產(chǎn)學研合作培養(yǎng)模式下信息與計算科學專業(yè)課程體系重構研究

潘俊杉

（湖北大學數(shù)學與統(tǒng)計學學院 湖北 武漢 430062；應用數(shù)學湖北省重點實驗室 湖北 武漢 430062）

信息與計算科學專業(yè)是由數(shù)學、計算機科學、信息科學等學科相結合形成的交叉學科。傳統(tǒng)的信息與計算科學專業(yè)以培養(yǎng)科學計算、信息處理和軟件開發(fā)人才為主，但是科學計算對人才專業(yè)技能要求很高，本科畢業(yè)生難以滿足用人單位的需求；而信息處理和軟件開發(fā)雖然就業(yè)渠道廣，但畢業(yè)生往往缺乏實踐經(jīng)驗，難以獲得應用市場的青睞。為了解決這一困境，眾多高校[1-2]開展了與產(chǎn)業(yè)聯(lián)合的人才培養(yǎng)模式的探索。

隨著《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》的深入實施，創(chuàng)立高校與行業(yè)、企業(yè)和研究機構等單位聯(lián)合培養(yǎng)人才的新機制和新模式也逐漸涌現(xiàn)。安徽工業(yè)大學的張濤等人[3]開展了信息與計算科學專業(yè)結合校企合作基地的實訓實習教學改革；合肥學院[4]依托校企合作平臺結合新工科建設的要求，探索了信息與計算科學應用型工程技術人才培養(yǎng)模式；長春大學祖力等人[5]開展了信息與計算科學專業(yè)課程體系的改革。盡管這些改革取得了很好的效果，但它們主要局限于校企合作的實習實訓改革，未能深入探索如何將產(chǎn)學研模式深度結合到專業(yè)課程體系建構中。因此，以培養(yǎng)行業(yè)真正需要的實用型人才為出發(fā)點，依托產(chǎn)學研合作培養(yǎng)模式，開展產(chǎn)學研合作培養(yǎng)模式下的專業(yè)課程體系重構研究，具有重要的意義。

1 存在的問題

湖北大學（以下簡稱“我校”）信息與計算科學專業(yè)創(chuàng)辦于2000年，以培養(yǎng)數(shù)學基礎扎實、計算機應用素養(yǎng)良好的，能在信息技術產(chǎn)業(yè)、工程領域、科研院校等相關部門從事教學研究、軟件開發(fā)、系統(tǒng)設計與維護、數(shù)據(jù)分析及管理咨詢等工作的交叉復合型人才為目標。為了達到這一培養(yǎng)目標，本專業(yè)課程結構設置為數(shù)學類課程占百分之六十，信息類課程占百分之四十。兩個體系的課程都要兼顧，勢必造成課程結構設置泛而淺，也無法凸顯專業(yè)特色。此外，由于信息技術的不斷更新，信息類課程難以跟上信息技術的更迭速度，從而造成課程內(nèi)容的滯后，這也是亟待解決的問題之一。實踐環(huán)節(jié)是人才培養(yǎng)中最重要的一環(huán)，傳統(tǒng)的課程實踐環(huán)節(jié)以驗證課程知識點為主，旨在強化學生對理論知識體系的理解。這必然導致學生對知識點的掌握尚可，但無法把握整個知識體系，也無法與實際工作的需求相結合。為了解決上述問題，必須深入產(chǎn)業(yè)一線，了解產(chǎn)業(yè)的新需求，關注產(chǎn)業(yè)的新技術和發(fā)展方向。結合產(chǎn)業(yè)需求構建學科的專業(yè)課程體系，更新課程內(nèi)容，改革實踐環(huán)節(jié)，從而培養(yǎng)更符合業(yè)界需求的交叉復合型人才。

2 改革目標

產(chǎn)學研合作培養(yǎng)模式下，信息與計算科學專業(yè)課程體系重構的主要目的是解決因?qū)I(yè)定位不清晰造成的專業(yè)課程體系泛而淺的問題。其主要目標是凸顯專業(yè)特色，結合企業(yè)生產(chǎn)開發(fā)的實戰(zhàn)經(jīng)驗，建立一個以培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)真正需要的實用型交叉復合人才為出發(fā)點，理論和實踐緊密結合的專業(yè)課程體系和多元化教學模式，以及結合實際產(chǎn)業(yè)項目的軟硬件教學資源庫。具體目標是：

①緊密結合前沿技術與產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，構建凸顯學科特色、方向清晰的課程體系；②結合產(chǎn)業(yè)的技術新進展，更新課程教學內(nèi)容，以解決原課程內(nèi)容滯后、與市場脫節(jié)等問題；③探索一套以項目為導向的多元化教學模式，構建與理論教學體系相契合的分層實踐教學體系；④利用企業(yè)項目平臺，組建校企共建的面向產(chǎn)業(yè)和技術新進展的軟硬件教學資源庫。

3 改革措施

3.1 凸顯特色、方向清晰的課程體系與教學內(nèi)容改革

大數(shù)據(jù)人才不僅需要掌握大數(shù)據(jù)技術（如Hadoop、HBase、TensorFlow），更重要的是必須具備大數(shù)據(jù)分析相關的數(shù)學基礎。信息與計算科學專業(yè)融合了大數(shù)據(jù)領域必備的數(shù)學、計算科學、信息計算等學科基礎，這使得大數(shù)據(jù)方向成為我校信息與計算科學專業(yè)的特色之一。課程體系設置方面，在數(shù)學分析、高等代數(shù)、概率統(tǒng)計、離散數(shù)學、數(shù)值分析等核心數(shù)學課程的基礎上，把與大數(shù)據(jù)相關的大數(shù)據(jù)分析與應用、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)挖掘、機器學習等課程設置為專業(yè)方向課，凸顯了大數(shù)據(jù)方向特色。

課程內(nèi)容的重構方面，結合企業(yè)的產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗、人才技能要求，重新選擇和調(diào)整教學內(nèi)容。以產(chǎn)業(yè)和技術的最新發(fā)展為指引，教師與生產(chǎn)經(jīng)驗豐富的企業(yè)技術專家一起精簡原有教學內(nèi)容中落后的技術部分，結合產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術前沿，重新整合教學內(nèi)容，形成新的知識體系結構，最終制定新的教學大綱和教學計劃。

以“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)”課程舉例說明。數(shù)據(jù)庫技術研究的是信息處理過程中，大量數(shù)據(jù)有效組織和存儲的問題，它是計算機領域中最為廣泛的應用技術。數(shù)據(jù)庫原理是計算機相關專業(yè)最重要的專業(yè)基礎課程之一。現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)課程多以關系型數(shù)據(jù)庫為主，研究結構化數(shù)據(jù)的有效存儲、數(shù)據(jù)共享等，主要包括關系數(shù)據(jù)庫、關系數(shù)據(jù)庫標準語言SQL、數(shù)據(jù)庫安全性、數(shù)據(jù)庫完整性、關系數(shù)據(jù)理論、并發(fā)控制、數(shù)據(jù)庫恢復技術等內(nèi)容。然而，大數(shù)據(jù)背景下，越來越多的非結構化數(shù)據(jù)涌現(xiàn)出來。現(xiàn)有的基于結構化的關系型數(shù)據(jù)庫無法有效處理這些非結構化的數(shù)據(jù)，因此NoSQL、NewSQL等新型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應運而生。現(xiàn)有的新型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)如：鍵值類數(shù)據(jù)庫（如Redis、Cassandra）、文檔類數(shù)據(jù)庫（如MongoDB）、列式存儲數(shù)據(jù)庫（如Vertica、HBase）、圖數(shù)據(jù)庫（如Neo4J）等，適用于不同結構的數(shù)據(jù)以及不同的業(yè)務場景。這些新型數(shù)據(jù)庫可作為數(shù)據(jù)庫的前沿技術納入“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)”課程的知識體系中。但是，哪些數(shù)據(jù)庫是產(chǎn)業(yè)界廣泛應用的，如何將它們與現(xiàn)有關系型數(shù)據(jù)庫相結合，則需要與大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)一線的企業(yè)共同探討。

3.2 以項目為導向的多元化教學方式的改革

教學方式的改革要以培養(yǎng)學生綜合運用所學知識和技能解決實際問題的能力為目標，圍繞虛擬或?qū)嶋H項目，結合多種突出創(chuàng)新思維的教學模式（如微課、翻轉課堂等），構建講、練、設計多元化的新型教學方式。

以“操作系統(tǒng)原理”課程舉例說明。操作系統(tǒng)原理是計算機相關專業(yè)的核心課程。現(xiàn)有的操作系統(tǒng)原理課程一般以Linux或Windows操作系統(tǒng)為主線，研究計算機系統(tǒng)的資源管理方式和資源管理實現(xiàn)，其內(nèi)容主要包括：進程管理、內(nèi)存管理、處理機調(diào)度、I/O管理和文件系統(tǒng)等。操作系統(tǒng)原理的理論性強，知識點多，以教師為中心的教學方式，會使學生感覺枯燥缺乏興趣，無法獲得好的教學效果。如果以實際項目為中心，即以搭建一個簡單的操作系統(tǒng)內(nèi)核為目標，就能以問題驅(qū)動的方式促使學生主動學習，不僅鍛煉了學生的實踐和解決問題的能力，也強化了學生對知識點的理解。此外，企業(yè)的技術專家通過微課點評或翻轉課堂的形式，為學生講解實際項目中的工程問題及解決方案、講授大數(shù)據(jù)處理的分布式架構如Hadoop的部署和運行，以及Hadoop分布式資源調(diào)度Yarn等內(nèi)容，將大數(shù)據(jù)基本技能與課程知識相結合，使學生從聽得懂、能動手，到最終做出來，切實提高解決問題的綜合能力。

3.3 與理論教學體系相契合的分層式實踐教學體系的改革

實踐環(huán)節(jié)的改革要以強化學生創(chuàng)新意識、培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力為目標，依托校企合作的實踐實訓平臺，從三個方面進行：一是基礎實踐能力的培養(yǎng)，將產(chǎn)業(yè)的技術需求融入基礎實踐環(huán)節(jié)的教學設計中，讓實踐環(huán)節(jié)既能滲透到基礎課程體系中，加深學生對理論知識的理解，又能結合實際提升學生的學習興趣和動手能力；二是專業(yè)實踐能力的培養(yǎng)，以企業(yè)生產(chǎn)中的工程問題來改革專業(yè)實踐環(huán)節(jié)，加強學生解決復雜工程問題的能力培養(yǎng)；三是綜合實踐能力的培養(yǎng)，以企業(yè)實際項目為導向，聯(lián)合企業(yè)技術專家，深入課堂聯(lián)合授課和開展實踐教學，提升學生的專業(yè)技能和創(chuàng)新能力。

在基礎實踐能力的培養(yǎng)環(huán)節(jié)，我們將實驗課與理論課拆開，形成一門單獨課程的同時增加實驗學時，用虛擬仿真環(huán)境或在線教學平臺實操、采用小組討論的方式讓學生自己講解實操過程及實現(xiàn)思路。在專業(yè)實踐能力的培養(yǎng)環(huán)節(jié)，本專業(yè)在第五和第六學期末都會開展為期一周的、由知名企業(yè)技術專家講授的專業(yè)實踐課程，讓學生接觸產(chǎn)業(yè)一線的實際項目，并自己著手實現(xiàn)，既能讓學生了解產(chǎn)業(yè)的技術前沿，又提高了他們解決實際工程問題的能力。在綜合實踐能力的培養(yǎng)環(huán)節(jié)，組織學生參加“互聯(lián)網(wǎng)+”“挑戰(zhàn)杯”等創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，以及中美數(shù)學建模、“藍橋杯”等技能競賽。學生從選題、實現(xiàn)到報告的撰寫都必須小組通力合作完成，很好地鍛煉了學生的創(chuàng)新能力和綜合實踐能力。此外，本專業(yè)還會集中在合作企業(yè)開展為期8周的實習實訓，熟悉企業(yè)的生產(chǎn)流程和事務處理，為后期就業(yè)做好“預熱”。同時，鼓勵學生以實習過程中的實際項目作為畢業(yè)設計選題，請企業(yè)技術專家做指導教師。這種面向產(chǎn)業(yè)需求的課題不僅能激發(fā)學生的研究興趣，還能切實解決企業(yè)的實際問題，更進一步地鍛煉了學生的綜合實踐和創(chuàng)新能力。這種分層次的實踐教學全面鍛煉了學生的實操能力，切實提升了學生的創(chuàng)新能力和綜合實踐能力。

3.4 產(chǎn)學研模式下軟硬件教學資源平臺的建造

傳統(tǒng)的教學資源類別單一，設備和平臺落后，且無法滿足學生日益增長的學習和實操需求。為了豐富產(chǎn)學研模式下軟硬件教學資源，本專業(yè)依托合作企業(yè)的實踐實習基地，組建校企共建的面向新產(chǎn)業(yè)和新技術的教學資源庫，保障教學課程的實施。平臺建立后，利用平臺資源可以實現(xiàn)實踐課程教學內(nèi)容的組織，虛擬仿真實操、在線考試、綜合能力測試等。

4 結語

信息與計算科學是一個多學科交叉融合的專業(yè)。在本專業(yè)的人才培養(yǎng)中，通常存在專業(yè)特色不鮮明，培養(yǎng)出的畢業(yè)生與市場脫節(jié)等問題，其根源在于人才培養(yǎng)未能與產(chǎn)業(yè)需求緊密結合。本文分析了信息與計算科學專業(yè)在專業(yè)課程設置和教學中存在的問題，探討了產(chǎn)學研合作模式下進行專業(yè)課程體系重構的教學改革，提出了緊密結合科學技術前沿與產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，構建凸顯特色、方向清晰的課程體系，探索項目導向的多元化教學方式，探索理論與實踐緊密結合的多層實踐教學體系，以及組建校企共建面向新產(chǎn)業(yè)和技術新進展的軟硬件教學資源庫等教學改革措施。