面向國家戰略需求的中德交叉學科人才培養比較研究
——以中山大學和凱澤斯勞滕工業大學的計算機學科為例

黃明鳴，衡 益，江 穎，盧宇彤，吳 迪，萬 海

（中山大學計算機學院，廣東廣州，510006）

0 引言

高等教育是國家發展水平和發展潛力的重要標志。要辦出中國特色世界一流大學，形成高水平的人才培養體系是保障［1］。圍繞立德樹人根本任務，2017 年以來我國頒布、實施了系列政策措施，包括《加快推進教育現代化實施方案（2018-2022 年）》《關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見》《關于實施基礎學科拔尖學生培養計劃2.0 的意見》《關于深化產教融合的若干意見》《中國教育現代化2035》等。我國從“十三五”邁入“十四五”規劃建設，立足人才強國戰略，高等院校和科研院所進一步優化學科結構和人才培養體系，對促進人的全面發展、建設高等教育強國意義重大。

推動我國高等教育內涵式發展，需要聚焦交叉學科建設和交叉人才培養。現代科學既高度分化又高度綜合，而交叉科學又集分化與綜合于一體，實現了科學的整體化［2］。隨著新一輪科技革命和產業變革加速演進，學科深度交叉融合勢在必行，經濟社會發展對高層次創新型、復合型、應用型人才需求更加迫切［3］。2018 年5 月習近平總書記在北京大學考察時指出“要下大氣力組建交叉學科群”，2020 年10 月國家自然科學基金委員會宣布正式成立交叉科學部，2020 年12 月教育部發布《關于設置“交叉學科”門類、“集成電路科學與工程”和“國家安全學”一級學科的通知》［4］，2021 年4 月習近平總書記在清華大學考察時強調要用好學科交叉融合的“催化劑”，2022 年1 月三部委發布《關于深入推進世界一流大學和一流學科建設的若干意見》［5］。我國不斷推進交叉學科的融合發展是主動呼應了科學發展的必然訴求，而新時代發展格局更要求持續培養出高層次的交叉學科復合型人才。

放眼全球，德國作為現代大學發源地，是最早將科研與教學相結合的傳統高等教育強國。凱澤斯勞滕工業大學作為德國一所年輕大學，坐落在不足10 萬人口的小城市，卻在校園內創建容納了10所國家級、地方級研究機構，該校計算機專業等多個學科通過對內對外的深度合作實現了教研相長，高水準地響應了德國國家、地方和企業等多個層面在創新發展過程中對復合交叉型人才的持續需求，這是在德國其他大學所鮮見的。在中國的高等教育現代化建設進程中，中山大學計算機學院依托綜合實力雄厚的中山大學，通過主動探索優化教育教學新模式，持續在主干基礎學科、優勢特色學科、新興交叉學科及相關專業方向獲得高質量的教學、科研成果，主動服務于國家戰略需求和地方社會經濟發展。顯然，人才培養是一個長期、復雜的系統工程。本文旨在以中山大學和凱澤斯勞滕工業大學的計算機學科專業為例，分析比較兩國交叉學科人才培養體系，總結相關專業成果發展的歷史和經驗，為加快推進我國高等教育的高質量建設和發展提供參考依據。

1 中山大學計算機科學與技術專業人才培養

1.1 歷史沿革和學科發展

中山大學計算機學院的歷史沿革可追溯至1979 年創建的計算機科學系，它是我國最早招收計算機專業本科生的單位之一，也是華南地區最早招收計算機學科碩士、博士研究生的單位之一，至今已有40余年的人才培養歷史。

在學科專業整體協同發展方面，中山大學計算機學院建有計算機科學與技術、軟件工程、網絡空間安全3 個一級學科博士點、計算數學二級學科博士點，計算機科學與技術、網絡空間安全2 個博士后流動站，及計算機類（含計算機科學與技術、網絡空間安全、軟件工程、信息與計算科學）和保密管理兩個本科招生大類，各專業方向聚力融合、互促共進。其中，作為計算機學科核心專業之一的計算機科學與技術專業于2019 年入選國家級一流本科專業建設點；信息與計算科學專業于2020 年入選國家級一流本科專業建設點。此外，計算機科學拔尖學生培養基地入選“基礎學科拔尖學生培養計劃2.0 基地（2021 年度）”，擁有來自全國各地的優質生源，是華南地區招生分數線最高的專業之一。

1.2 培養目標和總體要求

以中山大學計算機科學與技術專業為代表，該專業的人才培養總體目標是培養政治立場堅定、立志服務于國家重大戰略需求的高端處理器芯片和計算機系統結構領域創新型人才。

根據本—碩—博完整的人才培養體系設立分階段培養目標，建立實施分階段的選拔考核和考察評價機制，注重本碩博培養的銜接性，統籌三階段創新能力培養體系，幫助高層次人才快速成長。其中，在本科生人才培養階段，以計算機科學理論為基礎、以計算機硬件和軟件為核心主線，結合超級計算機與高性能計算、人工智能等具體的前沿熱點研究方向，設立完備的課程體系，加強學生對計算機學科基礎理論的學習和理解，強化學生運用計算機知識解決實際問題的能力，鼓勵學生和了解學習計算機學科各領域的前沿發展，致力于培養計算機相關領域的研究與應用復合型人才。

1.3 課程體系和培養模式

仍以計算機科學與技術專業為代表，該專業的課程體系涵蓋了通識教育和專業教育兩方面。在通識教育課程設置方面，中山大學計算機學院積極投入全校性的深化通識教育改革，加強通識教育課程模塊的質量和內涵建設，建立由“交叉與綜合模塊”與“創新創業模塊”構成的通識課程教育體系，以此完善學生的知識結構，培養學生的多學科思維與創新創業能力。在專業教育課程方面，以“厚基礎、強系統”為指導設置思想本科課程。具體而言，厚基礎主要包括開設一系列數理基礎和計算機基礎相關的必修課程；強系統主要是指賦予學生理解計算機系統的整體性、關聯性、層次性、動態性和開放性的能力，使其掌握計算機硬軟件協同工作及相互作用機制，能夠綜合運用多種知識與技術完成全系統開發。此外，在特色課程方面，專業還設立了計算機芯片相關課程。

包括計算機科學與技術專業在內，中山大學計算機學院各專業建立了“一專四全”的培養模式，具體內容包括：

（1）專業化學科培養。面向國家重大戰略需求，結合計算機科學與技術專業特點，構建教學—實踐—科研一體化、本碩博貫通的教學體系，強化創新能力的培養。

（2）全科式基礎強化。加強學生思想道德和人文素養教育，重點強化學生的數理基礎和計算機軟硬基礎。

（3）全方位科研訓練。以科研訓練助推專業方向發展，打造基于探索類課程和綜合實踐的多輪迭代能力培養方案，鼓勵學生參與跨專業的學科交叉學習研究。

（4）全程化導師引領。實施本科生“全程導師制”，建立本科生學業導師、科研導師和職業導師制度，實現與碩、博階段的有效銜接。

（5）全球化資源導入。建立多方位、多層次的國際學術交流平臺，支持國際化教學發展，培養學生國際化思維。

2 中德交叉學科人才培養比較研究

2.1 學校多學科綜合優勢突出明顯

大學的戰略定位和發展理念對大學各個學科的傳承、發展與創新均具有極為關鍵的影響，構成了學科人才培養的先決條件和重要保障。中山大學和凱澤斯勞滕工業大學綜合實力雄厚，各學科的成長、進步又進一步支撐大學蓬勃發展，更好地實現人才培養、科學研究、服務社會等大學應有職能。兩所大學的相關基本信息如表1所示。

中山大學創立于1924 年，是具有100 多年辦學傳統的國內一流、國際知名的教育部直屬現代綜合性大學。學校以“面向世界科技前沿、面向經濟主戰場、面向國家重大需求、面向人民生命健康”為基本導向，現已形成“綜合性、研究型、開放式”的特色。學科門類覆蓋面廣，是教育部直屬高校中學科門類最齊全的學校之一。在第四輪全國學科水平評估中，A 類學科數（A+、A、A-）共14個；在第二輪“雙一流”大學名單中，11 個學科再次入選國家“雙一流”學科名單，入選學科數全國并列第8，學科總體實力居于國內高校前列。在綜合性全球大學排名上，2021 軟科世界大學學術排名（ARWU2021）位列全球第89。“十三五”期間，中山大學的計算機學科的排名穩步上升，ARWU 排行榜上進入國際前100，ESI 排名進入全球前1.34‰，2019 年、2020 年QS 計算機學科排行榜進入國內前8-12；在Computer Science Rankings 排名中的計算機視覺領域，中山大學位居亞洲第3，世界第5；2020 年《泰晤士報高等教育》（Times Higher Education，THE）中國學科評級中，計算機科學與技術、軟件工程均被評為A 級。

凱澤斯勞滕工業大學（Technische Universit?t Kaiserslautern，TUK）成立于1970 年，建校迄今逾50 年歷史。學校致力于不斷提升國內外綜合實力，為地區和國家發展提供科學源動力，中長期的發展目標是成為德國綜合排名前10 的工業大學［6］。該校十分重視多學科、多領域建設發展，同時各學科自發圍繞相關領域展開高質量的合作，共同促進大學的教學、科研與應用轉化。在大學整體排名上，THE 針對1968-1985 年間成立的世界年輕大學進行了大學排名，TUK 一度位列全球第82［7］；在多維全球大學排名（U-Multirank）中TUK 總體得分為7 分，屬于“非常好”類別（2020 年）［8］。在專業學科排名上，TUK 在Wirtschaftswoche 德國權威高校排行榜（2019 年、2020 年）［9］中的電氣工程（第6）、信息工程（第6）和計算機科學（第8）領域表現突出。

Table 1 Basic information about SYSU（Sun Yat-sen University）and TUK表1 中山大學和凱澤斯勞滕工業大學基本信息

2.2 交叉學科與特色專業推動融合發展

大學的首位屬性應是國家屬性。在中國特色社會主義教育發展的探索進程中，當面對“如何更好推進由外延式發展向內涵式發展轉變，由常規發展向主動發展轉變”這一重要挑戰時，中山大學計算機學院始終堅持立德樹人根本任務，堅持走符合國情的教育發展和改革實踐之路，形成了契合教育規律、具備鮮明特色，且能夠培養出國際化優秀人才的育人體系。兩所高校計算機專業交叉學科人才培養體系的比較如表2所示。

在上述“課程體系和培養模式”基礎上，以關乎國家戰略的前沿熱點研究方向——“超級計算”為例，中山大學計算機學院以已設專業為依托，面向我國高性能計算事業可持續發展和“卡脖子”核心技術領域，建設“高性能計算人才”培養體系，以解決我國高性能應用水平與國外差距較大、高性能計算人才短缺、人才培養難度大、現有人才資源難以支撐迅猛增長的應用需求等一系列難題。作為全球唯一擁有世界排名前10 超級計算機的學院，以及作為國內唯一擁有“計算數學”二級學科的計算機學院，該院在國內設立了首個超級計算專業方向，遵循高性能計算人才培養核心目標，融合計算機科學與技術、信息與計算科學和軟件工程等3 個專業的課程體系，制定具有顯著理工結合、學科交叉特點的高性能計算人才的專業培養方案。圍繞“三全育人”一體化育人體系，建立面向超算特色的全程導師制度，充分發揮導師在科研、學業方面對學生的全程指導、培養作用，發掘高性能后備人才進行深造培養，并進一步充實強化高性能計算領域的科研教學團隊；實現在校學生的“院內科研導師—院外應用專家—超算研發人員”三方協同培養方案，包括由院內教師擔任科研導師、企業導師擔任職業導師對學生進行協同培養、參與共建課程體系，以及由超算研發人員結合實際科研項目和應用案例助推產學研融合的人才培養、組織參與創新創業科技競賽活動等。實踐表明，該培養體系為高校、科研機構和企業輸出了一大批專業素質過硬、學習能力強和整體綜合素質高的交叉研究人才。

Table 2 Comparison of interdisciplinary talent cultivation system concerning majors in computer Science of SYSU and TUK表2 中山大學與凱澤斯勞滕工業大學計算機專業交叉學科人才培養體系比較

TUK 設置了本—碩—博完整的人才培養體系，并執行寬進嚴出的學位授予標準，這與中山大學一致的。TUK 具有德國高校的共性和特色教學模式，其教學模塊可分為基本模塊和擴展模塊等，其下涵蓋的每個具體主題模塊擁有至少1 門課程，采用大課（Vorlesung）、練習課（übung）、研討課（Seminar）、實驗或實習課（Praktikum）等多種授課形式。僅就計算機科學本科專業（Informatik，B.Sc.）而言，該專業的課程體系立足學科特色，重視以課堂教學為主的專業教育和以項目訓練為主的實踐教育，設置了基本模塊、擴展模塊和補充模塊部分及學位論文部分，其中基本模塊作為必修內容涵蓋軟件開發、計算機系統、理論基礎、跨學科資格等4 個子模塊，為學生面向應用和面向多學科融合的多元化發展奠定了堅實的基礎。

2.3 教學資源及教研平臺提供堅實保障

積極有效的教育實踐不僅需要師資、設備、環境等教學資源的有力支撐，還需要高水平的科學研究平臺和成果來反哺教學，達到科教融合育人的目的。不得不提的是，從兩所學校的教研平臺與研究機構可見，他們作為跨院系、跨學科的組織，打破了學科、部門間的壁壘，構建了極具特色的學科交叉融合的大平臺，在區域、國家甚至全球范圍發揮了極為重要的作用，進一步提升了大學及相關機構的跨學科前沿研究的引領性，對教學和人才培養的意義重大，由此實現了學科專業乃至整個院校長期不斷的良性循環發展。

中山大學計算機學院的人才培養離不開一批水平先進、設施完善的實驗室和教學科研平臺，包括國家超級計算廣州中心、高性能計算2011 協同創新中心、國家數字家庭工程技術研究中心、數字家庭互動應用國家地方聯合工程實驗室等4 個國家級科研平臺，機器智能與先進計算教育部重點實驗室、教育部超算軟件工程中心、廣東省信息安全重點實驗室、廣東省計算科學重點實驗室、廣東省大數據分析與處理重點實驗室等8 個省部級科研平臺及數據科學與計算機實驗教學中心，這些實驗室和平臺大大加速了學科交叉研究成果的產出。總體而言，計算機學科人才培養充分發揮了國家、省、部、市級多層次平臺的優勢與特色，通過融合計算數學、高性能計算和軟件工程專業教學資源，優化計算數學、高性能計算和軟件工程專業方向的課程設置，構建了一套完整有效的人才培養體系。教育教學的內涵式發展成效顯著，近兩年中山大學計算機學院在校生發表CCF A 類/一區文章80 余篇，在全國同類專業中名列前茅。本科生在國內外各類比賽中表現突出，近10年在世界大學生超算大賽中共獲最佳性能獎2 次、e-Prize獎2 次、最佳應用性能獎3 次、總決賽一等獎8 次，在ACM國際大學生程序設計競賽中穩居全國前5、曾位列全球第6，其它各類競賽獲獎共計500余人次。

TUK 學科建設與中山大學有相似之處，從理論教學到實踐教學，從人才培養到師資發展，均體現了學校和校內外研究機構間的融合發展。主要共有10 所國家級和地方級研究機構坐落在TUK 校園內，并與學校保持深度合作。他們共同構成了凱澤斯勞滕地區科學與創新聯盟（Vorstandsvorsitzender der Science &Innovation Alliance Kaiserslautern，SIAK）的核心。該聯盟是一個高度專業化的多學科網絡，致力于為工業界、經濟界和行政界的科學研究者及合作伙伴提供基于最新技術和方法的創新性解決方案。特別是德國科學組織聯盟成員之一——弗勞恩霍夫應用研究促進協會（Fraunhofer-Gesellschaft zur F?rderung der angewandten Forschung e.V.），作為德國和歐洲最大的應用科學研究機構之一，他所設立的多個研究所從創立之日起就始終與學校攜手并進。例如，TUK 創建的德國人工智能研究中心（German Research Center for Artificial Intelligence，DFKI）如今已成為世界上最大的人工智能研究中心，該中心建立于上世紀1988 年的事實從側面反映了TUK 及其合作伙伴具有極為敏銳的把握世界尖端技術發展趨勢的能力。包括TUK 師生在內，來自65 個國家的660 名研究、管理人員和440 名研究生參與了250 多個DFKI 在研項目，有140 余名德國境內外大學的教授曾經或正在DFKI 工作，學校則通過與DFKI 共建的實習計劃等方式培養學生科研、就業的關鍵能力和素質，直接或間接推進了所在機構及團隊的人才培養。

2.4 數字化教學和資源共享切實服務社會

數字化教學整合了高等院校高水平資源，有助于提高高校的資源配置效益，推動引領區域社會創新性發展，促進全日制、非全日制學習和跨學科學習，營造終身學習理念，強化職業教育、交叉學科教育與傳統理工科教育之間的聯系。

中山大學計算機學院建設并完善基于“天河二號”超級計算機打造的、全球規模最大的高性能計算教育實踐平臺——超算習堂，自上線以來訪問量超過800 萬人次，服務用戶超過1.1 萬人，用戶遍布全國29 個省份和自治區的900 余所單位，已上線近100 門MOOC 課程和53 門實訓課程，面向粵港澳大灣區開展了500 余場專題培訓，為包括港澳臺地區在內的全國學生完成近8 000 次并行程序評測，每年提供免費機時超過2 000 萬核時。這些教育教學工作對推動國內高性能計算和超級計算機的高水平復合型人才培養和成果產出均產生了深遠的積極影響。

TUK 于1992 年成立遠程和獨立研究中心（Distance and Independent Studies Center，DISC），迄今積累了近30 年的數字化教學經驗，已有1.5 萬名學生完成該中心的數字化遠程學習。目前，DISC 提供包括人力資源、管理與法律以及科學與工程等領域在內的27 門碩士課程或證書課程，2020 年參加學習的學生人數約占學校學生總人數的28%。2017 年，在線評估門戶網站FernstudiumCheck.de 發布“最受歡迎的遠程學習提供者”排名中，TUK 的DISC 位列第1，輻射影響范圍較廣、作用明顯。

3 對我國高等院校計算機相關專業建設發展的借鑒意義

服務國家利益與時代主題，是各國高等教育一貫的使命和責任。以滿足國家戰略需求和服務社會發展為導向，我國和德國的高等教育從未停止過改革的步伐。

人才培養是一個復雜的系統工程，而交叉學科復合型人才對基礎科學和應用科學的研究意義重大。我國對此早有布局，曾陸續出臺了“卓越計劃”“‘六卓越一拔尖’計劃2.0”“強基計劃”等。為落實相關文件精神，中山大學等國內雙一流建設高校從人才培養的系統性出發，目標明確、貫徹有力，取得了顯著成效，其成果效應已外延至全國、超越國界。從國際角度看，圍繞德國工業4.0 時代的戰略規劃，德國大學沿襲教研結合的傳統教學方式，搭建復合型人才培養體系。TUK 突出面向多學科交叉的實踐教育，及早把握住了跨學科發展的必然趨勢和復合型人才的增長需求，結合自身優勢特色采取系列舉措，培養了一大批交叉學科人才，繼而因優質人才支撐得到高質量發展。

借鑒以上經驗，國內高等院校在發展文理醫工學科的同時，可注重突出特色、錯位發展，努力形成新的學科增長點，發展跨學科的教學和科研，營造多學科融合發展的良好氛圍，以人才培養為核心，在教育教學、科學研究、成果轉化、數字化辦學、國際化教育、后勤保障等方面重點突破、循序漸進、兼顧發力，使多層次的人才培養成規模、筑體系、出成效、立標桿。同時，高等教育界可參考德國精英集群、精英高校的模式，促使多所高校在相關優勢學科領域形成耦合強力，發揮高校共同引領作用，聚焦“卡脖子”關鍵技術聯合攻關項目。

4 結語

本文立足于我國高校計算機專業的歷史沿革、學科發展、人才培養特點等基本情況，比較分析中德兩所大學相關專業交叉學科人才培養體系，研究探討計算機學科人才培養的異同，歸納凝練出一些高等教育相關的辦學經驗和先進方法。

綜上所述，我國高等教育發展應始終倡導不忘初心、恪守價值信仰，厚植大學文化、回歸學術精神，在與國際接軌的同時，應取他國之精華、去其糟粕，形成獨具特色的新時期中國教育機制體制，服務于中華民族復興的偉大使命。