芻議新工科軟件類專業(yè)的教學建設

駱斌 劉嘉

摘 要：產(chǎn)業(yè)革命推動工科的形成與發(fā)展。今天，信息技術(shù)是新產(chǎn)業(yè)的核心，推動軟件人才教育創(chuàng)新成為新工科建設中不可忽視的重要環(huán)節(jié)。本文從教育理念、知識體系、課程體系、教學方式和教學手段等多個方面討論了新工科軟件類專業(yè)所面臨的新挑戰(zhàn)，思考新工科軟件類專業(yè)教育應采取的對策。

關(guān)鍵詞：新工科；軟件類專業(yè)；新思維；教學建設；創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育

一、新產(chǎn)業(yè)、新工科與軟件人才教育

當今社會，信息化和工業(yè)化深度融合，商業(yè)模式不斷創(chuàng)新，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，新產(chǎn)業(yè)不斷形成，正在引領新經(jīng)濟的快速發(fā)展，推動產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)方式的變遷，為社會發(fā)展和國家富強帶來新機遇。因此新經(jīng)濟已經(jīng)成為全球經(jīng)濟新一輪發(fā)展的發(fā)動機，新產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來的新人才需求則催動新工科建設[1]。觀察近年新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程，大多數(shù)來源于信息技術(shù)創(chuàng)新，或者來源于信息技術(shù)與傳統(tǒng)行業(yè)的密切融合。移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、機器人、物聯(lián)網(wǎng)、智能制造、網(wǎng)絡安全、電子商務、移動醫(yī)療等新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，觸發(fā)社會治理、組織模式、產(chǎn)業(yè)與商業(yè)體系框架不斷變革。李克強總理在2017年政府工作報告中明確提

出：深入實施《中國制造2025》，加快大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)應用，以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式，推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)、管理和營銷模式變革。工程教育已經(jīng)成為國家競爭力的重要來源，傳統(tǒng)工科教育需要改革以適應新產(chǎn)業(yè)對新人才的需求[2]。信息技術(shù)是新工科建設的切入點，軟件技術(shù)是信息技術(shù)的靈魂，它不僅支持互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、計算機、智能系統(tǒng)的運行，而且支撐新商業(yè)框架、商業(yè)模式、體制機制的運行，并且深入各個傳統(tǒng)行業(yè)的更新?lián)Q代。軟件不再是傳統(tǒng)行業(yè)的制備材料，而是新產(chǎn)業(yè)的靈魂。抓緊、變革與創(chuàng)新軟件人才教育對于新工科、新產(chǎn)業(yè)、新經(jīng)濟的形成與發(fā)展具有舉足輕重的作用。

二、新工科軟件人才的人才培養(yǎng)觀

教育以知識為工具教會他人思考的過程，讓人思考如何利用自身的擁有去創(chuàng)造更多的社會財富并實現(xiàn)自我價值。新工科必須貫徹這一教育的基本思路，把素質(zhì)教育和專業(yè)教育緊密結(jié)合起來，既重視新工科人才的專業(yè)能力，更重視新工科人才的綜合素質(zhì)。

傳統(tǒng)教育環(huán)境下，教育一般由教師主導，教師傳授自己的思想和知識，傳道授業(yè)解惑，復制自我；學生學習知識與方法，應用于工作實際去創(chuàng)造社會生產(chǎn)力，優(yōu)秀者發(fā)揚光大進而創(chuàng)造知識；教育的最大成功在創(chuàng)造知識與復制自我。

新經(jīng)濟環(huán)境下，社會需要具備創(chuàng)新力的人才去創(chuàng)造新產(chǎn)業(yè)、新技術(shù)、新模式，復制自我的教育模式已經(jīng)力不從心。新工科人才培養(yǎng)觀需要創(chuàng)新，其本質(zhì)在于塑造自我，也就是以學生為中心的教育論。學生主導學習，從眾多教師那里尋找知識，進行自建構(gòu)的主動學習，博采眾師之長，并綜合運用各種方法論去創(chuàng)新模式和知識，貢獻于新產(chǎn)業(yè)。此所謂“圣人無常師”。

國家示范性軟件學院建設是新工科建設的最初探索。它率先實踐了“以產(chǎn)業(yè)需求為導向建專業(yè)方向、以新技術(shù)發(fā)展改教學內(nèi)容、以教育體制改革求教學保障、以學生志趣變教學方法，以內(nèi)外資源創(chuàng)教學條件、以國際前沿立教育標準”[1]，取得廣泛認可的成績，培養(yǎng)了一大批具有國際競爭力的復合型軟件實用人才，有力地促進了我國軟件產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展。

新工科軟件類專業(yè)應該總結(jié)其經(jīng)驗，繼續(xù)保持在面向產(chǎn)業(yè)、校企聯(lián)合教學、復合型、國際化方面的特色，并進一步創(chuàng)新教育觀念，總結(jié)教育教學經(jīng)驗，在教學中厚基礎以創(chuàng)新，重復合以創(chuàng)業(yè)，自建構(gòu)以承載，保持學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)原生本色。

三、新工科軟件類專業(yè)的人才新素養(yǎng)和教育新理念

綜合分析這幾年戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新動向，信息化、網(wǎng)絡化、智能化、交叉化、創(chuàng)新性是新工科的專業(yè)特色，多元化、實踐性與國際化是新工科的教育特色。新工科建設要“以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為途徑，培養(yǎng)綜合兼顧知識、實踐、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)的高素質(zhì)工科人才”[3]。

為適應新產(chǎn)業(yè)的人才需要，創(chuàng)新性軟件人才教育需兼顧通識教育和專業(yè)教育，體現(xiàn)二者在教育過程中和諧統(tǒng)一的辯證關(guān)系。

其一，通識教育體現(xiàn)教育的本質(zhì)，提高受教育者的綜合素質(zhì)，對于“挖掘受教育者的自身擁有去積極服務社會和實現(xiàn)自我”具有重要意義，也是促進新工科人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的關(guān)鍵。如圖1所示，新工科軟件類專業(yè)的通識教育不僅要培養(yǎng)語言能力、法律道德倫理、數(shù)學思維、藝術(shù)基礎等，也要重視計算思維和互聯(lián)網(wǎng)思維，以及學習的能動性、主動性和自建構(gòu)性。

計算思維綜合了面向問題求解的數(shù)學思維、面向復雜系統(tǒng)設計與評估的工程思維以及面向復雜性/智能/心理/行為理解的科學思維。抽象和自動化是其核心，問題求解、系統(tǒng)設計、人類行為理解是其特征，約簡、嵌入、轉(zhuǎn)化、仿真是其手段，從而去處理超出個人獨立能力的巨大復雜問題并進行系統(tǒng)設計[4]。

互聯(lián)網(wǎng)思維是從（移動）互聯(lián)網(wǎng)角度去思考產(chǎn)業(yè)生態(tài)的一種全新思維。重新審視市場、用戶、產(chǎn)品、價值等商業(yè)生態(tài)是其思維特征，（移動）互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算和機器智能是其技術(shù)基礎，大數(shù)據(jù)、零距離、趨透明、慧分享、便操作、惠眾生是其運行特征。

其二，專業(yè)教育體現(xiàn)社會生產(chǎn)力需求，是“有為國家”的上層建筑所驅(qū)動，傳授給被教育者嫻熟的專業(yè)技能，對于受教育者從事具體專業(yè)工作具有知識性和能力性的奠基作用，也是新工科人才專業(yè)工作能力的關(guān)鍵。如圖2所示，新工科軟件人才教育要貫徹系統(tǒng)觀、工程觀的教育，在基礎專業(yè)教育的基礎上，高度重視與其他專業(yè)的結(jié)合，實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+人才”的教育目標。

新工科軟件類專業(yè)教學的新理念在微觀上應該貫徹：計算思維和互聯(lián)網(wǎng)思維的訓練，軟件的系統(tǒng)思維與工程思維訓練，工程嚴謹性、批判性思維與非標準化解決方案的折中性訓練，本學科基礎知識教學的求精與復合型知識教學的平衡，跨學科的想象力、創(chuàng)造力、主動性的培養(yǎng)，溝通與合作、全球化思維模式的養(yǎng)成，軟件的商業(yè)經(jīng)濟判斷能力的培養(yǎng)，自主學習和共同學習的平衡，流動學習與終身學習等能力的養(yǎng)成，就業(yè)競爭力與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能動性的培養(yǎng)。

四、新工科軟件類專業(yè)的教育知識體系

新工科軟件人才的知識體系具有產(chǎn)業(yè)引領、技術(shù)現(xiàn)行、交叉復合、與時俱進、自主建構(gòu)的特征。具體來說，這一知識體系反映在通識教育上，一是要擁有良好的語言能力，認知法律道德倫理，受到良好的數(shù)學思維和歷史方法論訓練，具備自然科學、工程學和藝術(shù)基礎；二是要具備計算思維和互聯(lián)網(wǎng)思維；三是要具備學習的能動性，適應自建構(gòu)的主動學習，擁有自學習和再學習的能力。反映在專業(yè)教育上，一要擁有良好的問題求解能力，具備離散數(shù)學、編程、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法基礎；二是要具備完整的系統(tǒng)觀，熟悉硬件系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)系統(tǒng)、知識系統(tǒng)、應用軟件系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)的建構(gòu)；三是要熟練運用軟件工程的方法，理解需求與模式創(chuàng)新、構(gòu)造與設計創(chuàng)新、質(zhì)量與管理創(chuàng)新；四是要具備軟件的職業(yè)基礎，了解職業(yè)素質(zhì)、團隊動力、經(jīng)濟學；五是要融合軟件類專業(yè)知識和應用領域知識，具備“互聯(lián)網(wǎng)+領域”的實際應用能力[5，6]。

新工科軟件教育要意識到大系統(tǒng)、大軟件、大模式和大應用對人才的新要求，以工程思維為承載導向，互聯(lián)網(wǎng)思維為問題分析，計算思維為問題解決，定位于培養(yǎng)領軍式軟件人才和軟件產(chǎn)業(yè)骨干人才。具體來說，新工科軟件人才應該具有綜合運用知識的能力，即基于計算的求解與仿真、軟件的系統(tǒng)與工程、數(shù)據(jù)與知識、經(jīng)濟與業(yè)務模型重組、軟件的領域應用，用軟件定義世界、創(chuàng)新世界。

五、新工科軟件類專業(yè)的課程體系

新工科軟件人才培養(yǎng)的課程體系構(gòu)建無定例，只要覆蓋知識體系實現(xiàn)路徑，給予學生自建構(gòu)學習即可。同時在設計課程時既要面向大多數(shù)學生受益，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展培養(yǎng)中堅力量，也要兼顧創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)創(chuàng)造，不抹平領軍人才的棱角。如圖3所示，基本措施包括：（1）大幅度約簡和改革傳統(tǒng)基礎課程教學內(nèi)容，去過時，留精華，填充新知識，厚基礎，促創(chuàng)新。（2）體系化設計專業(yè)方向課程，注重學科交叉，深入開展領域融合教育，并要求學生兼顧若干其他專業(yè)方向模塊。（3）逐步引導和全面貫徹計算思維和互聯(lián)網(wǎng)思維的教學。（4）整體化設計專業(yè)實踐教育體系，高度重視實踐在專業(yè)教學上的重要作用。（5）基于系統(tǒng)觀與工程觀建構(gòu)，融合理論、工程、管理、團隊、職業(yè)等知識進行融合教學，符合軟件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)由小及大的學習認知。（6）把方法與工具作為知識與素質(zhì)教育的載體，課程教學設計圍繞主流工具展開，與時俱進，但不能忘記課程的知識本質(zhì)，不因工具設課。

實施準則上可以實行專業(yè)核心課和并行的專業(yè)方向課程組，體系化設計實踐課程體系。從文獻[7]引申，結(jié)合新工科的新特征，筆者提出一種基礎課程體系的設計方案，僅供參考。

專業(yè)核心課程劃分為三個模塊。（1）基礎課程模塊：貫徹專業(yè)基礎的思維導引、程序設計基礎訓練、計算機系統(tǒng)認知。課程可以有軟件工程與計算導論（計算思維、互聯(lián)網(wǎng)思維、軟件工程、數(shù)據(jù)科學、智能科學等基礎導引）、計算系統(tǒng)基礎（硬件與系統(tǒng)軟件認知、程序設計基礎）、離散數(shù)學、計算機系統(tǒng)與操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法，經(jīng)求精和約簡后計5門課程。（2）面向計算思維的核心課程模塊：融合編

程、系統(tǒng)、工程、職業(yè)、管理、團隊等知識，按照由小及大軟件系統(tǒng)建構(gòu)組織教學，深入貫徹計算思維、系統(tǒng)與工程能力的培養(yǎng)。課程可以有個人級小規(guī)模軟件系統(tǒng)建構(gòu)、小組級中小規(guī)模軟件系統(tǒng)建構(gòu)、小團隊級中規(guī)模軟件系統(tǒng)建構(gòu)與設計創(chuàng)新、大規(guī)模軟件系統(tǒng)設計技術(shù)、大規(guī)模軟件系統(tǒng)質(zhì)量與管理，計5門課程。（3）面向互聯(lián)網(wǎng)思維的核心課程模塊：融合需求與模式、數(shù)據(jù)與智能、系統(tǒng)與實現(xiàn)等知識，按照由小及大互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)系統(tǒng)建構(gòu)組織教學。課程可以有互聯(lián)網(wǎng)計算、數(shù)據(jù)科學基礎（數(shù)據(jù)與智能的數(shù)學與算法基礎）、數(shù)據(jù)工程與數(shù)據(jù)系統(tǒng)（數(shù)據(jù)庫/倉庫、知識發(fā)現(xiàn)、數(shù)據(jù)分析等系統(tǒng)構(gòu)建）、互聯(lián)網(wǎng)思維下的需求與模式創(chuàng)新、人機交互與可視化技術(shù)，計5門課程。

專業(yè)方向課程也應模塊化，鑒于專業(yè)特征，要求學生至少完成一個、兼顧三個以上專業(yè)方向課程模塊。具體專業(yè)方向很多，因時因勢而定。

不僅專業(yè)核心課程和專業(yè)方向課程要體系化設計，實踐能力訓練也需要體系化建構(gòu)。工程實踐能力訓練體系必須兼顧驗證性、工程性、創(chuàng)新性、系統(tǒng)性、經(jīng)濟與創(chuàng)業(yè)能力。關(guān)鍵路徑包括：基本程序設計實驗、個人級小規(guī)模系統(tǒng)構(gòu)建實驗、小組級中小規(guī)模軟件系統(tǒng)構(gòu)建實驗、兼顧技術(shù)與創(chuàng)新的自主式團隊級中規(guī)模軟件系統(tǒng)構(gòu)建課程實踐、中大規(guī)模軟件系統(tǒng)的重構(gòu)實驗、與專業(yè)方向應用領域相結(jié)合的兼顧商業(yè)模式創(chuàng)新的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程實踐、企業(yè)級實習。

六、新工科軟件類專業(yè)需要新型教學方式與教學手段

對于包括工科教育在內(nèi)的高級職業(yè)教育，面臨著產(chǎn)業(yè)界要求培養(yǎng)大批量好用人才的巨大壓力，但是應該不忘新工科培養(yǎng)引領社會發(fā)展的高素質(zhì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的使命。這主要通過“厚基礎、養(yǎng)素質(zhì)、自建構(gòu)、再學習、重能動、不因循”的教學原則達到。

在教學方式上，要重視“以產(chǎn)業(yè)為導向、以學生為中心”的自建構(gòu)主義學習方式；采用“厚基礎、精專業(yè)與跨學科”的折中主義教學；實行校企合作協(xié)同育人，重視實踐教學，堅持企業(yè)實習；實行國際化聯(lián)合人才培養(yǎng)；實踐軟件系統(tǒng)與數(shù)據(jù)系統(tǒng)構(gòu)建的系統(tǒng)性、工程性、融合性教學；重視對商業(yè)模式創(chuàng)新的培養(yǎng)；對學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)加以教學引導。

在教學手段上，要堅持工程性，實行課程學習與項目學習相結(jié)合；堅守創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，實行探究式與研討式教學；重視商業(yè)模式與軟件經(jīng)濟學的考量教學；注重利用現(xiàn)代教育手段滿足自建構(gòu)、碎片化學習，實行MOOC/SPOC+ 翻轉(zhuǎn)課堂教學；實行案例教學，輔助以方法與工具教學；利用虛擬仿真實驗實習教學；嘗試創(chuàng)業(yè)孵化場教學與失敗教育。

在教學支撐上，基于互聯(lián)網(wǎng)時代教育特征，嘗試建構(gòu)面向社會化協(xié)作的、大數(shù)據(jù)驅(qū)動的、基于過程的教學保障體系。該體系對教學和實踐過程進行詳細監(jiān)控和數(shù)據(jù)挖掘，學生可以從不同知識維度、研究維度和企業(yè)維度了解自身能力狀況，自我驅(qū)動個性化學習，并通過個體能力特征推薦得到社會化合作和協(xié)同創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。企業(yè)可以參與教學與實踐過程，分發(fā)產(chǎn)業(yè)任務，實現(xiàn)部分商業(yè)目的，尋找合適人才，從而營造產(chǎn)教協(xié)同學習情境，共同培養(yǎng)

學生。

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