新工科背景下以數(shù)據(jù)為中心的計算機專業(yè)教學改革

郎大鵬 劉杰 崔玉文

摘 要：工科技術(shù)的發(fā)展非常迅速，甚至可以說是日新月異，這一點在計算機科學中體現(xiàn)得尤其明顯。而學校的課程往往更新速度緩慢，不能及時反映新技術(shù)的發(fā)展。為了滿足社會對計算機人才的需要，在人才培養(yǎng)的過程中應該進行改革。在目前以大數(shù)據(jù)、人工智能為新的產(chǎn)業(yè)方向的時代背景下，教學改革的方向應該以數(shù)據(jù)科學為重點。本文分析了傳統(tǒng)的計算機教學模式的不足，并且提出了改革方向。

關鍵詞：數(shù)據(jù)科學;計算機教學;改革

引言：

培養(yǎng)工科人才應該緊緊跟上相關產(chǎn)業(yè)的需要，如果教學與社會發(fā)展的需要脫節(jié)嚴重，對教育資源的浪費。傳統(tǒng)的計算機教學沒有跟上時代的要求。尤其體現(xiàn)在對數(shù)據(jù)科學的教學上。對數(shù)據(jù)的管理才是目前階段計算機人才最需要掌握的知識。本文的目的就是分析在當前背景下計算機教學的改革方向。

一、傳統(tǒng)模式的不足

計算機技術(shù)飛速發(fā)展，在當今時代，計算機最廣泛的作用是存儲數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)以及管理數(shù)據(jù)?？梢哉f計算機最大的服務對象是數(shù)據(jù)。由此可見，對數(shù)據(jù)的存儲、操作、管理等才是現(xiàn)階段也是將來很長一段時間內(nèi)計算機科學的重點。而目前的情況是，絕大部分大學中還是把計算機的計算功能作為教學的重點，沒有把計算機對數(shù)據(jù)的管理作為教學的核心。具體來說有以下表現(xiàn)。

第一、沒有把并行計算當成計算機教學中的重點。人工智能和大數(shù)據(jù)科學對硬件的要求比較高，需要規(guī)模龐大的集群。但是傳統(tǒng)的教學方法中，缺乏并行的程序設計和程序編碼、并行的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等方面的訓練，而這些恰恰是集群的重要應用[1]。

第二、傳統(tǒng)教學中把計算機單擊系統(tǒng)作為教學重點，與目前計算機領域應用廣泛的分布式系統(tǒng)差距比較大。學生在學校里沒有學到更加前沿的計算機應用技術(shù)。

第三、傳統(tǒng)教學中有關數(shù)據(jù)的課程內(nèi)容過于簡單，與目前的數(shù)據(jù)應用與管理方面的技術(shù)差距很大，學生對計算機領域比較新的領域了解得太少，例如人工智能。

第四、沒有兼顧到計算機科學與社會上其他領域的結(jié)合，僅僅把視野放在計算機這一工科專業(yè)的技能訓練上，對學生在交叉領域的培養(yǎng)還遠遠不夠。

二、教學改革的方向

教學改革要和時代的需求緊密聯(lián)系在一起。現(xiàn)階段要把改革的重點放在三個方面。

第一，通過計算機編程解決問題。這一方面主要是計算機教學中最為基礎的一個部分，也是學生在學習中的入門課，其作用還是非常重要的。學生學習的主要課程內(nèi)容包括算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序設計。在以往的計算機教學中，這一部分的教學內(nèi)容已經(jīng)長期沒有更新或者說沒有進行太大的改變，課程內(nèi)容陳舊，已經(jīng)遠遠不能滿足當前階段的教學需要。目前至少要在兩個反面進行改革。第一，正如前文所述，首先要解決傳統(tǒng)教學中對并行計算培養(yǎng)不足的問題。要在最基礎的環(huán)節(jié)就開始培養(yǎng)學生在并行計算方面的能力。第二、在課程設計方面，要引入比較新興的計算機編程語言，因為很多新的編程語言在并行計算方面做了很多設計上的改進，比以前的編程語言更加適應新時代的要求[2]。

第二，培養(yǎng)學生設計和管理復雜系統(tǒng)的能力。在傳統(tǒng)的計算機教學中，由于課程設計更新變化的速度遠遠趕不上計算機科學極其應用的發(fā)展速度，所以很多課程在設計上就暴露出問題。具體來說有以下幾點。第一，課程中設計的實驗與學生在實際工作中遇到的問題，在復雜度上和實用性上都存在較大差距，有明顯的脫節(jié)，滿足不了學生在實際工作中的需要。第二，程之間的銜接度不夠，沒有形成一個整體，沒有體現(xiàn)出計算機科學整體的知識體系，不能讓學生認識到學科的全貌。第三，計算機課程中對新技術(shù)的引入非常緩慢，往往有些技術(shù)在社會上已經(jīng)應用多年，并且逐漸成為實際工程應用中的主流，但還沒能及時進入學校的課堂上。例如目前非常主流的分布式系統(tǒng)，在學校的教學中就很少涉及。學生往往是走上工作崗位后，在實際工作積累相關方面的工程實踐。以上問題的出現(xiàn)要求學校在課程設計上加強實驗設計的工程復雜度，并且有更加實際的意義，與社會需要緊密聯(lián)系。除此之外，教學中應該開設介紹計算機體系的內(nèi)容，并且及時融入新的技術(shù)發(fā)展，讓學生能夠了解其全貌[3]。

第三，在數(shù)據(jù)方面的教學要緊跟時代步伐，滿足現(xiàn)階段社會對人才的需要。學科設計中要把對數(shù)據(jù)科學的缺失彌補起來。傳統(tǒng)教學中關于數(shù)據(jù)科學的課程一般只包括數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)方面的內(nèi)容，這樣的教學內(nèi)容非常薄弱，完全沒有體現(xiàn)出數(shù)據(jù)科學在計算方面的進步和發(fā)展。想想看，當人工智能已經(jīng)開始逐步進入人們生活的時候，學校的計算課程中連其所依賴的數(shù)據(jù)科學的內(nèi)容都還遠遠不夠，學生怎么能跟上時代的步伐，怎么能適應社會的需要。因此，教學思維需要轉(zhuǎn)換，關于數(shù)據(jù)科學的課程必須大幅度引入到課堂上，包括對數(shù)據(jù)的獲取、存儲以及管理等缺一不可。另外新技術(shù)更新比較快，教學中要有及時響應技術(shù)變化的機制，并將其快速融入教學過程中，從而達到教學與技術(shù)同步發(fā)展的程度[4]。

三、結(jié)束語

綜上所述，計算機教學改革應該在數(shù)據(jù)科學上下功夫，在編程等基礎環(huán)節(jié)，重視并行計算，引入新興的更加優(yōu)秀的編程語言。在此基礎上培養(yǎng)學生處理復雜系統(tǒng)的能力，增強學生的工程應用及管理的視野及水平。

參考文獻：

[1]陳潔，張文翔.大數(shù)據(jù)視角下計算機科學與技術(shù)專業(yè)建設探究[J].軟件導刊，2016，15（10）：185-187.

[2]譚義紅，陳治平.大數(shù)據(jù)時代信息與計算科學專業(yè)數(shù)據(jù)分析人才培養(yǎng)[J].現(xiàn)代職業(yè)教育，2018（1）：54-55.

[3]甄文波，孫波.基于大數(shù)據(jù)背景下計算機科學與技術(shù)專業(yè)教學改革方向研究[J].數(shù)碼世界，2018（4）：122-122.

[4]周義鎮(zhèn).淺談大數(shù)據(jù)時代的計算機科學與技術(shù)專業(yè)綜合改革[J].經(jīng)營管理者， 2017（11）：363.

基金項目：

本項目受到2019年黑龍江省高等教育教學改革項目資助，項目名稱“過程化考核可行性實施方案及支撐工具建設”。