新工科背景下計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力的培養(yǎng)

摘要：在信息技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用新形勢(shì)下，計(jì)算機(jī)類專業(yè)人才需要具備更深入、更專業(yè)的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用能力。在新工科背景下，計(jì)算機(jī)類專業(yè)教育中的系統(tǒng)能力培養(yǎng)更是首當(dāng)其沖。各高校不斷加強(qiáng)新工科計(jì)算機(jī)類專業(yè)系統(tǒng)能力培養(yǎng)，推動(dòng)高新技術(shù)與計(jì)算機(jī)類專業(yè)知識(shí)、能力、素質(zhì)的深度融合，探索計(jì)算機(jī)類專業(yè)改造升級(jí)的實(shí)施路徑，以此來提高學(xué)生適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)發(fā)展的整體素質(zhì)和綜合能力。

關(guān)鍵詞：新工科；課程群；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力；實(shí)踐體系；實(shí)踐平臺(tái)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）09-0159-03

Abstract：In the new situation of information technology development and application， computer professionals need to have deeper and more professional system level design， realization and application ability. Under the new engineering background， the system ability cultivation in the computer specialty education is the first to bear the brunt. Colleges and universities constantly strengthen the system ability training of computer major in new engineering subject， promote the deep integration of high and new technology and computer specialty knowledge， ability and quality， and explore the implementation path of computer specialty transformation and upgrading that improve the students overall quality and comprehensive ability adapting to the development of the new economy.

Key words： New engineering department； Curriculum group； Computer system capability； Practice system； Practice platform

1 引言

自2017年2月以來，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后有了復(fù)旦共識(shí)、天大行動(dòng)和北京指南，旨在培養(yǎng)與國際接軌的復(fù)合型新工科人才。我國經(jīng)濟(jì)已經(jīng)進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段，新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)和新模式對(duì)計(jì)算機(jī)類專業(yè)人才的培養(yǎng)提出了新要求，大力推進(jìn)“新工科”計(jì)算機(jī)類專業(yè)人才培養(yǎng)的改革也勢(shì)在必行。我國計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，需要計(jì)算機(jī)類專業(yè)人才掌握解決復(fù)雜工程問題和進(jìn)行軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的能力，掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力的計(jì)算機(jī)類專業(yè)人才，才能適應(yīng)新工科背景下市場(chǎng)對(duì)人才需求的不斷變化。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力的培養(yǎng)主要從理論知識(shí)體系、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)體系、實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)等方面來體現(xiàn)和提高學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)、創(chuàng)新等能力。

2 新工科背景下計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力培養(yǎng)現(xiàn)狀

2.1 新工科內(nèi)涵

新工科，包含五新，即新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量和新體系，主要針對(duì)新興產(chǎn)業(yè)的專業(yè)，以互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)智能為核心，如人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、云計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)等相關(guān)工科專業(yè)，也包括對(duì)智能制造、機(jī)器人、云計(jì)算等傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級(jí)改造，培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)踐能力強(qiáng)，具備國際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才。為了適應(yīng)未來新經(jīng)濟(jì)和智能時(shí)代的工作需求，新工科建設(shè)將改造升級(jí)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)類專業(yè)，要求從事計(jì)算機(jī)開發(fā)和應(yīng)用工作的計(jì)算機(jī)類專業(yè)人員必須深入了解和掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的工作機(jī)制和原理，具備較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

2.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力培養(yǎng)目標(biāo)

計(jì)算機(jī)類專業(yè)學(xué)生的系統(tǒng)能力核心是在掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理基礎(chǔ)上，深入地掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部各軟/硬件部分的關(guān)聯(lián)關(guān)系和邏輯層次，了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)呈現(xiàn)的外部特征及與人和現(xiàn)實(shí)世界的交互模式，開發(fā)構(gòu)建以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的高效應(yīng)用系統(tǒng)。

系統(tǒng)能力包括系統(tǒng)知識(shí)和工程實(shí)踐能力。系統(tǒng)知識(shí)是掌握計(jì)算機(jī)核心系統(tǒng)的工作原理、構(gòu)造方法和軟硬件相互協(xié)同關(guān)系；工程實(shí)踐能力是用工程方法開發(fā)計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。

應(yīng)從理論知識(shí)和實(shí)踐應(yīng)用上全面提升計(jì)算機(jī)類專業(yè)學(xué)生的系統(tǒng)能力培養(yǎng)，以適應(yīng)未來計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)和新經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，滿足未來智能時(shí)代社會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)類人才的迫切需求。

2.3目前高校計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力培養(yǎng)存在的問題

1）各門課程獨(dú)立規(guī)劃、獨(dú)立設(shè)計(jì)和獨(dú)立教學(xué)，知識(shí)體系規(guī)劃缺乏系統(tǒng)性，造成知識(shí)體系中的知識(shí)點(diǎn)冗余，各門課程間銜接關(guān)系脫節(jié)，不利于綜合素質(zhì)和能力的培養(yǎng)。

2）課堂教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，課程偏理論，知識(shí)抽象，采用傳統(tǒng)的遞進(jìn)式教學(xué)，忽略先修課程關(guān)系。重知識(shí)，輕能力，尤其是全面的系統(tǒng)能力。學(xué)生難以建立完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)觀念，缺乏對(duì)計(jì)算機(jī)核心理論的深入理解，無法掌握計(jì)算機(jī)核心技術(shù)。

3）學(xué)生缺乏系統(tǒng)級(jí)工程訓(xùn)練，各課程多采取“橫向”分析式教學(xué)方法，忽略“縱向”視角。實(shí)踐過程缺乏足夠的訓(xùn)練規(guī)模和難度，解決問題的專業(yè)能力也有所欠缺，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)技術(shù)綜合運(yùn)用能力和素質(zhì)不足，難以確保計(jì)算機(jī)專業(yè)能力的有效形成。

4）硬件設(shè)備維護(hù)成本高、在線實(shí)驗(yàn)課程匱乏以及虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)欠缺等原因，導(dǎo)致學(xué)生課下實(shí)驗(yàn)不充分；其次系統(tǒng)類師資不足，一線教師不具備系統(tǒng)開發(fā)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。

5）對(duì)學(xué)生能力進(jìn)行考評(píng)的系統(tǒng)欠缺，各課程仍采用統(tǒng)一的教學(xué)目標(biāo)和考核標(biāo)準(zhǔn)，無法因材施教，進(jìn)行個(gè)性化培養(yǎng)。

3 新工科背景下計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力的培養(yǎng)

3.1基于OBE構(gòu)建層次遞進(jìn)、深度融合的課程體系

系統(tǒng)能力的培養(yǎng)具有突出的工程教育特征，是解決復(fù)雜工程問題的直接體現(xiàn)。采用OBE教育模式構(gòu)建課程體系突出強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)類專業(yè)學(xué)生的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力培養(yǎng)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、應(yīng)用和創(chuàng)新能力的強(qiáng)化與提升。該課程群建設(shè)堅(jiān)持立足實(shí)際、循序漸進(jìn)、多步優(yōu)化的原則，同時(shí)兼具系統(tǒng)性、邏輯性、完整性和科學(xué)性。以提升計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力為人才培養(yǎng)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)邏輯思維層的概念貫通、專業(yè)素養(yǎng)層的程序貫通、核心能力層的系統(tǒng)貫通以及學(xué)科拓展層的應(yīng)用貫通。

3.1.1 建立課程群、多課程協(xié)同改革

在理論知識(shí)教學(xué)上，建立新的系統(tǒng)級(jí)綜合課程，強(qiáng)化系統(tǒng)知識(shí)、重新規(guī)劃建設(shè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)核心課程群，由《數(shù)字邏輯》《計(jì)算機(jī)組成原理》《計(jì)算機(jī)體系機(jī)構(gòu)》《操作系統(tǒng)》《編譯原理》等多門課程聯(lián)動(dòng)協(xié)同教學(xué)，并確定每門課程的培養(yǎng)目標(biāo)和能力評(píng)價(jià)方法。讓課程群之間的內(nèi)容聯(lián)系更緊密、銜接更順暢、系統(tǒng)性更強(qiáng)。構(gòu)建層次遞進(jìn)的創(chuàng)新人才培養(yǎng)課程體系，能滿足快速發(fā)展的前沿科技對(duì)人才知識(shí)結(jié)構(gòu)的需求。

3.2 面向復(fù)雜系統(tǒng)能力的實(shí)驗(yàn)體系

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力培養(yǎng)的核心是掌握計(jì)算機(jī)軟硬件協(xié)同工作機(jī)制和基本運(yùn)行原理，最終設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。面向系統(tǒng)能力培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)體系則應(yīng)該是多層次、自適應(yīng)和可持續(xù)改進(jìn)的。

3.2.1 采用工程案例驅(qū)動(dòng)課程群

設(shè)計(jì)多目標(biāo)、遞進(jìn)式、迭代化的綜合性實(shí)驗(yàn)，滿足不同學(xué)生個(gè)性化培養(yǎng)的目標(biāo)，逐步遞進(jìn)、迭代培養(yǎng)學(xué)生的興趣，逐漸增加實(shí)驗(yàn)難度以減輕學(xué)生壓力、緩解畏懼困難的情緒，最終從使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)到構(gòu)建計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，要求做到創(chuàng)新性、規(guī)模性、集成性、演變性以及綜合性。

以課程群為單位設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)，力求保證創(chuàng)意新、高質(zhì)量的實(shí)踐實(shí)訓(xùn)，由企業(yè)工程師將工程項(xiàng)目案例融入課程群中，一個(gè)工程案例貫穿整個(gè)核心課程群，再將問題的復(fù)雜性、開放系統(tǒng)的規(guī)模性、技術(shù)工具的多樣性以及運(yùn)用知識(shí)的系統(tǒng)性進(jìn)行綜合，以實(shí)現(xiàn)基于課程群的綜合實(shí)訓(xùn)，保證實(shí)訓(xùn)的長(zhǎng)期性、系統(tǒng)性、遞進(jìn)性和延續(xù)性。

長(zhǎng)期性：主要跨越2～3個(gè)學(xué)期，保證足夠時(shí)間的投入。

系統(tǒng)性：綜合運(yùn)用課程群中多門課程的知識(shí)點(diǎn)。

遞進(jìn)性：確保多樣化能力的循序漸進(jìn)培養(yǎng)。

延續(xù)性：在其他課程群的實(shí)驗(yàn)中可持續(xù)開展。

3.2.2創(chuàng)建軟硬貫穿、虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

構(gòu)建學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)能力培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)、系統(tǒng)能力培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)和科研能力培養(yǎng)三類軟硬融合、虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。為提升學(xué)生能力與素質(zhì)，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)涵蓋軟硬協(xié)同的認(rèn)知實(shí)驗(yàn)、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)和創(chuàng)新研究，實(shí)現(xiàn)從“使用計(jì)算機(jī)”到“構(gòu)建計(jì)算機(jī)”。通過建立“四位一體”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心和“面向?qū)嶒?yàn)的在線交互、在線實(shí)驗(yàn)進(jìn)程控制、在線實(shí)驗(yàn)過程分析評(píng)價(jià)、實(shí)驗(yàn)云資源”等虛實(shí)融合的軟硬件綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和提升系統(tǒng)能力等級(jí)，服務(wù)教師多層次分析學(xué)生能力情況，以便更好地改進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)。

3.3 “產(chǎn)教融合”理念下協(xié)同育人、提升計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力

“產(chǎn)教融合”是切實(shí)可行的培養(yǎng)機(jī)制，不論是人才培養(yǎng)、專業(yè)建設(shè)、課程建設(shè)、實(shí)習(xí)實(shí)踐、師資培養(yǎng)等，都需要高校和產(chǎn)業(yè)的協(xié)同合作。建立產(chǎn)業(yè)與高校之間的信息融通、資源共享的協(xié)同育人創(chuàng)新體系。既可以解決高校師資不足的窘?jīng)r，又可以使用產(chǎn)業(yè)提供的在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)來培養(yǎng)和提高學(xué)生計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力。

“產(chǎn)教融合”可提供校企合作平臺(tái)和聯(lián)合研究，企業(yè)通過發(fā)布項(xiàng)目、提供需求、提供實(shí)踐環(huán)境和內(nèi)容等方式推動(dòng)高校的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力培養(yǎng)工作。同時(shí)還可提高高校為經(jīng)濟(jì)社會(huì)服務(wù)發(fā)展的能力，為行業(yè)企業(yè)技術(shù)進(jìn)步服務(wù)的能力以及為學(xué)習(xí)者創(chuàng)造價(jià)值的能力。

3.4分類分級(jí)的差異化教學(xué)方式

基于學(xué)生能力差異化的現(xiàn)實(shí)情況，為綜合實(shí)訓(xùn)題目設(shè)置不同難度，主要以課后自學(xué)和實(shí)踐為主，課堂上教師主要負(fù)責(zé)引導(dǎo)和答疑。同時(shí)為學(xué)生設(shè)置最低目標(biāo)，成績(jī)則采用“書面報(bào)告”+“口頭匯報(bào)”形式，以量化方式考核學(xué)生能力水平。

4 結(jié)束語

信息化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化給新工科建設(shè)增加了新的技術(shù)內(nèi)涵，面對(duì)新技術(shù)、新經(jīng)濟(jì)、新業(yè)態(tài)，深化工程教育改革，大膽創(chuàng)新，整合資源，建立新工科教育體系，培養(yǎng)高質(zhì)量的新工科人才。只有改造傳統(tǒng)工科專業(yè)，發(fā)展新興工科專業(yè)，強(qiáng)化和提升計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力，主動(dòng)布局未來戰(zhàn)略領(lǐng)域計(jì)算機(jī)類專業(yè)人才培養(yǎng)，才能提高國家硬實(shí)力和國際競(jìng)爭(zhēng)力，這也成為全國高校與世界一流大學(xué)競(jìng)爭(zhēng)和交流的重要途徑。

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【通聯(lián)編輯：王力】