新工科背景下計算機系統(tǒng)能力的培養(yǎng)

摘要：在信息技術(shù)發(fā)展和應用新形勢下，計算機類專業(yè)人才需要具備更深入、更專業(yè)的系統(tǒng)級設計、實現(xiàn)和應用能力。在新工科背景下，計算機類專業(yè)教育中的系統(tǒng)能力培養(yǎng)更是首當其沖。各高校不斷加強新工科計算機類專業(yè)系統(tǒng)能力培養(yǎng)，推動高新技術(shù)與計算機類專業(yè)知識、能力、素質(zhì)的深度融合，探索計算機類專業(yè)改造升級的實施路徑，以此來提高學生適應新經(jīng)濟發(fā)展的整體素質(zhì)和綜合能力。

關(guān)鍵詞：新工科；課程群；計算機系統(tǒng)能力；實踐體系；實踐平臺

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）09-0159-03

Abstract：In the new situation of information technology development and application， computer professionals need to have deeper and more professional system level design， realization and application ability. Under the new engineering background， the system ability cultivation in the computer specialty education is the first to bear the brunt. Colleges and universities constantly strengthen the system ability training of computer major in new engineering subject， promote the deep integration of high and new technology and computer specialty knowledge， ability and quality， and explore the implementation path of computer specialty transformation and upgrading that improve the students overall quality and comprehensive ability adapting to the development of the new economy.

Key words： New engineering department； Curriculum group； Computer system capability； Practice system； Practice platform

1 引言

自2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設，先后有了復旦共識、天大行動和北京指南，旨在培養(yǎng)與國際接軌的復合型新工科人才。我國經(jīng)濟已經(jīng)進入高質(zhì)量發(fā)展階段，新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)和新模式對計算機類專業(yè)人才的培養(yǎng)提出了新要求，大力推進“新工科”計算機類專業(yè)人才培養(yǎng)的改革也勢在必行。我國計算機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，需要計算機類專業(yè)人才掌握解決復雜工程問題和進行軟硬件協(xié)同設計的能力，掌握計算機系統(tǒng)能力的計算機類專業(yè)人才，才能適應新工科背景下市場對人才需求的不斷變化。計算機系統(tǒng)能力的培養(yǎng)主要從理論知識體系、實驗實訓體系、實驗教學平臺等方面來體現(xiàn)和提高學生對計算機系統(tǒng)分析、設計、創(chuàng)新等能力。

2 新工科背景下計算機系統(tǒng)能力培養(yǎng)現(xiàn)狀

2.1 新工科內(nèi)涵

新工科，包含五新，即新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量和新體系，主要針對新興產(chǎn)業(yè)的專業(yè)，以互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)智能為核心，如人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、云計算、虛擬現(xiàn)實等相關(guān)工科專業(yè)，也包括對智能制造、機器人、云計算等傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級改造，培養(yǎng)創(chuàng)新實踐能力強，具備國際競爭力的高素質(zhì)復合型新工科人才。為了適應未來新經(jīng)濟和智能時代的工作需求，新工科建設將改造升級傳統(tǒng)計算機類專業(yè)，要求從事計算機開發(fā)和應用工作的計算機類專業(yè)人員必須深入了解和掌握計算機系統(tǒng)內(nèi)部的工作機制和原理，具備較強的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。

2.2 計算機系統(tǒng)能力培養(yǎng)目標

計算機類專業(yè)學生的系統(tǒng)能力核心是在掌握計算機系統(tǒng)原理基礎(chǔ)上，深入地掌握計算機系統(tǒng)內(nèi)部各軟/硬件部分的關(guān)聯(lián)關(guān)系和邏輯層次，了解計算機系統(tǒng)呈現(xiàn)的外部特征及與人和現(xiàn)實世界的交互模式，開發(fā)構(gòu)建以計算機技術(shù)為核心的高效應用系統(tǒng)。

系統(tǒng)能力包括系統(tǒng)知識和工程實踐能力。系統(tǒng)知識是掌握計算機核心系統(tǒng)的工作原理、構(gòu)造方法和軟硬件相互協(xié)同關(guān)系；工程實踐能力是用工程方法開發(fā)計算機應用系統(tǒng)。

應從理論知識和實踐應用上全面提升計算機類專業(yè)學生的系統(tǒng)能力培養(yǎng)，以適應未來計算機科學技術(shù)和新經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，滿足未來智能時代社會對計算機類人才的迫切需求。

2.3目前高校計算機系統(tǒng)能力培養(yǎng)存在的問題

1）各門課程獨立規(guī)劃、獨立設計和獨立教學，知識體系規(guī)劃缺乏系統(tǒng)性，造成知識體系中的知識點冗余，各門課程間銜接關(guān)系脫節(jié)，不利于綜合素質(zhì)和能力的培養(yǎng)。

2）課堂教學與實際應用脫節(jié)，課程偏理論，知識抽象，采用傳統(tǒng)的遞進式教學，忽略先修課程關(guān)系。重知識，輕能力，尤其是全面的系統(tǒng)能力。學生難以建立完整的計算機系統(tǒng)觀念，缺乏對計算機核心理論的深入理解，無法掌握計算機核心技術(shù)。

3）學生缺乏系統(tǒng)級工程訓練，各課程多采取“橫向”分析式教學方法，忽略“縱向”視角。實踐過程缺乏足夠的訓練規(guī)模和難度，解決問題的專業(yè)能力也有所欠缺，導致計算機技術(shù)綜合運用能力和素質(zhì)不足，難以確保計算機專業(yè)能力的有效形成。

4）硬件設備維護成本高、在線實驗課程匱乏以及虛擬實驗平臺欠缺等原因，導致學生課下實驗不充分；其次系統(tǒng)類師資不足，一線教師不具備系統(tǒng)開發(fā)的實際經(jīng)驗。

5）對學生能力進行考評的系統(tǒng)欠缺，各課程仍采用統(tǒng)一的教學目標和考核標準，無法因材施教，進行個性化培養(yǎng)。

3 新工科背景下計算機系統(tǒng)能力的培養(yǎng)

3.1基于OBE構(gòu)建層次遞進、深度融合的課程體系

系統(tǒng)能力的培養(yǎng)具有突出的工程教育特征，是解決復雜工程問題的直接體現(xiàn)。采用OBE教育模式構(gòu)建課程體系突出強調(diào)計算機類專業(yè)學生的計算機系統(tǒng)能力培養(yǎng)、系統(tǒng)設計、應用和創(chuàng)新能力的強化與提升。該課程群建設堅持立足實際、循序漸進、多步優(yōu)化的原則，同時兼具系統(tǒng)性、邏輯性、完整性和科學性。以提升計算機系統(tǒng)能力為人才培養(yǎng)目標，實現(xiàn)邏輯思維層的概念貫通、專業(yè)素養(yǎng)層的程序貫通、核心能力層的系統(tǒng)貫通以及學科拓展層的應用貫通。

3.1.1 建立課程群、多課程協(xié)同改革

在理論知識教學上，建立新的系統(tǒng)級綜合課程，強化系統(tǒng)知識、重新規(guī)劃建設計算機系統(tǒng)核心課程群，由《數(shù)字邏輯》《計算機組成原理》《計算機體系機構(gòu)》《操作系統(tǒng)》《編譯原理》等多門課程聯(lián)動協(xié)同教學，并確定每門課程的培養(yǎng)目標和能力評價方法。讓課程群之間的內(nèi)容聯(lián)系更緊密、銜接更順暢、系統(tǒng)性更強。構(gòu)建層次遞進的創(chuàng)新人才培養(yǎng)課程體系，能滿足快速發(fā)展的前沿科技對人才知識結(jié)構(gòu)的需求。

3.2 面向復雜系統(tǒng)能力的實驗體系

計算機系統(tǒng)能力培養(yǎng)的核心是掌握計算機軟硬件協(xié)同工作機制和基本運行原理，最終設計和實現(xiàn)計算機系統(tǒng)。面向系統(tǒng)能力培養(yǎng)的實驗體系則應該是多層次、自適應和可持續(xù)改進的。

3.2.1 采用工程案例驅(qū)動課程群

設計多目標、遞進式、迭代化的綜合性實驗，滿足不同學生個性化培養(yǎng)的目標，逐步遞進、迭代培養(yǎng)學生的興趣，逐漸增加實驗難度以減輕學生壓力、緩解畏懼困難的情緒，最終從使用計算機系統(tǒng)到構(gòu)建計算機系統(tǒng)。以能力培養(yǎng)為導向的實驗內(nèi)容，要求做到創(chuàng)新性、規(guī)模性、集成性、演變性以及綜合性。

以課程群為單位設計綜合性實驗，力求保證創(chuàng)意新、高質(zhì)量的實踐實訓，由企業(yè)工程師將工程項目案例融入課程群中，一個工程案例貫穿整個核心課程群，再將問題的復雜性、開放系統(tǒng)的規(guī)模性、技術(shù)工具的多樣性以及運用知識的系統(tǒng)性進行綜合，以實現(xiàn)基于課程群的綜合實訓，保證實訓的長期性、系統(tǒng)性、遞進性和延續(xù)性。

長期性：主要跨越2～3個學期，保證足夠時間的投入。

系統(tǒng)性：綜合運用課程群中多門課程的知識點。

遞進性：確保多樣化能力的循序漸進培養(yǎng)。

延續(xù)性：在其他課程群的實驗中可持續(xù)開展。

3.2.2創(chuàng)建軟硬貫穿、虛實結(jié)合的實驗平臺

構(gòu)建學科專業(yè)基礎(chǔ)能力培養(yǎng)實驗、系統(tǒng)能力培養(yǎng)實驗和科研能力培養(yǎng)三類軟硬融合、虛實結(jié)合的實驗平臺。為提升學生能力與素質(zhì)，實驗平臺應涵蓋軟硬協(xié)同的認知實驗、基礎(chǔ)實驗、綜合設計和創(chuàng)新研究，實現(xiàn)從“使用計算機”到“構(gòu)建計算機”。通過建立“四位一體”的實驗教學中心和“面向?qū)嶒灥脑诰€交互、在線實驗進程控制、在線實驗過程分析評價、實驗云資源”等虛實融合的軟硬件綜合實驗平臺，幫助學生學習和提升系統(tǒng)能力等級，服務教師多層次分析學生能力情況，以便更好地改進教學設計。

3.3 “產(chǎn)教融合”理念下協(xié)同育人、提升計算機系統(tǒng)能力

“產(chǎn)教融合”是切實可行的培養(yǎng)機制，不論是人才培養(yǎng)、專業(yè)建設、課程建設、實習實踐、師資培養(yǎng)等，都需要高校和產(chǎn)業(yè)的協(xié)同合作。建立產(chǎn)業(yè)與高校之間的信息融通、資源共享的協(xié)同育人創(chuàng)新體系。既可以解決高校師資不足的窘?jīng)r，又可以使用產(chǎn)業(yè)提供的在線實驗教學平臺來培養(yǎng)和提高學生計算機系統(tǒng)能力。

“產(chǎn)教融合”可提供校企合作平臺和聯(lián)合研究，企業(yè)通過發(fā)布項目、提供需求、提供實踐環(huán)境和內(nèi)容等方式推動高校的計算機系統(tǒng)能力培養(yǎng)工作。同時還可提高高校為經(jīng)濟社會服務發(fā)展的能力，為行業(yè)企業(yè)技術(shù)進步服務的能力以及為學習者創(chuàng)造價值的能力。

3.4分類分級的差異化教學方式

基于學生能力差異化的現(xiàn)實情況，為綜合實訓題目設置不同難度，主要以課后自學和實踐為主，課堂上教師主要負責引導和答疑。同時為學生設置最低目標，成績則采用“書面報告”+“口頭匯報”形式，以量化方式考核學生能力水平。

4 結(jié)束語

信息化、網(wǎng)絡化和智能化給新工科建設增加了新的技術(shù)內(nèi)涵，面對新技術(shù)、新經(jīng)濟、新業(yè)態(tài)，深化工程教育改革，大膽創(chuàng)新，整合資源，建立新工科教育體系，培養(yǎng)高質(zhì)量的新工科人才。只有改造傳統(tǒng)工科專業(yè)，發(fā)展新興工科專業(yè)，強化和提升計算機系統(tǒng)能力，主動布局未來戰(zhàn)略領(lǐng)域計算機類專業(yè)人才培養(yǎng)，才能提高國家硬實力和國際競爭力，這也成為全國高校與世界一流大學競爭和交流的重要途徑。

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【通聯(lián)編輯：王力】