應(yīng)用型計(jì)算機(jī)類專業(yè)教學(xué)體系的工程主線

羅先錄，李 強(qiáng)，張永棠

（廣東東軟學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系，廣東 佛山 528225）

應(yīng)用型計(jì)算機(jī)類專業(yè)教學(xué)體系的工程主線

羅先錄，李 強(qiáng)，張永棠

（廣東東軟學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系，廣東 佛山 528225）

高等教育的重心正在向培養(yǎng)應(yīng)用型人才推進(jìn)和轉(zhuǎn)變，新辦本科選擇應(yīng)用型辦學(xué)定位符合當(dāng)前的高等教育發(fā)展趨勢(shì)。文章通過研究教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)發(fā)布的專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告和專業(yè)規(guī)范以及ACM體系，結(jié)合產(chǎn)業(yè)界的人才需求和項(xiàng)目導(dǎo)向?qū)嵺`教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)以及美國高校相關(guān)專業(yè)和課程體系，提出應(yīng)用型本科計(jì)算機(jī)類專業(yè)教學(xué)體系工程線的概念并說明實(shí)現(xiàn)途徑。

應(yīng)用型本科；教學(xué)體系；工程教育；項(xiàng)目導(dǎo)向

1 構(gòu)建的背景、思路及目標(biāo)

2001年教育部4號(hào)文件、2005年教育部1號(hào)文件和2007年教育部2號(hào)文件都強(qiáng)調(diào)，高等學(xué)校要高度重視實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的實(shí)踐能力?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》中更是對(duì)高等教育明確提出“優(yōu)化結(jié)構(gòu)辦出特色。適應(yīng)國家和區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要，建立動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制，不斷優(yōu)化高等教育結(jié)構(gòu)。優(yōu)化學(xué)科專業(yè)、類型、層次結(jié)構(gòu)，促進(jìn)多學(xué)科交叉和融合。重點(diǎn)擴(kuò)大應(yīng)用型、復(fù)合型、技能型人才培養(yǎng)規(guī)?！盵1]。

我們國家的教育正在面臨又一次轉(zhuǎn)變，社會(huì)需要工程型和應(yīng)用型人才。工程型和應(yīng)用型計(jì)算機(jī)類本科專業(yè)主要培養(yǎng)基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程應(yīng)用的設(shè)計(jì)、開發(fā)和維護(hù)人員。通過學(xué)習(xí)國內(nèi)外教學(xué)體系并結(jié)合廣東東軟學(xué)院的實(shí)際，提出以工程應(yīng)用能力培養(yǎng)為目標(biāo)，構(gòu)建應(yīng)用型計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)體系的工程主線。

我們目前已具有完備的各專業(yè)教學(xué)知識(shí)體系，一般工科專業(yè)不僅要設(shè)置社科類、自然科學(xué)基礎(chǔ)類、金工實(shí)習(xí)等公共必修課，還要設(shè)置眾多人文和自然科學(xué)選修課。計(jì)算機(jī)專業(yè)的主要核心課程也要全部包含，如計(jì)算機(jī)類專業(yè)必須有完整的公共核心知識(shí)體系，包含離散結(jié)構(gòu)、程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、算法、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)與組織、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)及其計(jì)算、程序設(shè)計(jì)語言、信息管理等[2]；核心課程包括程序設(shè)計(jì)、離散結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等。按照構(gòu)建知識(shí)體系的順序倒推，還必須學(xué)習(xí)電路、模擬電子、數(shù)字電子等基礎(chǔ)課程。這樣我們自然就會(huì)得出一個(gè)結(jié)論，計(jì)算機(jī)專業(yè)的教學(xué)目的是讓學(xué)生全面了解和掌握計(jì)算機(jī)學(xué)科的知識(shí)體系，不管方向如何，至少要熟練掌握公共核心課程部分。

當(dāng)我們將人才培養(yǎng)的定位明確為滿足產(chǎn)業(yè)界崗位需求的工程型和應(yīng)用型人才時(shí)，具備計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程應(yīng)用能力就顯得比知識(shí)體系的完備性更重要。我們和產(chǎn)業(yè)界交流時(shí)，經(jīng)常聽到 “企業(yè)最缺能做事的人”“你們學(xué)校畢業(yè)的學(xué)生能做事，但是缺乏后勁”等反饋意見，這些暗含了目前產(chǎn)業(yè)界的需求目標(biāo)，那就是學(xué)生必須具備以完成項(xiàng)目為目標(biāo)的工程應(yīng)用能力，畢業(yè)生能夠把學(xué)到的專業(yè)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際工程項(xiàng)目實(shí)踐中，也就是產(chǎn)業(yè)界說的“能做事”。正如MIT EECS的Stephen D. Senturia教授所說，工程是對(duì)科學(xué)知識(shí)進(jìn)行有目的的應(yīng)用。那么，我們的課程體系也必須有一條明確的“工程主線”貫穿始終，以此引導(dǎo)學(xué)生能力的發(fā)展方向。通過這樣一條貫穿于計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)體系的工程主線，學(xué)生能更好地學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，在畢業(yè)后的工程實(shí)踐中，面對(duì)新的問題也能把專業(yè)知識(shí)運(yùn)用自如。

2 教指委課程體系和MIT EECS中的工程線

教育部高等學(xué)校軟件工程專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)（簡稱教指委）制定的《高等學(xué)校軟件工程專業(yè)規(guī)范》提供了可以選擇的線路課程體系，其中，軟件工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程如圖1所示，計(jì)算基礎(chǔ)課程組有模式1和模式2兩種選擇方法[3]16。模式1是傳統(tǒng)獨(dú)立課程的模式，在先修編程課程的基礎(chǔ)上講授軟件工程的基礎(chǔ)知識(shí)，第1學(xué)年強(qiáng)調(diào)編程能力的訓(xùn)練；模式2強(qiáng)調(diào)一開始就介紹軟件工程的概念，關(guān)注于解決問題、在編碼前考慮開發(fā)的全過程和迭代式開發(fā)與實(shí)踐，打破原來知識(shí)體系獨(dú)立的課程概念，強(qiáng)調(diào)軟件工程的項(xiàng)目過程主線。對(duì)模式2中的課程組內(nèi)容進(jìn)行分析，能明顯看出貫穿其中的工程線。

圖1 ACM的SE2004軟件工程基礎(chǔ)課程

軟件工程與計(jì)算I：本課程從軟件工程知識(shí)入手，研究一個(gè)簡單的程序，使學(xué)生了解程序的特征，初步理解不同需求和設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)，學(xué)會(huì)編寫、調(diào)試和測(cè)試小型程序。

軟件工程與計(jì)算II：本課程以一個(gè)典型的軟件開發(fā)過程為例，講授簡單軟件的需求分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、評(píng)審和測(cè)試，使學(xué)生可以擴(kuò)展現(xiàn)有系統(tǒng)開發(fā)清晰的和規(guī)范的需求，并以團(tuán)隊(duì)形式設(shè)計(jì)和編寫中等規(guī)模的程序。

軟件工程與計(jì)算III：本課程講解軟件開發(fā)的計(jì)劃和跟蹤過程，使學(xué)生能夠規(guī)劃一個(gè)簡單系統(tǒng)的開發(fā)過程，并使用UML語言進(jìn)行系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，掌握實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的技能[3]52-54。

模式2既需要學(xué)生具備一定的編程基礎(chǔ)，又需要學(xué)校逐步建立完整的教材體系，否則難以具備推廣和采用的條件，目前只有南京大學(xué)等少數(shù)實(shí)力雄厚、投入很大的高校采用該模式[4]。

MIT EECS的計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程專業(yè)（course 6-3）的課程路線如圖2所示。MIT EECS的course VI包括6-1、6-2和6-3這3個(gè)專業(yè)，都是以6.01和6.02這兩門學(xué)校層面的工程導(dǎo)向必修課程（introductory）為基礎(chǔ)，高年級(jí)以基于項(xiàng)目的AUS（advanced undergraduate subjects）綜合課程為高級(jí)課程，最后以UAP（undergraduate advanced project）作為畢業(yè)前的大項(xiàng)目。計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程專業(yè)（course 6-3）中只有3門專業(yè)基礎(chǔ)課（foundational）和3門專業(yè)核心課程（header）[5]，凸顯了課程體系中項(xiàng)目導(dǎo)向的工程線。

圖2 MIT計(jì)算機(jī)專業(yè)（6-3）課程體系

3 從專業(yè)導(dǎo)入課到畢業(yè)設(shè)計(jì)的工程線

上面述及的國內(nèi)外工程能力培養(yǎng)方案，為我們構(gòu)建應(yīng)用型本科教學(xué)體系的主線提供2個(gè)思路：①從入學(xué)開始的專業(yè)導(dǎo)入課到畢業(yè)設(shè)計(jì)，都要貫穿工程線；②在傳統(tǒng)獨(dú)立課程基礎(chǔ)上，增加工程型實(shí)踐環(huán)節(jié)，設(shè)立單獨(dú)的實(shí)踐學(xué)期（4周），加強(qiáng)工程能力的培養(yǎng)，由此明確培養(yǎng)目標(biāo)和解決方案。

3.1 專業(yè)導(dǎo)入課的工程線

加強(qiáng)專業(yè)導(dǎo)入課程的項(xiàng)目化建設(shè)。目前我國的計(jì)算機(jī)專業(yè)導(dǎo)論課，通常是廣而不深、論而不作。MIT EECS的6-1、6-2和6-3這3個(gè)專業(yè)（course）的課程體系中都有6.01和6.02這兩門學(xué)校層面的專業(yè)入門課程。這兩門課程既是引導(dǎo)學(xué)生深入理解系統(tǒng)、將整個(gè)課程體系串聯(lián)的知識(shí)主線，又是項(xiàng)目導(dǎo)向的實(shí)踐性工程主線。

6.01 以移動(dòng)機(jī)器人為載體，綜合介紹電子工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)，如計(jì)算機(jī)程序、控制系統(tǒng)、概率推理問題、電路、傳感器等知識(shí)體系，并將這些知識(shí)體系都包含在實(shí)現(xiàn)一個(gè)大工程系統(tǒng)穩(wěn)健運(yùn)行的背景中；探索重點(diǎn)工程原則，如抽象和模塊化的應(yīng)用程序、怎樣設(shè)計(jì)運(yùn)行于自然界的工程系統(tǒng)；主題包括測(cè)量和建模系統(tǒng)的行為、評(píng)估的傳感器和效應(yīng)器錯(cuò)誤、指定任務(wù)、在分析和計(jì)算模型的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)解決方案、規(guī)劃、執(zhí)行、評(píng)估性能的測(cè)試結(jié)果、進(jìn)一步提煉模型和設(shè)計(jì)。這門課一般配備多名授課教師以及大量的學(xué)生實(shí)驗(yàn)室助教，實(shí)驗(yàn)室的師生比高達(dá)1：4。每周開始時(shí)有90min的講解、90min軟件實(shí)驗(yàn)、3h涉及分析和設(shè)計(jì)的結(jié)對(duì)式實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)沒有唯一正確的結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)）[5]。

6.02 使用數(shù)字通信系統(tǒng)作為工具，介紹幾個(gè)電子工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)中的基本思想。該課程的3個(gè)部分——位、信號(hào)和數(shù)據(jù)包，包括與系統(tǒng)相關(guān)的3個(gè)相應(yīng)抽象層次；講授在EECS其他課程中很有用的思想，如抽象、概率分析、疊加、時(shí)域和頻域表示、系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和取舍、集中式和分布式算法等。這門課一般配備多名授課老師、輔導(dǎo)老師以及大量的學(xué)生助教。每周有開始的講解、3h涉及分析和設(shè)計(jì)的結(jié)對(duì)式實(shí)驗(yàn)、總結(jié)性講解和一次小測(cè)驗(yàn)[6]。

另外，在我國IT產(chǎn)業(yè)界，啟明星辰信息安全技術(shù)有限公司的潘柱廷，也提出了課程體系中基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)要和專業(yè)有機(jī)結(jié)合，并設(shè)計(jì)了一個(gè)在大學(xué)一年級(jí)第2學(xué)期就開設(shè)專業(yè)必修導(dǎo)入課信息安全分析基礎(chǔ)課程的方案[7]。

在本科專業(yè)導(dǎo)入課程中，將各專業(yè)的畢業(yè)作品級(jí)目標(biāo)（已經(jīng)完成的和未實(shí)現(xiàn)的）系統(tǒng)分解成各專業(yè)主干課程知識(shí)體系，然后對(duì)各門課程的重點(diǎn)作基礎(chǔ)的講解和實(shí)踐，在此基礎(chǔ)上讓學(xué)生融會(huì)貫通，以達(dá)到讓學(xué)生感性體會(huì)本專業(yè)課程路線圖的目的，如網(wǎng)絡(luò)工程的專業(yè)導(dǎo)入課，采用以實(shí)踐操作為主、理論知識(shí)為輔的方式組織教學(xué)內(nèi)容。教師可通過分析網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的學(xué)生所要掌握的知識(shí)和能力要求，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)工程教學(xué)計(jì)劃，把教學(xué)內(nèi)容分為8個(gè)模塊，分別是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、系統(tǒng)集成、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)通訊。這些內(nèi)容涵蓋網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)相關(guān)要求，見表1。

表1 網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)導(dǎo)入課模塊

3.2 以項(xiàng)目課程為中心的專業(yè)課程群+實(shí)踐學(xué)期項(xiàng)目導(dǎo)向的工程線

在每個(gè)課程體系中，分布在各學(xué)期的專業(yè)主干課程一般是2～4門。如果在每個(gè)學(xué)年設(shè)置1門項(xiàng)目導(dǎo)向的實(shí)踐課程并以之為項(xiàng)目目標(biāo)導(dǎo)向來調(diào)整專業(yè)課程（由于各學(xué)期課程學(xué)分和學(xué)時(shí)的限制，可以不按照嚴(yán)格知識(shí)體系的順序，而是齊頭并進(jìn)），使專業(yè)課程可以為項(xiàng)目導(dǎo)向課程提供必要的知識(shí)和能力支撐，如圖3所示。

軟件工程專業(yè)一年級(jí)專業(yè)課程有程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、人機(jī)交互技術(shù)等，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的綜合課程設(shè)計(jì)可以作為項(xiàng)目導(dǎo)向課程。這個(gè)階段的學(xué)生開始學(xué)習(xí)軟件工程與計(jì)算I中的“研究一個(gè)簡單的程序，使學(xué)生了解程序的特征，初步理解不同需求和設(shè)計(jì)方案的好處，學(xué)會(huì)編寫、調(diào)試和測(cè)試小型程序”要求，測(cè)試限于單元測(cè)試，如使用嵌入到集成開發(fā)環(huán)境中的JUnit、CPP Unit等工具。如果將此項(xiàng)目的需求變更、調(diào)試和測(cè)試延伸到后續(xù)的實(shí)踐學(xué)期中，就可以進(jìn)行軟件工程與計(jì)算I課程中的項(xiàng)目訓(xùn)練。這樣，我們?cè)诿繉W(xué)年以綜合課程設(shè)計(jì)和項(xiàng)目導(dǎo)向課程為階段性項(xiàng)目目標(biāo)課程，再在學(xué)年結(jié)束前設(shè)立專門的實(shí)踐學(xué)期（4周），在實(shí)踐學(xué)期中學(xué)習(xí)軟件工程與計(jì)算系列等工程型課程。

如果在專業(yè)內(nèi)再細(xì)分方向，可以比較連續(xù)的工程線進(jìn)行引導(dǎo)，如我們將網(wǎng)絡(luò)工程分為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件開發(fā)方向和系統(tǒng)集成與網(wǎng)絡(luò)安全管理方向，那么實(shí)踐學(xué)期的項(xiàng)目也可以作為相應(yīng)工程線的分支進(jìn)行引導(dǎo)，如圖4網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)分方向?qū)嵺`學(xué)期項(xiàng)目規(guī)劃所示。

整個(gè)體系的起點(diǎn)是項(xiàng)目導(dǎo)向課程，每學(xué)年都設(shè)有專業(yè)課程圍繞的項(xiàng)目課程，最后是畢業(yè)項(xiàng)目。這樣我們就可以將每學(xué)年的專業(yè)課程和實(shí)踐學(xué)期的項(xiàng)目相結(jié)合，既實(shí)現(xiàn)以傳統(tǒng)獨(dú)立課程為主的課程模式，又嵌入以工程導(dǎo)向?yàn)橹鞯恼n程模式，兩種模式互為補(bǔ)充和反饋，工程線貫穿于整個(gè)體系。

4 結(jié) 語

計(jì)算機(jī)類專業(yè)包含軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程和電子信息工程（嵌入式軟件方向）。2014級(jí)本科開始，參與的學(xué)生情況見表2。

學(xué)生不僅學(xué)習(xí)到專業(yè)知識(shí)，還體驗(yàn)了專業(yè)領(lǐng)域的工具和工程方法，為以后的專業(yè)學(xué)習(xí)確定方向和動(dòng)力。我們將持續(xù)跟蹤了解畢業(yè)生就業(yè)情況以及用人單位的反饋信息，進(jìn)行中長期（5年和10年）統(tǒng)計(jì)分析。實(shí)施中最大的困難是師資，由誰執(zhí)行將直接影響是否能實(shí)現(xiàn)預(yù)期。這也是所有工程教育面臨的問題，因?yàn)榻虒W(xué)需要有工程經(jīng)驗(yàn)的教師，但在現(xiàn)有教育價(jià)值體系中，沒有職稱對(duì)接和平移的體系，這可能也是以后應(yīng)用型大學(xué)的一個(gè)突破點(diǎn)。

表2 計(jì)算機(jī)類專業(yè)參與人數(shù) /人

[1] 國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)[EB/OL]. (2010-07-29)[2016-09-01]. http://www.gov.cn/jrzg/2010-07/29/ content_1667143.htm.

[2] 教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì). 高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)公共核心知識(shí)體系與課程[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2008: 40-41.

[3] 教育部高等學(xué)校軟件工程專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì). 高等學(xué)校軟件工程專業(yè)規(guī)范[M]. 北京: 高等教育出版社, 2011.

[4] 南京大學(xué)軟件工程專業(yè)本科課程體系[EB/OL]. [2016-09-01]. http://software.nju.edu.cn/NJUSEC/bkjc/hxkc_index.htm.

[5] MIT EECS. Course 6-3: Computer science and engineering(note: old curriculum)[EB/OL]. [2016-09-01]. http://www.eecs.mit.edu/ academics-admissions/undergraduate-programs/course-6-3-computer-science-and-engineering.

[6] MIT EECS. Intro to EECS I(spring 2016)[EB/OL]. [2016-09-01]. http://sicp-s4.mit.edu/.

[7] 潘柱廷. 信息安全學(xué)科教育之路——從信息安全學(xué)科的“解剖學(xué)”課程開始[J]. 中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)通訊, 2013(9): 43-47.

（編輯：宋文婷）

1672-5913(2017)02-0153-05

G642

廣東省教育教學(xué)成果獎(jiǎng)（高等教育）培育項(xiàng)目“校企協(xié)同構(gòu)建計(jì)算機(jī)類專業(yè)綜合實(shí)踐能力體系與實(shí)踐”（粵高教函[2015]72號(hào)）。

羅先錄，男，副教授，研究方向?yàn)檐浖こ蹋琹uoxl@neusoft.com。