計算機專業(yè)卓越拔尖人才培養(yǎng)研究

余琍 王恒 劉樹波

摘 要：為尋求本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)教育教學改革新思路、新模式，推動和實現(xiàn)計算機教育內(nèi)涵式發(fā)展，基于武漢大學計算機專業(yè)卓越拔尖人才培養(yǎng)設計改革思路，提出培養(yǎng)計算機研究型人才與工程應用型人才的教育教學創(chuàng)新舉措和具體方法，并分享了近5年來的教學改革實踐創(chuàng)新成果。從所取得的教學成果和學生培養(yǎng)質量看，卓越拔尖人才培養(yǎng)方法創(chuàng)新教學實踐極大提升了人才培養(yǎng)質量。

關鍵詞：拔尖創(chuàng)新人才;實驗班教學;研究型人才培養(yǎng);工程應用型人才培養(yǎng)

DOI：10. 11907/rjdk. 192812 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

中圖分類號：G434文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2020）002-0157-03

英標：Research on the Training of Top Talents and Excellent Engineer of Computer Science

英作：YU Li， WANG Heng， LIU Shu-bo

英單：（School of Computer Science，Wuhan University，Wuhan 430072，China）

Abstract：In order to seek a new way of thinking and a new mode of teaching reform in the cultivation and education of undergraduate innovative talents， promote and realize the connotative development of computer education， this paper introduces the design and reform ideas of training excellent and top-notch computer talents in Wuhan University， and puts forward the innovative measures and specific methods of education and teaching for training computer research talents and engineering application talents. It also shares the innovation achievements of teaching reform in the past five years. From the two aspects of the teaching achievements and the quality of students training， the teaching practice of innovation in excellent and top-notch personnel training methods has greatly improved the quality of personnel training.

Key Words： innovative talents; experimental class teaching; research talents training; engineering application talents training

0 引言

2019年2月，國務院印發(fā)《加快推進教育現(xiàn)代化實施方案（2018-2022年）》，文件明確指出要推進高等教育內(nèi)涵發(fā)展，建設一流本科專業(yè)，深入實施“六卓越一拔尖”計劃2.0，實施一流專業(yè)建設“雙萬計劃”，實施創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革燎原計劃、高等學校畢業(yè)生就業(yè)創(chuàng)業(yè)促進計劃[1]，目的就是要推動專業(yè)教育從規(guī)模擴張走向內(nèi)涵發(fā)展。計算機類專業(yè)是現(xiàn)代高校發(fā)展最為活躍的本科專業(yè)之一，在新科技革命時代，以云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能為代表的IT技術發(fā)展對計算機專業(yè)人才培養(yǎng)提出了新的要求和挑戰(zhàn)[2]。清華大學姚期智[3]通過計算機科學實驗班探索拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)實踐，旨在培養(yǎng)領跑國際計算機科學發(fā)展的拔尖創(chuàng)新人才;浙江大學呂正則等[4]提出要通過構建面向真實工程世界的體驗式教學模式培養(yǎng)創(chuàng)新型工程應用人才;武漢大學周葉中[5]提出教學改革的總體思路是在夯實基礎的前提下，打通本科生選修研究生課程的通路，以培養(yǎng)更高素質的創(chuàng)新型計算機工科學生。在面臨大機遇和大挑戰(zhàn)的時代，推動計算機教育內(nèi)涵發(fā)展，將賦予“如何做好計算機類本科專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)工作”這個老話題新的含義。武漢大學于2010年起開始計算機本科專業(yè)卓越拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)，強調應用型和研究型計算機專業(yè)創(chuàng)新人才分類培養(yǎng)。

武漢大學計算機學院一直堅持“人才培養(yǎng)為本，本科教育是根”的辦學觀，“以成人教育統(tǒng)領成才教育”的育人觀、“厚基礎、跨學科、鼓勵創(chuàng)新和冒尖”的教學觀、“激發(fā)教師教與學生學雙重積極性”的動力觀[6]，通過多維度提升教學質量達到提高專業(yè)建設水平的目標。本科教育以卓越拔尖學生實驗班為試驗區(qū)，通過實驗班教學嘗試，尋求計算機人才培養(yǎng)教學質量提升新思路、新模式和新方法。

1 計算機專業(yè)卓越拔尖人才培養(yǎng)設計思路

1.1 計算機拔尖人才培養(yǎng)

計算機拔尖人才培養(yǎng)依托國家基礎學科拔尖人才培養(yǎng)試驗計劃開展。成立弘毅學堂計算機班，旨在構建高水平人才培養(yǎng)平臺，借鑒國內(nèi)外一流高校人才培養(yǎng)理念、培養(yǎng)模式和培養(yǎng)方法，培養(yǎng)具有國際一流水平的基礎學科領域研究型領軍人才[7]。

基于高水平研究型人才培養(yǎng)思路，弘毅學堂計算機班面向國家人才培養(yǎng)戰(zhàn)略，依據(jù)計算機學科特點，定位人才培養(yǎng)目標為：培養(yǎng)掌握扎實計算機學科專業(yè)基礎知識、具備良好實踐技能、了解國際學科發(fā)展動態(tài)和研究前沿、受過系統(tǒng)科學研究訓練、具有國際競爭力的計算機學科拔尖學生，強調培養(yǎng)的學生為基礎研究型拔尖人才。弘毅學堂計算機班教學工作從高端研究型計算機專業(yè)人才培養(yǎng)目標出發(fā)，探索以能力培養(yǎng)為核心的立體化拔尖人才綜合培養(yǎng)體系。不斷優(yōu)化課程體系，按照“國際化、少而精、開放式”的思路，騰出更多時間給學生自學，總學分從150學分減少到130學分左右。內(nèi)容包括通識教育課程、大類基礎課程、專業(yè)核心課程和專業(yè)選修課程四大類，以真正貫徹“寬口徑、厚基礎”的方針。

1.2 計算機卓越工程師人才培養(yǎng)

計算機專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)計劃開始于2012年，是在響應國家系列卓越計劃1.0政策背景下開始的工程應用型人才培養(yǎng)教學試驗。學院從計算機科學與技術專業(yè)中選拔了40名具有一定知識基礎和研究志趣的工程技術開發(fā)方向的本科生成立計算機卓越工程師班，構建具有學院學科特色的“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”課程體系。

計算機卓越工程師班人才培養(yǎng)目標為：以“云計算和大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式和多媒體技術”4個培養(yǎng)方向為核心，培養(yǎng)具有良好素質、掌握自然科學基礎知識和計算機科學理論、計算機軟/硬件系統(tǒng)及應用知識、受過科學研究與實際應用初步訓練，并具備本領域分析并解決問題的能力，具備良好外語能力的應用型卓越工程技術人才[8]。改革和創(chuàng)新工程教育人才培養(yǎng)模式，創(chuàng)立高校與行業(yè)企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才新機制，強調培養(yǎng)的人才能主動服務行業(yè)企業(yè)需求，著力提高學生服務國家和人民的社會責任感、勇于探索的創(chuàng)新精神和善于解決問題的工程實踐能力。

2 計算機卓越拔尖人才培養(yǎng)創(chuàng)新舉措

2.1 計算機拔尖人才培養(yǎng)課程教學創(chuàng)新舉措

研究國際一流計算機專業(yè)課程體系，科學制定弘毅學堂計算機班人才培養(yǎng)方案和課程體系。改革現(xiàn)有系列硬件課程授課方案，重構以計算機系統(tǒng)為核心的課程模塊，并在計算機科學、信息安全、軟件工程等學科領域制定以研究方向為主線的課程體系，形成重學術能力培養(yǎng)的弘毅學堂計算機班人才培養(yǎng)方案。

在授課形式上，研究并確立了小班化教學，鼓勵以問題為導向的啟發(fā)式課堂教學模式。課程教學除了采用名校原版教材，堅持每年級聘請外籍教授到學院為弘毅計算機班授課，如引進美國ABET工程認證專家、南加州大學外籍授課教師，引入國際先進教學理念，讓學生真實感受到原汁原味的美國大學課堂教學理念和學術研究氛圍，既為學生提供國際化培養(yǎng)環(huán)境，也為學院青年教師成長提供條件。弘毅學堂計算機班每年招收20～30名學生，全部為小班教學，選用國外經(jīng)典原版教材，雙語或全英文授課，在各門核心課程中倡導以中心問題引領的討論式學習，增強學生實踐設計能力。

在學生專業(yè)能力培養(yǎng)上，將學生科研素質作為拔尖計劃人才培養(yǎng)核心，在計算機大類學生培養(yǎng)基礎上，按照拔尖人才培養(yǎng)工作要求，創(chuàng)建了立體化的拔尖人才綜合培養(yǎng)體系。堅持以科技競賽為牽引，以基地為平臺，搭建了從學生自主科研、導師科研團隊到國家級基地科研項目的多層次科研實踐環(huán)境，組織學生參加學科競賽、縱向科研、橫向工程化項目，使學生在科研興趣發(fā)現(xiàn)、科學研究方法掌握、工程化動手能力等方面得到全面鍛煉。同時采取走出去的方式，帶領“弘毅學堂”計算機班的學生去美國計算機專業(yè)排名前列的著名大學（斯坦福大學、加州大學伯克利分校、南加州大學、加州大學洛杉磯分校、加州理工學院）游學，參觀世界著名的 IT 企業(yè)（谷歌、臉書、蘋果、思科），通過親身體驗一流的教學與學術氛圍，了解技術前沿發(fā)展，學生們認識到自身不足的同時，也得到了未來研修方向的指引，開拓了專業(yè)視野。

2.2 計算機卓越工程師培養(yǎng)教學設計創(chuàng)新舉措

計算機卓越工程師人才培養(yǎng)圍繞如何提高計算機專業(yè)學生解決復雜工程問題的能力而開展，在人才培養(yǎng)體系改革方面，開展了如下兩方面的改革創(chuàng)新：

（1）重構計算機專業(yè)教學多元目標價值體系，使學生具備扎實計算機理論基礎和工程實踐能力、較強創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。高層次科技人才培養(yǎng)是一個不斷探索與創(chuàng)新的實踐過程，立足于服務新形勢下國家建設需要，高校人才培養(yǎng)體系（課程設置、教學過程、科研管理等）和管理運行機制（政策條件、組織保障等）都需要不斷創(chuàng)新與完善，試圖利用各種校校聯(lián)合、校企聯(lián)合、協(xié)同創(chuàng)新，以支撐高層次科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)。

（2）創(chuàng)新教學、實驗、實習一體化教學模式，使學生具有良好溝通、交流能力，以及解決物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式和多媒體技術中復雜工程問題的能力。高層次創(chuàng)新科技人才不同于一般工程科技人才，其人才特征應滿足國家對未來科技發(fā)展的戰(zhàn)略部署與要求。其培養(yǎng)模式也應正確處理好理論教學與工程實踐、科技創(chuàng)新與專業(yè)素養(yǎng)的關系?；诖耍ㄔO了系列實踐課程、企業(yè)課程，并針對每個學生發(fā)展特點和需求設計個性化培養(yǎng)方式。在課程內(nèi)容修訂上，增加了當前技術發(fā)展、行業(yè)動向等內(nèi)容，強調課程案例與課程內(nèi)容深度結合，并與企業(yè)加強溝通合作，推動企業(yè)深度參與卓越工程師學生培養(yǎng)。

3 實踐及成效

經(jīng)過近8年的卓越拔尖人才培養(yǎng)實踐，總結了一套培養(yǎng)高端理論研究型和高級工程應用型計算機人才的教育方案，以開展卓越工程師班和弘毅計算機班兩類實驗班教學為試驗區(qū)，開展了更加有深度、更加創(chuàng)新的教學模式探索。拔尖人才培養(yǎng)成果獲得了湖北省教學成果一等獎，卓越工程師教改項目以優(yōu)秀等級順利結題。通過整合課程體系及內(nèi)容、革新授課方式方法、構建教學實踐體系，從整體上提升了計算機專業(yè)人才培養(yǎng)水平，并為計算機大類專業(yè)人才培養(yǎng)改革提供了借鑒與參考。

3.1 基礎學科拔尖人才培養(yǎng)實踐效果

近幾年，弘毅學堂計算機班學生在專業(yè)上表現(xiàn)優(yōu)秀，ACM 大賽每屆都有數(shù)十人獲獎，學生參與的各項科研項目每年都有上百項，學生撰寫的論文也被CCF推薦的A類會議錄取。弘毅學堂計算機班學生的專業(yè)能力普遍高于普通班，在學科競賽、業(yè)余科研、學術交流上表現(xiàn)活躍，在計算機領域有一定影響力，三屆畢業(yè)生受到國內(nèi)外高校和企業(yè)的關注。

目前已培養(yǎng)六屆畢業(yè)生百余人，畢業(yè)去向統(tǒng)計如表1所示。與計算機專業(yè)“非拔尖計劃”學生培養(yǎng)情況相比，參與拔尖計劃的畢業(yè)生全部正常畢業(yè)，取得學士學位，而普通專業(yè)平均有5%～8%不能正常畢業(yè)。畢業(yè)生讀研深造比例（大于90%）高于非拔尖計劃學生近25個百分點，拔尖計劃學生到海外讀研比例近60%，高于普通班學生近20個百分點，國內(nèi)讀研比例基本持平，即弘毅學生出國深造的更多。與普通班相比，參與拔尖計劃的弘毅學生讀研所在學校在國際和國內(nèi)影響更大，培養(yǎng)的學生質量明顯優(yōu)于計算機大類學生。

3.2 計算機卓越工程師人才培養(yǎng)實踐效果

卓越工程師班人才培養(yǎng)工作已在2014級和2015級本科生中初顯成效。2014級卓工班成績優(yōu)良率達95%，平均成績90分以上達13人，連續(xù)兩年被評為“校先進班集體”。多名學生在全國大學生信息安全大賽、美國數(shù)學建模大賽、ACM-ICPC國際大學生程序設計競賽、美國大學生數(shù)學建模大賽中獲獎。培養(yǎng)的80余名畢業(yè)生中，100%順利畢業(yè)，70%繼續(xù)深造，30%高薪就業(yè)。畢業(yè)生培養(yǎng)質量調查結果顯示，40多家主流IT企業(yè)滿意度100%，學生專業(yè)實踐能力強，具有很強競爭力。依托卓越工程師人才培養(yǎng)工作，加強了校企深度合作，建設了1個國家級工程實踐教育中心，多家企業(yè)支撐學生專業(yè)實習實踐。每年引入的企業(yè)講授課程達五百余課時，極大開拓了師生視野。

3.3 卓越拔尖人才培養(yǎng)輻射作用

卓越拔尖人才培養(yǎng)作為計算機專業(yè)人才培養(yǎng)改革試驗區(qū)，通過教學改革小規(guī)模試行方式尋求有效的專業(yè)化教育方法，改進現(xiàn)有課程體系，通過整合新的資源和教學元素提升專業(yè)教學整體水平。通過近8年嘗試，總結了一套提升教學效果的方法并正在向計算機類學生培養(yǎng)中影響和滲透。形成了一批理論教學及實踐教學成果，如黃浩 [9]提出了數(shù)據(jù)挖掘課程教學新方法，黃建忠[10]設計了面向計算機專業(yè)的“四類型六環(huán)節(jié)”實驗教學體系，對國內(nèi)其它高校起到了很好的借鑒作用。

2019年，利用卓越班所建立的良好校企關系對普通專業(yè)學生開放三學期實習實訓課程，選課人數(shù)達到 1 122人，占總人數(shù)的52%，為提升學生動手實踐能力起到了良性促進作用。學院也于本學期開始推廣弘毅學堂計算機班先行開展的硬件類課程改革成果，通過修訂計算機類專業(yè)培養(yǎng)方案，采用新的硬件課程體系，購置硬件課程實驗平臺，以提高整體學生計算機系統(tǒng)能力。在此過程中，教師不斷改進教學內(nèi)容，參加教學培訓，大大提升了教學能力，也建設了一支高水準的教學團隊。卓越拔尖人才培養(yǎng)試驗區(qū)的工作，為計算機類學生整體培養(yǎng)水平提升起到了較好的促進和輻射作用。

4 結語

推動計算機本科專業(yè)人才培養(yǎng)內(nèi)涵式發(fā)展，需要探索新形勢下本科生教育教學改革的新思路、新路徑。要對學生培養(yǎng)目標進行準確定位，根據(jù)培養(yǎng)目標不同采用不同的教育教學方式，分別建立所需的專業(yè)知識結構和能力體系。通過建設卓越拔尖人才培養(yǎng)實驗班，開展多年的人才培養(yǎng)試驗區(qū)改革探索，找到了一套行之有效的方法以提升學生專業(yè)理論水平和實際應用能力，并在實踐中收獲了可以推廣至計算機大類專業(yè)的教學經(jīng)驗和成果。相信未來在進一步推廣培養(yǎng)思路和方法的道路上，將培養(yǎng)出更多高素質的計算機專業(yè)創(chuàng)新型人才。

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[9] 黃建忠，杜博，張滬寅，等. 競賽驅動的計算機實踐教學體系設計[J]. 實驗室研究與探索，2018（4）：162-165.

[10] 黃浩，余琍，劉樹波，等. 以實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為導向的數(shù)據(jù)挖掘課程教學方法研究[J]. 教育教學論壇，2019（49）：130-132.

（責任編輯：孫 娟）