新工科時代計算機專業國際化跨學科人才培養模式探析

孫培雙　寧紅云

關鍵詞：新工科；跨學科；課程體系；培養模式

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）21-0149-03

0 引言

隨著人工智能、大數據、云計算技術的出現和發展，工業生產已經進入了智能化、自動化的時代，相應對工程技術人才的綜合素質和實踐能力提出了更新、更高的要求。技術的發展以及新時代人才的需求促使各類課程體系不斷創新和優化，對新工科的建設也提高了要求，能否培養出具有較強的綜合素質及創新能力的復合應用型高級工程技術人才也是檢驗新工科建設是否完善的主要標準。因此，為了滿足新工科對人才建設的要求，相應的高等學校的教育教學體系、機制也需要改革和發展[1]。教育部在2020 年度《關于進一步加強我國高等教育跨學科人才培養的提案》中指出，要大力支持高校自主設置跨學科本科專業，該提案為各高校在交叉學科建設上提供了制度性指導方案，具有非常重要的指引作用，復合型人才已經成為高校人才培養的重要戰略方向[2]。伴隨著人工智能的快速發展，各行各業對計算機技術的要求逐步加強，計算機技術應用的社會廣泛性衍生出了計算機跨學科人才培養的新模式。然而，當前計算機學科現有教學體系較為獨立，未形成與其他學科有效的銜接，要開展計算機跨學科人才培養教學還面臨著諸多困難，因此計算機與其他學科聯合交叉的教學模式的探索尤為重要。

國際上許多發達國家的高等教育部門通常設有跨學科的教學和研究的專門組織，并從國家層面賦予高等教育機構開展跨學科人才培養計劃和培養方式研究的責任。陳翠榮、張翔志介紹了斯坦福大學、普林斯頓大學等5所世界一流高校的跨學科學生培養案例，探究了如何培養跨學科綜合性人才[3]。鄭昱等人以南京大學為例研究了我國高校實施跨學科教育的主要途徑，有效地培養了學生的跨學科邏輯思維，具有一定的代表性[4]。胡德鑫等人闡釋了密歇根大學的跨學科組織活動在項目機制和分類實踐等方面的特色優勢，為跨學科組織的保障機制建構和發展優化路徑提供了有效建議[5]。鄭石明對7所世界一流高校跨學科人才培養實踐進行了梳理，認為存在學院內部式、學院協作式、研究生院主導式和獨立建制式等多種組織形式[6]。王銘等人關注了世界一流高校的跨學科教育與人才培養措施并總結了共性經驗。提出跨學科培養途徑包括4種，即跨校跨學科項目、校級跨學科研究中心、研究生跨學科學位、本科跨學科專業[7]。跨學科人才培養的制約因素，在宏觀層面包括專業化人才培養觀念根深蒂固、單科性高校大量存在、專業設置集權化管理等；在微觀層面包括專業組織的實體化和教學管理制度不到位等。跨學科的課程體系及課程、實踐教學體系、實踐項目是新工科跨學科人才培養的重點[8]。交叉學科的培養計劃和跨學科研究的學術計劃不斷促進學術從不同學科專業的視角挖掘自身潛能和自我發展的愛好興趣[9]。有學者從專業、課程、課程內部的教學安排三個方面把跨學科專業人才培養模式分為三種典型的模式，即跨學科專業模式、跨學科課程模式和跨學科合作教學模式[10]。我國新工科倡導跨學科多領域協同發展格局，但現階段高等教育普遍存在單一化專業招生和單一化專業課程設置問題。越來越多學者開始關注跨學科人才培養。

1 跨學科人才培養模式剖析

目前我國面向跨學科的計算機工程人才培養相關的研究還處于探索研究階段，相關專業多是以學科為單位進行分割的，課程體系結構單一，缺少跨學科基礎，交叉學科培養人才的機制并不完善，主要存在以下問題。

1.1 不同專業的課程之間銜接問題

在計算機工程人才培養中，跨學科人才培養的課程體系，不是兩個專業的課程的簡單疊加，而是要具有一定的多元化、滲透性，要探討如何才能打通不同學科的界限，提高學科之間的融合性。在課程銜接方面，既要有計算機類的基礎課程，又要設置深層次的高級課程，同時結合不同學科設置交叉課程，以非計算機專業領域的應用需求為導向，結合計算機學科的理論和方法，提高學生對跨學科專業領域問題分析能力、求解能力及創新意識，從而為社會發展輸送綜合性科技人才。

1.2 形成靈活的寬專業跨學科人才培養課程體系問題

在計算機工程人才培養中，跨學科人才培養的課程體系，在課程特性上，跨學科專業理論課程需要與跨學科實踐訓練并重，保證學生可以深入學習跨學科專業領域的基礎理論知識和實驗實踐知識。我國大學尤其是研究型大學在跨學科專業發展上應該適應多方面現實需求，重視跨學科專業的設置與發展；結合科技、社會形勢與大學類型，制定多維度的培養目標；立足高等教育與跨學科專業特性，合理設計課程體系。

1.3 快速培養能適應跨學科教育的高質量教學團隊問題

高質量的能勝任跨學科教育教學的教學團隊是建設高質量教育體系、實施高質量跨學科專業人才教育的根本力量。跨學科教學團隊需要不同學科背景的教師協同合作，互相包容。如何從科研、教學、服務等多維度出發來促進、培養、形成緊密合作的跨學科團隊，是促進跨學科人才培養質量的關鍵。

2 跨學科人才培養模式框架探索

本文提出的跨學科人才培養模式主要分為以下四個部分。

2.1 采用結構化的培養框架以改革現有的課程體系

在培養目標上，跨學科專業強調培養學生多學科知識結構、跨學科分析問題的方法以及解決跨學科領域的實際能力。課程特性上包括四個層次：第一層，通識教育層，按照教育部要求而設置；第二層，多學科基礎教育層，為基礎理論課與實驗實踐課；第三層，跨學科綜合教育層，包括綜合理論課和綜合實踐課，培養學生跨學科的綜合應用能力；第四層，自主創新思考教育層，引導學生主動了解交叉學科前沿技術，培養自主學習與專業探索能力。

2.2 以課程群為單位設置計算機及跨學科專業的相關課程

在跨學科專業的課程設置上，可以把跨學科專業的所有課程模塊化，建立服務于跨學科專業的多類課程群。以計算機專業為例，可以把所有計算機類課程分為學科基礎類、硬件類、軟件類、網絡類、數據處理類、人工智能類等課程群。同樣，對跨學科專業也以課程群為單位進行設置，以管理學科為例，可以將該學科設置成學科基礎類、生產與運作管理類、物流管理類、商務營銷類、財務管理類等課程群。在面向跨學科的綜合培養目標時，可以選擇不同課程群，如圖1 所示。

2.3 建設跨學科實驗平臺確保綜合理論課與實踐課設計與實施

跨學科綜合實驗平臺是一種多學科融合的實驗性研究平臺，它包括以下構建要素：首先，它以多學科的研究內容和方法作為基礎；其次，它擁有豐富的實驗器材；第三，它涵蓋了更廣闊的視角；最后，它具有以跨學科的途徑來解決實際問題的解決能力。跨學科綜合性實驗平臺能有效地提升學科間知識的整合水平，并增加多學科研究的能力。

2.4 采用“教、研、學”模式構建跨學科創新型教師隊伍

跨學科創新型教師隊伍是項目實施成功的關鍵，1） 教（教學）：教學團隊的成員應從事不同學科和研究方向，要充分兼顧不同學科的基礎知識和技能要求，才能合理建設課程內容、教學安排、實驗設計等；2） 研（科研）：通過跨學科的科研合作，建設實踐性強的特色課程。3） 學（學生）：以學生為本，組織學生把跨學科知識學習活動與科研立項相結合，提高學生自主學習動力。

3 跨學科人才培養模式設計案例

天津理工大學自2005年引進加拿大魁北克大學席庫提米分校信息管理專業，將這個專業與我校計算機科學與技術專業相融合，致力于培養兼具計算機學科基本理論的具有現代化IT管理理念的計算機信息管理系統研發的高級專門人才。該專業的培養目標是：培養具備計算機學科和管理學科的基本理論和基本知識為基礎的具有現代化IT管理理念的計算機信息管理系統的分析、研發以及項目管理等方面的知識與能力，能在國內外企事業單位的計算機應用、信息管理、行政、教育等領域從事計算機和管理交叉學科的項目研發、項目管理和項目分析等工作的復合應用型高級專門人才。天津理工大學計算機科學與工程學院為中加合作辦學專業構建了的基于課程群的結構化課程體系。

天津理工大學的中加合作辦學專業基于校際互聯，建立了跨學科實驗平臺。這個平臺主要包括大數據可視分析實驗室、嵌入式系統創新實驗室、金融軟件工程云平臺實驗室等。這個實驗平臺除了可以完成計算機學科的基礎實驗之外，還可以進行跨學科實驗。用跨學科實驗平臺建設促進跨學科的綜合理論課及實驗實踐環節的設計與實施，并為它們提供教學保障。在打通相關聯專業的基礎課的同時，通過建設跨學科實驗平臺，促進跨學科的綜合理論課、實驗實踐環節、教學方式與手段等的建設，使學生兼具計算機學科和跨學科專業領域的基礎知識，培養對跨學科專業領域問題的信息化分析能力、求解能力及信息化創新能力。

天津理工大學計算機科學與工程學院建立了一支跨學科教學團隊，采用“教、研、學”模式，快速培養能適應跨學科教育的高質量教學團隊。首先，教學團隊成員應從事不同學科和研究方向；然后，通過跨學科的科研合作來建設相關課程；第三，必須以學生為本，通過組織學生從事各種跨學科學習活動及課外科研活動，來提高學生的學習動力。

天津理工大學和魁北克大學合作培養跨學科雙學位復合型人才取得成效。2005年以來中加合作培養兼具計算機和管理學科的復合型雙學位高級計算機工程人才，該專業的跨學科的課程體系使學生擁有了更多的發展機會。該合作辦學專業有近50%的畢業生從事項目管理、工業工程、經濟學等交叉學科工作，這充分體現了復合型人才培養的寬專業特點。為我國跨學科人才培養積累了經驗，部分方面具有一定的示范作用。

4 結論

文中分析了國內外計算機工程人才培養課程體系設置的原則、方向、思路與對策。對比國內計算機工程人才培養課程體系，分析和總結我國高校在計算機工程人才培養環節中的主要問題。本文探索和實踐了跨學科教育，對新工科時代國際化創新型計算機工程人才培養課程體系進行實踐與研究，嘗試構建適用于我國高校的跨學科人才培養課程體系及培養模式，以期為創新型計算機工程人才培養提供有益探索和借鑒。