新工科背景下以數據為中心的計算機專業教學改革

郎大鵬 劉杰 崔玉文

摘 要：工科技術的發展非常迅速，甚至可以說是日新月異，這一點在計算機科學中體現得尤其明顯。而學校的課程往往更新速度緩慢，不能及時反映新技術的發展。為了滿足社會對計算機人才的需要，在人才培養的過程中應該進行改革。在目前以大數據、人工智能為新的產業方向的時代背景下，教學改革的方向應該以數據科學為重點。本文分析了傳統的計算機教學模式的不足，并且提出了改革方向。

關鍵詞：數據科學;計算機教學;改革

引言：

培養工科人才應該緊緊跟上相關產業的需要，如果教學與社會發展的需要脫節嚴重，對教育資源的浪費。傳統的計算機教學沒有跟上時代的要求。尤其體現在對數據科學的教學上。對數據的管理才是目前階段計算機人才最需要掌握的知識。本文的目的就是分析在當前背景下計算機教學的改革方向。

一、傳統模式的不足

計算機技術飛速發展，在當今時代，計算機最廣泛的作用是存儲數據、處理數據以及管理數據。可以說計算機最大的服務對象是數據。由此可見，對數據的存儲、操作、管理等才是現階段也是將來很長一段時間內計算機科學的重點。而目前的情況是，絕大部分大學中還是把計算機的計算功能作為教學的重點，沒有把計算機對數據的管理作為教學的核心。具體來說有以下表現。

第一、沒有把并行計算當成計算機教學中的重點。人工智能和大數據科學對硬件的要求比較高，需要規模龐大的集群。但是傳統的教學方法中，缺乏并行的程序設計和程序編碼、并行的數據結構等方面的訓練，而這些恰恰是集群的重要應用[1]。

第二、傳統教學中把計算機單擊系統作為教學重點，與目前計算機領域應用廣泛的分布式系統差距比較大。學生在學校里沒有學到更加前沿的計算機應用技術。

第三、傳統教學中有關數據的課程內容過于簡單，與目前的數據應用與管理方面的技術差距很大，學生對計算機領域比較新的領域了解得太少，例如人工智能。

第四、沒有兼顧到計算機科學與社會上其他領域的結合，僅僅把視野放在計算機這一工科專業的技能訓練上，對學生在交叉領域的培養還遠遠不夠。

二、教學改革的方向

教學改革要和時代的需求緊密聯系在一起。現階段要把改革的重點放在三個方面。

第一，通過計算機編程解決問題。這一方面主要是計算機教學中最為基礎的一個部分，也是學生在學習中的入門課，其作用還是非常重要的。學生學習的主要課程內容包括算法、數據結構和程序設計。在以往的計算機教學中，這一部分的教學內容已經長期沒有更新或者說沒有進行太大的改變，課程內容陳舊，已經遠遠不能滿足當前階段的教學需要。目前至少要在兩個反面進行改革。第一，正如前文所述，首先要解決傳統教學中對并行計算培養不足的問題。要在最基礎的環節就開始培養學生在并行計算方面的能力。第二、在課程設計方面，要引入比較新興的計算機編程語言，因為很多新的編程語言在并行計算方面做了很多設計上的改進，比以前的編程語言更加適應新時代的要求[2]。

第二，培養學生設計和管理復雜系統的能力。在傳統的計算機教學中，由于課程設計更新變化的速度遠遠趕不上計算機科學極其應用的發展速度，所以很多課程在設計上就暴露出問題。具體來說有以下幾點。第一，課程中設計的實驗與學生在實際工作中遇到的問題，在復雜度上和實用性上都存在較大差距，有明顯的脫節，滿足不了學生在實際工作中的需要。第二，程之間的銜接度不夠，沒有形成一個整體，沒有體現出計算機科學整體的知識體系，不能讓學生認識到學科的全貌。第三，計算機課程中對新技術的引入非常緩慢，往往有些技術在社會上已經應用多年，并且逐漸成為實際工程應用中的主流，但還沒能及時進入學校的課堂上。例如目前非常主流的分布式系統，在學校的教學中就很少涉及。學生往往是走上工作崗位后，在實際工作積累相關方面的工程實踐。以上問題的出現要求學校在課程設計上加強實驗設計的工程復雜度，并且有更加實際的意義，與社會需要緊密聯系。除此之外，教學中應該開設介紹計算機體系的內容，并且及時融入新的技術發展，讓學生能夠了解其全貌[3]。

第三，在數據方面的教學要緊跟時代步伐，滿足現階段社會對人才的需要。學科設計中要把對數據科學的缺失彌補起來。傳統教學中關于數據科學的課程一般只包括數據庫系統方面的內容，這樣的教學內容非常薄弱，完全沒有體現出數據科學在計算方面的進步和發展。想想看，當人工智能已經開始逐步進入人們生活的時候，學校的計算課程中連其所依賴的數據科學的內容都還遠遠不夠，學生怎么能跟上時代的步伐，怎么能適應社會的需要。因此，教學思維需要轉換，關于數據科學的課程必須大幅度引入到課堂上，包括對數據的獲取、存儲以及管理等缺一不可。另外新技術更新比較快，教學中要有及時響應技術變化的機制，并將其快速融入教學過程中，從而達到教學與技術同步發展的程度[4]。

三、結束語

綜上所述，計算機教學改革應該在數據科學上下功夫，在編程等基礎環節，重視并行計算，引入新興的更加優秀的編程語言。在此基礎上培養學生處理復雜系統的能力，增強學生的工程應用及管理的視野及水平。

參考文獻：

[1]陳潔，張文翔.大數據視角下計算機科學與技術專業建設探究[J].軟件導刊，2016，15（10）：185-187.

[2]譚義紅，陳治平.大數據時代信息與計算科學專業數據分析人才培養[J].現代職業教育，2018（1）：54-55.

[3]甄文波，孫波.基于大數據背景下計算機科學與技術專業教學改革方向研究[J].數碼世界，2018（4）：122-122.

[4]周義鎮.淺談大數據時代的計算機科學與技術專業綜合改革[J].經營管理者， 2017（11）：363.

基金項目：

本項目受到2019年黑龍江省高等教育教學改革項目資助，項目名稱“過程化考核可行性實施方案及支撐工具建設”。