面向新工科的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)卓越工程師培養(yǎng)體系探索與實(shí)踐

武小平，劉樹波，周 軍，胡玉玲

（1.武漢大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，湖北 武漢 430072；（2.騰訊云計(jì)算（北京）有限責(zé)任公司，北京 100080）

1 卓越培養(yǎng)計(jì)劃2.0

“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”是國家貫徹落實(shí)中長期教育改革和發(fā)展綱要的重大改革實(shí)踐項(xiàng)目，也是促進(jìn)我國由工程教育大國邁向工程教育強(qiáng)國的重大舉措[1]。對于計(jì)算機(jī)專業(yè)而言，本科卓越工程師的培養(yǎng)以工程應(yīng)用技術(shù)和系統(tǒng)綜合能力為核心，著力重視培養(yǎng)計(jì)算思維及解決問題的能力。

“卓越計(jì)劃”經(jīng)過近十年的發(fā)展，培養(yǎng)了一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)，能夠適應(yīng)經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展需求的各類工程科技人才。2017 年以來，由教育部倡導(dǎo)的新工科建設(shè)，在我國各高校引起強(qiáng)烈反響和積極響應(yīng)。各高校也紛紛提出自己的新工科建設(shè)規(guī)劃與實(shí)施方案，在實(shí)現(xiàn)“卓越計(jì)劃1.0—新工科—卓越計(jì)劃2.0”的跨越上做出了很多有益的探索[2]。其中以“復(fù)旦共識”“天大行動”“北京指南”[3-4]為代表的新工科建設(shè)研討，引領(lǐng)了適應(yīng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革及新經(jīng)濟(jì)發(fā)展背景下的新一輪學(xué)科專業(yè)交叉融合及建設(shè)。作為具體實(shí)施計(jì)劃，教育部在產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目中，遴選了新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目[5]，匯聚企業(yè)資源，拓展實(shí)施“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃2.0”，切實(shí)推動和服務(wù)新工科建設(shè)，培養(yǎng)多樣化、創(chuàng)新型卓越工程科技人才，助力信息產(chǎn)業(yè)超越發(fā)展和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的信息化融合和轉(zhuǎn)型升級。

2 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)定位

2.1 人才目標(biāo)

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)“卓越計(jì)劃”旨在培養(yǎng)具有良好素質(zhì)，掌握自然科學(xué)基礎(chǔ)知識，系統(tǒng)地掌握計(jì)算機(jī)科學(xué)理論、計(jì)算機(jī)軟/硬件系統(tǒng)及應(yīng)用知識，受過科學(xué)研究與實(shí)際應(yīng)用的初步訓(xùn)練，具備本領(lǐng)域分析問題解決問題的能力，并具備良好外語運(yùn)用能力的應(yīng)用型卓越工程技術(shù)人員。

2.2 培養(yǎng)方案目標(biāo)

針對計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的卓越人才培養(yǎng)目標(biāo)，相應(yīng)的培養(yǎng)方案也有別于普通計(jì)科類的專業(yè)課程體系，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

（1）要有突出的特色課程。特色課程應(yīng)在國際化接軌程度和課程內(nèi)容及難度上有所體現(xiàn)。具體可表現(xiàn)為至少有1～2 門專業(yè)核心課程的內(nèi)容和難度對標(biāo)國際一流大學(xué)的相應(yīng)專業(yè)課程，可采用原版教材引進(jìn)、雙語教學(xué)等多種形式。

（2）要強(qiáng)化專業(yè)實(shí)踐。在培養(yǎng)方案中應(yīng)通過具體的專業(yè)實(shí)踐安排和學(xué)分設(shè)置要求進(jìn)行體現(xiàn)。具體的量化形式和程度可根據(jù)培養(yǎng)方案的總體架構(gòu)進(jìn)行實(shí)際調(diào)整。

（3）要加強(qiáng)專業(yè)方向引導(dǎo)。結(jié)合計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)發(fā)展的方向與特點(diǎn)，要通過培養(yǎng)方案的設(shè)置，引導(dǎo)學(xué)生在本科高年級階段結(jié)合自身的興趣和未來規(guī)劃在不同的專業(yè)方向有側(cè)重性的系統(tǒng)選修相關(guān)專業(yè)課程，為進(jìn)一步的研究深造打下較好的基礎(chǔ)。

3 面向新工科的計(jì)科卓工培養(yǎng)方案探索與實(shí)踐

為適應(yīng)面向新工科的知識體系更新與人才培養(yǎng)目標(biāo)的升級，需對現(xiàn)有培養(yǎng)方案進(jìn)行有效調(diào)整與創(chuàng)新，以支撐知識、能力、素質(zhì)等人才培養(yǎng)要素的增加和培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成[6]。以武漢大學(xué)深入推進(jìn)通識教育改革與推行“三學(xué)期”制為契機(jī)[7-8]，在教育部的產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目支持下，結(jié)合武漢大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)科卓工班人才培養(yǎng)的研究與實(shí)踐，進(jìn)行了面向新工科的培養(yǎng)方案修訂工作。

3.1 專業(yè)課程體系修訂

從目前國內(nèi)外各高校實(shí)施的信息學(xué)科專業(yè)拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式來看，其培養(yǎng)目標(biāo)具有一致性，都強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)具有引領(lǐng)作用的未來領(lǐng)導(dǎo)者或各自專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的拔尖創(chuàng)新人才[9]。武漢大學(xué)新生按照專業(yè)大類進(jìn)行招生，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)卓工班的學(xué)生從計(jì)算機(jī)類的新生中進(jìn)行選拔。根據(jù)學(xué)校對本科通識教育改革的要求，計(jì)科卓工的培養(yǎng)方案總體上仍納入計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)框架，主要分為公共基礎(chǔ)課程、通識教育課程、專業(yè)大類平臺課程、專業(yè)必修課程、專業(yè)選修課程、專業(yè)實(shí)踐課程幾大部分。學(xué)生畢業(yè)要求修滿140 學(xué)分，其中，公共基礎(chǔ)課程48 學(xué)分，通識教育課程不少于12 學(xué)分，大類平臺課程21.5 學(xué)分，專業(yè)必修課程（含實(shí)踐必修）26.5 學(xué)分。因?qū)W期制改革，每學(xué)分對應(yīng)學(xué)時由18 學(xué)時調(diào)整為16 學(xué)時，各相關(guān)課程的學(xué)分也有相應(yīng)調(diào)整。因此，本次培養(yǎng)方案的修訂，主要側(cè)重于探討在專業(yè)選修課程和專業(yè)實(shí)踐課程體系設(shè)置上如何突顯新工科背景下拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)模式。

（1）特色課程設(shè)置。采用引進(jìn)教材《深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)》（Computer System:A Programmer’s Perspective,CMU1-213）開設(shè)“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)”課程，加強(qiáng)系統(tǒng)能力培養(yǎng)。開設(shè)“科技寫作”英文課程，加強(qiáng)科研素質(zhì)培養(yǎng)。專業(yè)必修課程“編譯原理”和“軟件工程”分別采用機(jī)械工業(yè)出版社引進(jìn)的英文原版經(jīng)典教材Compilers:Principles,Techniques,and Tools(2nd Edition)和Software Engineering(10th Edition)加強(qiáng)專業(yè)技能培養(yǎng)。在特色課程的內(nèi)容上進(jìn)行深入優(yōu)化，探索強(qiáng)化專業(yè)基礎(chǔ)，加強(qiáng)系統(tǒng)能力培養(yǎng)。進(jìn)一步利用“三學(xué)期”制的契機(jī)，開設(shè)“計(jì)算機(jī)前沿技術(shù)”選修，引入校外的優(yōu)質(zhì)資源，緊跟學(xué)科前沿，開闊專業(yè)視野，加強(qiáng)創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

（2）專業(yè)實(shí)踐設(shè)置。在專業(yè)實(shí)踐必修課程中，分階段開設(shè)初、中、高級項(xiàng)目實(shí)踐課程，通過安排暑期企業(yè)或項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)，在結(jié)束后提交實(shí)習(xí)報(bào)告并通過答辯獲得相應(yīng)的學(xué)分。

（3）專業(yè)方向引導(dǎo)。在專業(yè)方向選修課程設(shè)置上，根據(jù)學(xué)院老師的科研團(tuán)隊(duì)方向，重點(diǎn)凝練了5 個專業(yè)方向，每個方向分別開設(shè)3～4 門主干課程，表1 所示。從第四學(xué)期開始，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)興趣和未來規(guī)劃在人工智能、媒體計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、軟件工程、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等5 個專業(yè)方向選修相關(guān)專業(yè)課程，結(jié)合學(xué)院相關(guān)教師的項(xiàng)目課題，進(jìn)行學(xué)習(xí)和研發(fā)工作。

3.2 專業(yè)課程內(nèi)容提升

（1）加強(qiáng)系統(tǒng)能力培養(yǎng)。以“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)”課程為依托，培養(yǎng)學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)核心系統(tǒng)的工作原理、構(gòu)造方法、軟硬件協(xié)同、層次間邏輯關(guān)聯(lián)，了解系統(tǒng)呈現(xiàn)的外部特性與人機(jī)交互模式，強(qiáng)調(diào)從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)角度實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的系統(tǒng)功能。通過強(qiáng)化系統(tǒng)能力與解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)，帶動計(jì)算機(jī)應(yīng)用和創(chuàng)新能力的提升。

（2）加強(qiáng)學(xué)科前沿跟蹤。以“計(jì)算機(jī)前沿技術(shù)”選修課程為依托，充分利用學(xué)校實(shí)施三學(xué)期的時間安排特點(diǎn)以及在拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)上的經(jīng)費(fèi)支持，結(jié)合教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目建設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生跟蹤學(xué)科前沿的能力。課程主要表現(xiàn)形式為：聘請知名IT 企業(yè)技術(shù)工程師作為企業(yè)講師，進(jìn)行工程實(shí)踐項(xiàng)目專題講座，提升學(xué)生工程實(shí)踐能力，突顯工程教育特征；邀請國內(nèi)外知名大學(xué)的研究人員或教授，開展專題學(xué)術(shù)講座，開闊專業(yè)視野，提升學(xué)生的學(xué)術(shù)科研素養(yǎng)。

表1 專業(yè)方向選修課程列表

（3）引導(dǎo)鼓勵創(chuàng)新實(shí)踐。在專業(yè)實(shí)踐課程設(shè)置上，在原有的初、中、高級項(xiàng)目實(shí)踐及企業(yè)實(shí)訓(xùn)課程基礎(chǔ)上，增開“綜合項(xiàng)目實(shí)踐”2 個必修學(xué)分，要求計(jì)科卓工的學(xué)生在畢業(yè)之前必須通過完成一項(xiàng)IT 認(rèn)證來獲取學(xué)分，成績根據(jù)所獲證書等級或認(rèn)證分?jǐn)?shù)進(jìn)行評定；增開“創(chuàng)客實(shí)踐”3個選修學(xué)分，鼓勵學(xué)生通過完成創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐項(xiàng)目、學(xué)校認(rèn)可的學(xué)科競賽獲獎、發(fā)明專利授權(quán)或發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文來進(jìn)行認(rèn)定取得。

（4）優(yōu)化個性化培養(yǎng)。計(jì)科卓工班的定位是培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才，培養(yǎng)方案的課程設(shè)置需考慮優(yōu)化學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，打開學(xué)生的個性發(fā)展空間,提升學(xué)生的創(chuàng)新品性。到了本科高年級階段，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自身的個性化發(fā)展需求，從某個比較具體的專業(yè)方向進(jìn)行系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，促進(jìn)專業(yè)研究興趣與創(chuàng)新能力的提升。在專業(yè)方向選修課程中，將學(xué)科前沿技術(shù)、教師科研資源和產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目實(shí)踐進(jìn)行有效融合，構(gòu)建創(chuàng)新型實(shí)踐教學(xué)體系，這也是新工科背景下信息學(xué)科拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的關(guān)鍵。以云計(jì)算和大數(shù)據(jù)方向選修課程為例，在“云計(jì)算技術(shù)”和“并行分布式計(jì)算”課程中，以協(xié)同育人項(xiàng)目為結(jié)合點(diǎn)，課程組老師與騰訊云的工程師組成聯(lián)合體進(jìn)行專項(xiàng)教學(xué)研討，在教學(xué)中融合騰訊云資源并整合實(shí)踐案例項(xiàng)目；在“大數(shù)據(jù)分析與處理”課程中，利用騰訊的流量、廣告等資源，整合完整的項(xiàng)目教學(xué)案例，引導(dǎo)學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中挖掘創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目。

4 結(jié)語

新工科背景下信息學(xué)科拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)是目前各院校發(fā)展規(guī)劃中的一項(xiàng)重要任務(wù)。針對培養(yǎng)綜合素質(zhì)全面、學(xué)科基礎(chǔ)扎實(shí)、科研創(chuàng)新能力強(qiáng)、創(chuàng)業(yè)思維敏捷的優(yōu)秀拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)要求，結(jié)合武漢大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)科卓工班的培養(yǎng)方案修訂，在課程體系及課程內(nèi)容的設(shè)置上做了一些有益的探索，以期能夠從專業(yè)教學(xué)的角度，提升面向新工科建設(shè)的系統(tǒng)綜合能力培養(yǎng)。