計(jì)算機(jī)學(xué)科科學(xué)與工程復(fù)合人才培養(yǎng)模型探索

摘要：針對計(jì)算機(jī)學(xué)科發(fā)展和IT產(chǎn)業(yè)發(fā)展融合度日益緊密的趨勢，深入分析計(jì)算機(jī)學(xué)科研究生教育的特點(diǎn)和產(chǎn)學(xué)需求，提出計(jì)算機(jī)學(xué)科科學(xué)與工程復(fù)合人才培養(yǎng)模型。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)學(xué)融合；科學(xué)素養(yǎng)；工程素養(yǎng)；人才培養(yǎng)模型；復(fù)合培養(yǎng)

0、引言

較長時(shí)間以來，高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科研究生教育存在以專業(yè)理論知識傳授為核心，重理論輕實(shí)踐、重學(xué)術(shù)輕工程的現(xiàn)象，引發(fā)了理論與實(shí)踐、學(xué)科教學(xué)與行業(yè)發(fā)展、學(xué)術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)化需求、學(xué)科知識體系與行業(yè)能力需求的脫節(jié)，畢業(yè)生進(jìn)入IT企業(yè)后出現(xiàn)了工程能力弱、創(chuàng)新能力不足等各類問題。這既無法滿足IT行業(yè)的人才需求，更與時(shí)下計(jì)算機(jī)學(xué)科產(chǎn)學(xué)融合的發(fā)展趨勢不相符合。

為了解決上述問題，目前有一種“兩段式”的培養(yǎng)模式較為常見?！皟啥问健迸囵B(yǎng)模式是指前半程集中課程教學(xué)，完成專業(yè)理論知識傳授；后半程在科研實(shí)踐中開展課題研究并完成學(xué)位論文。這種“兩段式”培養(yǎng)模式可以在一定程度上提升學(xué)生的工程能力；但是，由于前半程課程教學(xué)和后半程課題實(shí)踐關(guān)聯(lián)性不大，不足以消除學(xué)科教學(xué)與行業(yè)發(fā)展間的差異，無法提升計(jì)算機(jī)學(xué)科研究生科學(xué)素養(yǎng)和工程素養(yǎng)。

為此，自2008年起，針對計(jì)算機(jī)學(xué)科發(fā)展和IT產(chǎn)業(yè)發(fā)展融合度日益緊密的趨勢，福州大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院深入研究國內(nèi)外一流高校計(jì)算機(jī)學(xué)科研究生培養(yǎng)的特點(diǎn)，以教育部計(jì)算機(jī)教學(xué)指導(dǎo)委員會計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)分委員會的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)《戰(zhàn)略研究報(bào)告》和《專業(yè)規(guī)范》中提出的計(jì)算機(jī)學(xué)科人才分類培養(yǎng)這一核心觀點(diǎn)為導(dǎo)向，結(jié)合自身計(jì)算機(jī)學(xué)科研究生人才的培養(yǎng)情況，適時(shí)提出IT人才科學(xué)與工程素養(yǎng)復(fù)合培養(yǎng)模型，并在一定范圍內(nèi)開展了試點(diǎn)和推廣工作，效果良好。

1、科學(xué)與工程素養(yǎng)復(fù)合培養(yǎng)模型的內(nèi)涵

IT人才科學(xué)與工程素養(yǎng)復(fù)合培養(yǎng)模型以工程研究型人才為培養(yǎng)主體，以完備的計(jì)算機(jī)學(xué)科知識體系為培養(yǎng)基礎(chǔ)，依托產(chǎn)學(xué)融合的集成化培養(yǎng)平臺，通過學(xué)術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)需求的實(shí)質(zhì)性結(jié)合，搭建計(jì)算機(jī)學(xué)科理論、專業(yè)知識和工程實(shí)踐、技術(shù)開發(fā)和工程創(chuàng)新之間的橋梁；開展產(chǎn)業(yè)需求驅(qū)動下的教學(xué)和科研活動，對研究生進(jìn)行研究能力和工程能力的復(fù)合式培養(yǎng)，全面拓展研究生的科研思維和工程創(chuàng)新思維，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)術(shù)和工程的知識復(fù)合、思維復(fù)合和能力復(fù)合。

1.1 人才培養(yǎng)的總體目標(biāo)

計(jì)算機(jī)學(xué)科科學(xué)與工程復(fù)合培養(yǎng)直接面向信息產(chǎn)業(yè)工程領(lǐng)域，以促進(jìn)信息產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展為目標(biāo)，培養(yǎng)掌握IT產(chǎn)業(yè)發(fā)展脈絡(luò)和趨勢，善于發(fā)掘信息產(chǎn)業(yè)前瞻性問題、共性問題和核心問題，并能夠獨(dú)立地展開創(chuàng)新性研究工作的高層次復(fù)合人才。

1.2 計(jì)算機(jī)學(xué)科科學(xué)與工程復(fù)合人才能力架構(gòu)要求

由前述人才培養(yǎng)目標(biāo)可知，IT產(chǎn)業(yè)所需的高層次復(fù)合人才不僅需要以堅(jiān)實(shí)的計(jì)算機(jī)學(xué)科理論和寬泛的專業(yè)知識作為專業(yè)支撐，還需要同時(shí)兼具出色的工程素養(yǎng)和前瞻性的工程思維，兩者缺一不可。為此，計(jì)算機(jī)學(xué)科科學(xué)與工程復(fù)合人才在學(xué)科知識結(jié)構(gòu)、科學(xué)能力和工程能力結(jié)構(gòu)層面均有其特殊性。

在學(xué)科知識結(jié)構(gòu)方面，要求具有扎實(shí)的學(xué)科基礎(chǔ)理論知識，較深厚的學(xué)科專業(yè)理論知識和寬口徑的學(xué)科工程應(yīng)用知識；有較高的外語水平及掌握國外信息的能力，善于跟蹤國際前沿知識。

在科學(xué)能力結(jié)構(gòu)方面，要求具有較強(qiáng)的邏輯思維能力和判斷能力；善于發(fā)現(xiàn)和提煉科學(xué)問題，有較強(qiáng)的科技鑒別能力?？蒲卸ㄏ蚰芰涂蒲袆?chuàng)新能力，對新知識具有較強(qiáng)的敏銳性。

在工程能力結(jié)構(gòu)方面，要求具有較強(qiáng)的學(xué)科知識運(yùn)用能力和實(shí)踐能力，善于發(fā)現(xiàn)和分析工程問題并將工程問題與學(xué)科知識關(guān)聯(lián)，能嫻熟地運(yùn)用學(xué)科理論知識進(jìn)行工程應(yīng)用和工程創(chuàng)新，解決工程問題。

2、科學(xué)與工程素養(yǎng)復(fù)合培養(yǎng)模型的基本框架

以計(jì)算機(jī)學(xué)科研究生工程素養(yǎng)的不足為切入點(diǎn)，計(jì)算機(jī)學(xué)科科學(xué)與工程素養(yǎng)復(fù)合培養(yǎng)模型順應(yīng)產(chǎn)學(xué)融合的趨勢，以實(shí)現(xiàn)高層次IT復(fù)合人才為目標(biāo)，在培養(yǎng)理念、培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)過程等方面展開了初步的探索。

2.1 培養(yǎng)理念復(fù)合化

反思目前計(jì)算機(jī)學(xué)科研究生教育存在的重學(xué)術(shù)輕工程等不足，計(jì)算機(jī)學(xué)科科學(xué)與工程素養(yǎng)復(fù)合培養(yǎng)需要建立邏輯認(rèn)知上逐層遞進(jìn)的培養(yǎng)理念，如圖l所示。其核心是以科學(xué)與工程素養(yǎng)并重為本，以理論和實(shí)踐知識的復(fù)合為基礎(chǔ)，以研究和開發(fā)能力的復(fù)合為提升，以學(xué)術(shù)和工程思維復(fù)合為升華。

（1）理論和實(shí)踐知識復(fù)合的理念。計(jì)算機(jī)學(xué)科是一門實(shí)踐學(xué)科，理論知識的理解和內(nèi)化均應(yīng)該在工程實(shí)踐的過程中完成。因此，理論和實(shí)踐知識復(fù)合的理念包含兩層意思：一是從學(xué)生的角度來說，在理論學(xué)習(xí)階段參加工程實(shí)踐是激發(fā)理論知識內(nèi)化的重要途徑；二是從教學(xué)活動的角度來說，知識的傳授活動應(yīng)該和工程實(shí)踐緊密關(guān)聯(lián)，相輔相成。

（2）研究和開發(fā)能力復(fù)合的理念。計(jì)算機(jī)學(xué)科同時(shí)是一門應(yīng)用學(xué)科，理論研究的成果均應(yīng)該在產(chǎn)業(yè)化的過程中得到驗(yàn)證、優(yōu)化和應(yīng)用。研究和開發(fā)能力復(fù)合的理念包含兩層意思：一是從學(xué)術(shù)活動的角度來看，學(xué)術(shù)研究應(yīng)該密切關(guān)注產(chǎn)業(yè)化需求的前瞻性問題，來源于產(chǎn)業(yè)化需求，又超前于產(chǎn)業(yè)化需求；二是從學(xué)生的角度來看，在從事學(xué)術(shù)活動的時(shí)候，不能僅僅停留在理論研究階段，還應(yīng)該重視研究的開發(fā)實(shí)現(xiàn)。

（3）學(xué)術(shù)和工程思維復(fù)合的理念。研究生教育是創(chuàng)新教育，包括創(chuàng)新意識的培育和創(chuàng)新能力的激發(fā)，其本質(zhì)是思維的創(chuàng)新。產(chǎn)學(xué)融合趨勢下，這種思維包含了學(xué)術(shù)思維和工程思維，因此，學(xué)術(shù)和工程思維復(fù)合是理論和實(shí)踐知識復(fù)合、研究和開發(fā)能力復(fù)合的必然結(jié)果。

2.2 培養(yǎng)目標(biāo)層次化

以科學(xué)與工程素養(yǎng)并重的培養(yǎng)理念為準(zhǔn)則，計(jì)算機(jī)學(xué)科的人才培養(yǎng)目標(biāo)分為3個(gè)遞進(jìn)的層次，如圖2所示。最基礎(chǔ)的層次為學(xué)科專業(yè)知識內(nèi)化，目的是培養(yǎng)研究生的學(xué)術(shù)素養(yǎng)；進(jìn)階層次為理論知識的工程應(yīng)用，目的是培養(yǎng)研究生的工程能力；最高階的層次為學(xué)科知識的創(chuàng)新，以產(chǎn)業(yè)需求驅(qū)動學(xué)術(shù)創(chuàng)新，以學(xué)術(shù)創(chuàng)新推動工程創(chuàng)新，以工程創(chuàng)新帶動產(chǎn)業(yè)提升，目的是同步提升研究生的科學(xué)和工程素養(yǎng)。

2.3 培養(yǎng)活動層遞化

目前常見的“兩階段”培養(yǎng)模式中工程培養(yǎng)和科學(xué)培養(yǎng)是分離的，分離的培養(yǎng)活動最直接的影響是培養(yǎng)環(huán)節(jié)的脫節(jié)。事實(shí)上，計(jì)算機(jī)學(xué)科研究生科學(xué)素養(yǎng)和工程素養(yǎng)的培養(yǎng)和提升應(yīng)該是交織進(jìn)行，相互促進(jìn)，同步提升，并且貫穿研究生培養(yǎng)過程始終。計(jì)算機(jī)學(xué)科科學(xué)與工程素養(yǎng)復(fù)合培養(yǎng)模型特別設(shè)計(jì)了工程需求驅(qū)動下的“講授一工程關(guān)聯(lián)一模擬實(shí)踐”三位一體的教學(xué)活動、專業(yè)知識支撐下的“問題分析一學(xué)術(shù)關(guān)聯(lián)一實(shí)踐”三位一體的工程實(shí)訓(xùn)、產(chǎn)業(yè)需求驅(qū)動下的學(xué)術(shù)研究活動、學(xué)術(shù)創(chuàng)新推動下的工程研究活動，如圖3所示。

工程需求驅(qū)動下的“講授一工程關(guān)聯(lián)一模擬實(shí)踐”三位一體的教學(xué)活動首先以教師講授學(xué)科知識的基本理論和方法，并將學(xué)科知識與工程需求關(guān)聯(lián)，強(qiáng)化專業(yè)知識的應(yīng)用需求意識，進(jìn)一步抽取工程需求驅(qū)動下的仿真實(shí)例，要求學(xué)生模擬實(shí)踐學(xué)科知識中的方法以解決仿真案例。智能技術(shù)是計(jì)算機(jī)學(xué)科非常重要的基礎(chǔ)課程，涉及智能信息處理、機(jī)器學(xué)習(xí)、智能控制等領(lǐng)域的基本原理和基本方法。以其中SVM支持向量機(jī)的學(xué)習(xí)過程為例，相應(yīng)的教學(xué)活動分為3個(gè)階段：第l階段由教師就SVM的原理、線性可分條件下支持向量機(jī)的對偶算法、線性不可分條件下的核函數(shù)等方法進(jìn)行講解；第2階段以視頻監(jiān)控為行業(yè)背景，可知其基礎(chǔ)需求圖像分類，即根據(jù)圖像亮度、色調(diào)、紋理等特征，將圖像中的部分區(qū)域劃歸為若干類別中的一類，而應(yīng)用SVM是解決圖像分類的一個(gè)可行之道；第3階段抽取交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)中車牌識別作為SVM分類的仿真實(shí)例，要求研究生運(yùn)用SVM方法來完成字符圖像的分類，加深對SVM方法的理解，完成知識內(nèi)化。

專業(yè)知識支撐下的“問題分析一學(xué)術(shù)關(guān)聯(lián)一實(shí)踐”三位一體的工程實(shí)訓(xùn)將引入一個(gè)真實(shí)的工程課題，要求學(xué)生圍繞如何發(fā)現(xiàn)分析工程問題、如何將工程問題與學(xué)科知識關(guān)聯(lián)、如何構(gòu)思解決思路、如何實(shí)踐和驗(yàn)證等體會解決工程問題的心智過程，以此培養(yǎng)學(xué)術(shù)型碩士研究生運(yùn)用學(xué)科理論知識進(jìn)行工程應(yīng)用的能力。例如，在研究生系統(tǒng)學(xué)習(xí)智能技術(shù)和智能圖像處理兩門課程之后，結(jié)合目前視頻監(jiān)控這一熱點(diǎn)行業(yè)，引入交通視頻/圖像內(nèi)容理解與應(yīng)用的工程課題，引導(dǎo)學(xué)生就該工程問題進(jìn)行分析，將視頻/圖像內(nèi)容分解為圖像處理和圖像分類識別兩個(gè)子問題，前一子問題可以借助于智能圖像處理課程中講授的圖像增強(qiáng)技術(shù)、圖像恢復(fù)技術(shù)和圖像特征分析方法加以實(shí)現(xiàn)；后一子問題可以借助于智能技術(shù)中講授的分類算法和識別算法加以解決。以已有的學(xué)科知識為背景，學(xué)生在工程實(shí)訓(xùn)的過程中完成了工程課題與學(xué)科知識關(guān)聯(lián)，完成了知識應(yīng)用。

產(chǎn)業(yè)需求驅(qū)動下的學(xué)術(shù)研究活動要求研究生在自主思考的基礎(chǔ)之上，以產(chǎn)業(yè)需求為出發(fā)點(diǎn)，以學(xué)科知識體系為支撐，從實(shí)際問題中識別出潛在的、真正的應(yīng)用需求，獨(dú)立地挖掘該領(lǐng)域的前瞻問題，將其映射為學(xué)術(shù)研究課題并開展學(xué)術(shù)研究；而學(xué)術(shù)創(chuàng)新推動下的工程研究活動要求學(xué)生將學(xué)術(shù)創(chuàng)新成果進(jìn)一步應(yīng)用于工程課題之上，完成從學(xué)術(shù)創(chuàng)新到工程創(chuàng)新的轉(zhuǎn)化，兩者在創(chuàng)新性的研究工作中演繹工程實(shí)訓(xùn)的心智過程。

將層遞推進(jìn)培養(yǎng)活動融入計(jì)算機(jī)學(xué)科研究生的培養(yǎng)過程，有利于實(shí)現(xiàn)IT人才科學(xué)與工程素養(yǎng)復(fù)合化培養(yǎng)，有望培養(yǎng)出具有出色的工程素養(yǎng)和前瞻性的工程思維，能直接面向信息產(chǎn)業(yè)工程領(lǐng)域，發(fā)掘產(chǎn)業(yè)前瞻性問題、共性問題和核心問題并展開創(chuàng)新性研究工作的高層次專門人才。

3、科學(xué)與工程素養(yǎng)復(fù)合培養(yǎng)模型的實(shí)踐與推廣

3.1 科學(xué)與工程素養(yǎng)復(fù)合培養(yǎng)模型的實(shí)踐

計(jì)算機(jī)學(xué)科研究生科學(xué)與工程素養(yǎng)復(fù)合培養(yǎng)模型在原有的學(xué)術(shù)型碩士研究生和近年新增的專業(yè)學(xué)位碩士研究生中分別予以實(shí)踐，各有側(cè)重點(diǎn)，均取得了良好的實(shí)踐效果。

學(xué)術(shù)型碩士研究生中進(jìn)行科學(xué)與工程素養(yǎng)復(fù)合培養(yǎng)實(shí)踐的主要目的是改變傳統(tǒng)的學(xué)術(shù)研究與工程實(shí)踐脫節(jié)的狀況。為此，我們按照工程實(shí)訓(xùn)、工程研究、科技攻關(guān)三位一體的建設(shè)思路，依托產(chǎn)學(xué)聯(lián)合課題和科技公共項(xiàng)目搭建了科學(xué)與工程素養(yǎng)復(fù)合培養(yǎng)平臺。進(jìn)入該培養(yǎng)平臺的學(xué)術(shù)型碩士研究生不僅提高了解決實(shí)際工程問題的能力，而且能從工程應(yīng)用課題中提煉新的學(xué)術(shù)研究問題，引入新的思想和方法，反而促進(jìn)了基于應(yīng)用背景的理論研究。在精進(jìn)相關(guān)學(xué)科理論水平的同時(shí)，特定工程應(yīng)用領(lǐng)域下的技術(shù)創(chuàng)新成果也較為豐富，一方面體現(xiàn)為學(xué)術(shù)論文發(fā)表數(shù)量和質(zhì)量的提升，另一方面體現(xiàn)為申請發(fā)明專利和軟件著作權(quán)等應(yīng)用成果日益豐富。

福州大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院于201 1年開始啟動計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件工程兩個(gè)專業(yè)的全日制專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)工作。上述兩個(gè)專業(yè)培養(yǎng)方案的制定和實(shí)施過程有機(jī)地融合了科學(xué)和工程素養(yǎng)復(fù)合培養(yǎng)模型，其主要目的是強(qiáng)化專業(yè)學(xué)位碩士研究生理論培養(yǎng)和工程培養(yǎng)的一體化，提升專業(yè)學(xué)位研究生的應(yīng)用研究高度和深度。為此，我們將企業(yè)的科技攻關(guān)項(xiàng)目分解提煉成若干工程實(shí)訓(xùn)課題，并提前引入工程實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，與全局的科技攻關(guān)項(xiàng)目保持相對獨(dú)立且整體工作量不大，包含一到兩個(gè)研究難點(diǎn)，要求研究生運(yùn)用相應(yīng)學(xué)科理論加以解決。實(shí)踐看，2011級專業(yè)學(xué)位研究生的學(xué)位論文選題，均屬于應(yīng)用研究型課題，而非簡單的成熟技術(shù)的應(yīng)用，這種培養(yǎng)模型對于專業(yè)學(xué)位研究生的培養(yǎng)質(zhì)量起到了非常好的保障作用。

3.2 科學(xué)與工程素養(yǎng)復(fù)合培養(yǎng)模型的推廣

事實(shí)上，理論和實(shí)踐脫節(jié)、學(xué)科知識體系和行業(yè)需求脫節(jié)等問題并非計(jì)算機(jī)學(xué)科研究生教育特有的問題，學(xué)生實(shí)踐能力弱，創(chuàng)新能力差等問題也同樣出現(xiàn)在計(jì)算機(jī)學(xué)科的本科生教育中。此前形成的科學(xué)和工程素養(yǎng)培養(yǎng)模型也可推廣應(yīng)用于計(jì)算機(jī)學(xué)科本科生教育中。為此，以卓越工程師計(jì)劃的制定和實(shí)施為契機(jī)，考慮到福州大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)科的本科生直接從事各類科技項(xiàng)目存在一定難度，我們特意圍繞IEEE Micromouse Competition搭建了一個(gè)涉及電子電路、程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、人工智能、嵌入式系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域分支的全面的計(jì)算機(jī)學(xué)科本科生科學(xué)與工程素養(yǎng)復(fù)合培養(yǎng)基地。

4、結(jié)語

針對計(jì)算機(jī)學(xué)科和IT產(chǎn)業(yè)產(chǎn)學(xué)融合的發(fā)展趨勢，遵照“強(qiáng)化研究能力，重視工程素養(yǎng)，順應(yīng)產(chǎn)學(xué)融合，雙向復(fù)合培養(yǎng)”的人才培養(yǎng)基本思想，我們提出了科學(xué)與工程能力復(fù)合培養(yǎng)模型，從培養(yǎng)理念、培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)活動等方面進(jìn)行了探索，并于福州大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院學(xué)術(shù)型和專業(yè)學(xué)位碩士研究生的培養(yǎng)中付之實(shí)踐，實(shí)踐效果良好。下一步我們將從工程研究型培養(yǎng)課程體系的設(shè)計(jì)、培養(yǎng)規(guī)范等方案深化探討和實(shí)踐，并逐步推廣至計(jì)算機(jī)學(xué)科本科生教育中。