新工科背景下計算機科學與技術專業課程群建設改革

李鵬 閔慧

1.湖南中醫藥大學信息科學與工程學院 湖南長沙 410208；2.湖南信息職業技術學院軟件學院 湖南長沙 410200

十年來，我國一直在探索工程教育的新途徑。先后實施了一系列行動，如試辦國家示范性軟件學院、建設微電子學院、實施卓越工程師培養計劃、推行CDIO工程教育、開展工程教育專業認證、發展戰略新興產業相關專業等。2015年，國務院出臺《關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》和《統籌推進世界一流大學和一流學科建設總體方案》，提出要圍繞國家的創新驅動發展戰略，深化高校創新創業教育改革，培養具有歷史使命感和社會責任心、富有創新精神和實踐能力的各類創新型、應用型、復合型優秀人才。此外，為了應對當前的信息技術革命和產業創新，國家在2017年2月出臺的“復旦共識”、6月發布的“北京指南”，都旨在帶動新工科背景下的工科專業建設，加快培養國家急需的信息類人才，這在國內高校中已經引起了廣泛的關注。計算機科學與技術專業作為培養信息類人才的核心支撐專業之一，對其進行升級改造已經迫在眉睫。研究新工科背景下的計算機科學與技術專業(以下簡稱為計科專業)課程群建設改革可以滿足當前和未來的戰略新興產業競爭人才培養的需要，具有重要的理論意義和實際價值。

1 計科專業課程群建設存在的問題

課程群建設已經成為各大高校專業課程教學改革實踐中的一個重要環節，課程群建設的結果直接影響到本專業學生基本能力和素養的培養，也與教學質量的好壞存在著密不可分的關系。然而，現有的計科專業課程群還有諸多不足之處，無法滿足新工科背景下對于信息類人才的需求，概括起來包括以下兩個方面：

(1)不同課程之間教學脫節。由于受到教師專業背景不同的影響，任課教師在講授各自所承擔的課程時，往往只能專注于這門課程本身，不能將不同課程的知識點進行串聯講解，而事實上，計科專業的很多課程之間存在著深層次的聯系，例如，線性代數課程中的線性相關/無關、矩陣分解等知識點與人工智能原理中的機器學習技術密不可分，概率論與數理統計中的高斯分布、大數定理等知識點與數據挖掘也有千絲萬縷的聯系，但現有的課程教學方式和教學團隊還不能有效地建立起不同課程之間的聯系，在課程教學環節中無法給學生闡明理論知識與工程實踐問題之間的深層次關聯，從而不能有效促進學生開創性思維的培養，與新工科背景下信息類人才培養的要求不吻合，有待于進一步改進。

(2)課程群建設內容過于隨意。課程群的建設不能只關注“課程”而忽視“學生”這一施教對象。一旦脫離了學生對象，課程間內容的整合就毫無意義。然而，現有的課程群建設還存在兩個誤區：①群內課程的組合缺乏有效的規劃。對于不同的工科專業來說，到底應該將哪些專業課程組合在一起構建成課程群還沒有統一評判的標準，這也是目前課程群建設中面臨的難點之一。②群內課程內容過于寬泛。目前來看，很多高校在開展課程群建設過程中都會把涉及本專業相關的絕大多數課程涵蓋到課程群體系中，從而使群內內容過于龐大。一方面使得教師的教學壓力增大，在教學過程中抓不住教學的重點和難點；另一方面也在一定程度上浪費了教學資源。因此，如何根據本專業人才培養的目標來合理地對課程群內容進行選擇和組織，理清相關課程之間的邏輯關系，進而提高課程群建設的質量是目前必須解決的緊迫問題。

2 計科專業課程群建設改革

課程群是由若干門獨立而又具有密切聯系的課程組成的系列課程，建立課程群的目的是豐富和完善學生的知識體系，建立起知識的整體脈絡和結構。因此，在新工科背景下計科專業課程群建設的總體目標是在契合計科專業各門課程學習規律的基礎上，采用新的策略和方法對該專業的相關課程進行規劃和整合，形成以培養思維敏捷、邏輯清晰、極具創造性和先進性的高素質人才為目標的課程體系。

計科專業課程群的建設不是簡單的課程堆積，而是根據信息類人才培養的需要和信息技術發展的趨勢，從為了實現學生知識、能力和素質協調發展的角度系統地對計科專業的相關課程進行整體設計和優化。湖南中醫藥大學信息科學與工程學院計科專業課程群的設置是在保證學生修完學校要求的公共課、專業基礎課和專業課等所需學分的前提下，從學院的實際情況出發，以融入行業新技術為指導，體現專業優勢和行業背景的特色課程群建設架構，如下圖所示。計科專業課程群包含3類課程：(1)以訓練計算思維素養為目標的基本能力課程；(2)以提升編程能力為目標的工程能力課程；(3)以培養“卓越”工程師為目標的創新應用能力課程。

計科專業課程群建設總體框架圖

2.1 夯實學生的基礎，培養學生的計算思維

計科專業的專業課程種類繁多，需要掌握的知識涵蓋了硬件和軟件層面，課程之間的學習關系具有邏輯相關性。例如，只有先學好了C語言才具備了學習數據結構的基礎條件，而能不能學好數據結構對后續操作系統的學習又會產生較大的影響。因此，在課程群建設的基礎能力課程中必須夯實學生的基礎，訓練學生的計算思維素養。例如，開展高等數學、線性代數等課程的教學，使學生掌握數學、物理等較寬厚的自然科學知識；開展數據結構、編譯原理等課程的教學，使學生掌握計算機科學的基本理論和技術，具有良好的計算機理論知識。具體而言，教師要從大一開始，在基本能力課程的教學過程中講授清楚計算機科學發展的脈絡，給學生灌輸計算機解決問題的基本思路，使學生明白計算機工作的基本原理，搞清楚數理知識與計算機學科發展的深層次聯系，明確計算機要解決的本質問題是可計算問題，給學生打下堅實的理論基礎，使學生獲得豐富的理論知識儲備，從而為計科專業人才的培養奠定基礎。

2.2 以綜合能力提升為主線，優化課程群的教學內容和課程體系

計科專業課程群建設的重點在于規劃好教學內容和課程體系的講授過程，應該緊緊圍繞著“為什么講”“講什么”和“怎么講”等三個基本原則來優化課程群的教學內容和課程體系。具體而言，可以采取如下的措施：(1)以實際問題為導向，將教學的目的和意義作為切入點，優化專業課程的教學設計，建立起整個課程體系教與學的主線，鍛煉學生的啟發性思維。(2)以專業能力為導向，規劃好專業課程的教學內容，精講課程的主要內容，做到有的放矢。(3)以工程項目教學法為軸心，開展理論與實踐相結合的教學，培養學生的軟件工程思維。

此外，還需要將課程群的優化工作與新工科人才培養的需要密切結合起來，參照教育部給出的計科專業核心課程目錄，理清相關課程所對應的專業核心能力，以對接行業標準為導向，以引入業界新技術新方法為重點，構建以基本能力、工程能力和創新應用能力提升為主線的遞進式課程體系。

2.3 以人為本，面向新工科人才培養來組建教學團隊

建設高質量課程群的關鍵是組建出高水平的教學團隊，它對于人才培養的質量具有重要影響。在新工科背景下，好的教學團隊不僅要具有較強的課程教學能力和科研能力，還需要具備豐富的工程項目經驗，能夠把握社會對于信息類人才需求的動態，靈活運用新技術、新方法開展相關課程的教學。就計科專業而言，可以從以下三個方面來組建教學團隊：(1)從學院當前的實際情況出發，認真分析相關課程在教學過程中凸顯出的人才短缺問題，有針對性地引進優秀人才，提升教學團隊的能力。(2)打破學院內部不同教研室之間的學科界限，以實現課程的深度融合為目的來整合教學資源和教師資源，每個學期定期開展課程教學反思、課堂教學競賽等交流活動，理順課程群中相關課程教學之間存在的關聯性，拓寬教學理念。(3)建立配套的政策和制度，引導教師結合學科專業和研究方向更新知識體系，加強跨學科、跨專業領域的新技術、新方法研究，提升自身工程實踐能力和理論學術水平。

結語

湖南中醫藥大學是一所獨具特色的醫藥類高校，為落實立德樹人，解決“培養什么樣的人”的問題，本校計算機科學與技術專業于2019年按照工程教育認證標準修訂了本科生培養方案，廣泛開展了產教融合、校企協同育人，對課程群建設進行了深度優化。自課程群建設實施以來，成績斐然，主要體現在三個方面：(1)學生參加中國“互聯網+”大學生創新創業大賽、挑戰杯、中國大學生服務外包創新創業大賽、藍橋杯、湖南省大學生計算機程序設計競賽等國家級和省部級學科競賽，累計參賽人數超過400人次，獲得國家級和省部級獎勵80多項，其中國家級一等獎3項，省部級一等獎10多項。(2)計科專業獲評湖南省一流專業，多門課程被立項為精品課程。(3)根據近三年的計科專業畢業生數據追蹤統計可知，學生對于學科的滿意度明顯提升，畢業生就業質量得到極大提高，考取研究生的比例也逐年上升，實現了學生知識、能力、素質的協調發展。實踐證明，本文提出的計科專業課程群建設改革方案，滿足了新工科背景下人才培養的需要，可為其他專業的課程群建設提供有價值的參考。