軟件工程學科將在新工科建設與人才培養過程中發揮十分重要的作用。

4.1 計算機類學科對于新工科新特征的影響作用

新工科具有新技術、新知識、學科交叉、新興產業、創新性等新特征,而計算機類學科教育很自然地對這些新特征產生重要影響。

(1)新技術:新一代計算機與信息技術是當前技術創新的主流,也是跨學科新技術交叉融合的焦點,為新工科提供新興核心技術內涵。

(2)新業態:“互聯網+”產業是目前世界上最活躍的新業態,帶來許多產業發展模式與技術上的創新與革命,是新工科專業創新的源泉和需求牽引力。

(3)新交叉:“計算機+”專業是最普遍的專業學科交叉融合形態,為新工科創新奠定堅實基礎,也成為新工科新興專業的最大學科群落。

4.2 計算機類學科對于新工科專業知識體系的融合作用

(1)新知識:云計算、人工智能、大數據、物聯網、移動互聯網、智能服務等新技術為新工科專業知識體系帶來新的知識體系與技術內容,基于這些新技術的創新課程層出不窮,不斷涌現。

(2)新理論:計算機科學、大數據與數據科學、新一代人工智能等領域不斷推出新理論、新知識,支撐新經濟與新業態的不斷發展,也為新工科教育提供新的理論基礎。

(3)新融合:各種新興的工科專業都在與計算機學科進行深度交叉融合,也都與信息技術應用行業密切相關。這種跨領域的知識和技術與應用的新融合也將促進新工科教育內涵與方式方法的改革與創新。

4.3 計算機與軟件工程專業對于新工科人才培養模式改革的引領作用

(1)新模式:國家示范性軟件學院最早探索產業人才培養新模式,可為新工科建設提供校企合作協同育人、創新創業與工程實踐、學科領域交叉與工管結合、國際化辦學與聯合培養等教學模式與樣板。后來的卓越工程師培養計劃、產學合作協同育人計劃等都是對該模式的借鑒與發展。

(2)新方法:基于項目式學習法PjBL、基于MOOC/SPOC/翻轉課堂的混合式教學方法、基于在線開放課程的多校協同教學方法等都是從計算機專業開始的,為新工科專業教學提供方法論。

(3)好經驗:軟件學院辦學與人才培養模式改革的成功經驗值得新工科教育借鑒與吸納。可以看到,新工科建設成效較好的高校多是具有建設示范性軟件學院成功經驗的高校。

4.4 計算機類學科對于產學合作協同育人/卓越工程師計劃的示范作用

(1)領跑者:許多計算機學院與軟件學院是面向新技術與新經濟辦學、產學合作協同育人、學科交叉融合的領跑者,也是新工科建設的領跑者。目前已有不少新工科專業甚至新學院就是依托計算機學院和軟件學院建立的,如物聯網學院、網絡工程學院、大數據學院、人工智能學院、信息安全學院等,這些學院無不積極實施著產學合作協同育人計劃。

(2)善協同:計算機學院與軟件學院是實行卓越計劃最深入的院系,最善于協調各種社會資源支持新興學科的辦學。由于信息技術與軟件產業的特點,高校與IT企業的合作往往起點高、實施快、合作深、成效大。軟件學院的軟件工程師培養模式和聯合IT企業資源協同辦學的辦法為卓越工程師培養計劃提供先行經驗。

(3)厚基礎:IT企業是校企合作投入和支持最大的企業群體,許多計算機學院/軟件學院與IT企業長期保持著緊密的合作關系,建立了大量的聯合實驗室、學生聯合俱樂部、學生實習基地、學生創新創業的創客空間等,這為發展新工科專業教育奠定了雄厚基礎。

4.5 計算機專業認證對于新工科質量評價與保障的表率作用

(1)先行者:計算機與軟件工程是我國最早開展工程教育專業認證的一類專業,也是最早按照工程教育認證的思路進行辦學的一類學院,這對新工科質量評價與保障起到先試先行的作用。

(2)高標準:計算機與軟件工程專業質量認證評估一直堅持高標準;許多計算機專業在各高校先行進行了工程教育專業認證;大多數國家示范性軟件學院都經過軟件行業專家參與的專業認證評估。

(3)國際化:我國重點大學的計算機學院與示范性軟件學院多保持著較高的國際化辦學水平,與國外一流知名大學保持著密切的交流與合作關系。這些學院堅持專業教學的國際等效質量標準,易于實現與國際接軌,并得到國際上的認可,所培養的學生受到國內外IT企業的歡迎與好評。

4.6 軟件學院辦學實踐經驗對于新工科教育生態體系建設的借鑒作用

(1)示范者:國家示范性軟件學院從一開始就是各級政府與IT企業的關注焦點以及產學合作協同育人的先行者和示范者。軟件學院大多比較重視系統化地建立政產學研用相結合的教育生態體系,形成面向產業培養人才的科學、合理、有效的教育價值鏈與生態體系。

(2)強實踐:國家示范性軟件學院均有15年以上的政產學研融合辦學實踐經驗,尤其在學生的企業實習實訓、實踐能力訓練和創新創業教育方面具有獨到之處,值得開展新工科建設的高校借鑒與總結。

(3)新生態:計算機學院與軟件學院的政產學研用相結合的教育生態體系目前已發展得比較完善,在此基礎上可以進一步建設比較完善的“計算機+”新工科教育生態體系,并為其他專業起到引領作用。

5 結 語

當前,國內外技術、產業與社會形態的迅猛變化給新工科高等教育發展帶來了巨大的機遇和挑戰。信息化、網絡化與智能化為新工科建設增添了最新技術內涵,計算機與軟件工程學科在新工科建設中具有引領性與核心的地位與作用。我們應迅速抓住新工科建設機遇,面對新技術、新產業、新業態,改革教育模式,創新教學方法,構建新工科教育體系及生態環境,為IT產業培養面向未來具有可持續競爭力的高質量新工科人才。

[1]教育部高等教育司. 教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知[S]. 教高司函[2017]6號.

[2]吳愛華, 侯永峰, 楊秋波, 等. 加快發展和建設新工科 主動適應和引領新經濟[J]. 高等工程教育研究, 2017(1): 1-9.

[3]國務院辦公廳. 國務院辦公廳關于深化產教融合的若干意見[S]. 國辦發[2017]95號.

[4]教育部辦公廳. 教育部辦公廳關于公布首批“新工科”研究與實踐項目的通知[S]. 教高廳函[2018]17號.

[5]徐曉飛, 丁效華.面向可持續競爭力的新工科人才培養模式改革探索[J]. 中國大學教學, 2017(6): 6-10.

[6]教育部. 教育部、國家計委關于批準有關高等學校試辦示范性軟件學院的通知[S]. 教高[2001]6號.

[7]百度文庫. 工程教育認證標準（2015版）[EB/OL]. [2018-04-18]. https://wenku.baidu.com/view/60bf09a4e518964bce847c43.html.

[8]王志英, 周興社, 袁春風, 等. 計算機專業學生系統能力培養和系統課程體系設置研究[J]. 計算機教育, 2013(9): 1-6.

[9]教育部高等教育司. 關于公布2014年有關企業支持的校企合作專業綜合改革項目申報指南的通知[S]. 教高司函[2014]40號.

[10]教育部高等教育司. 教育部高等教育司關于公布有關企業支持的2017年第二批產學合作協同育人項目立項名單的函[S]. 教高司函[2018]4號.

[11]徐曉飛. 抓住MOOC之機遇, 促進計算機與軟件工程專業教學方法改革[J]. 中國大學教學, 2014(1): 29-33.

[12]徐曉飛, 李廉, 傅育熙. 發展中國特色的慕課模式, 提升教改創新與人才培養質量[J]. 中國大學教學, 2018(1):6-10.

[13]信息技術新工科產學研聯盟會員手冊[EB/OL]. [2018-04-18]. http://www.cedumedia.com/2018/chanxueyan/1-%E4%BF%A1%E6%81%AF%E6%8A%80%E6%9C%AF%E6%96%B0%E5%B7%A5%E7%A7%91%E8%81%94%E7%9B%9F%E4%BC%9A%E5%91%98%E6%89%8B%E5%86%8C.pdf.