信息與計算科學(xué)專業(yè)課程教學(xué)法的探索

葉國棟

[摘 要] 信息與計算科學(xué)專業(yè)是教育部于1998年將原來的計算數(shù)學(xué)及其應(yīng)用軟件專業(yè)加以更名而成立的一個新的數(shù)學(xué)類專業(yè)，主要以信息為依托，數(shù)學(xué)、信息科學(xué)與計算機科學(xué)相交叉，培養(yǎng)大學(xué)生經(jīng)過數(shù)學(xué)、信息論和計算機科學(xué)的訓(xùn)練與熏陶，能在信息科學(xué)與計算科學(xué)領(lǐng)域從事科學(xué)研究、軟件開發(fā)、項目管理和教育教學(xué)等工作。本文結(jié)合信息與計算科學(xué)的專業(yè)認識，探索在專業(yè)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)、計算機科學(xué)課程教學(xué)、信息與大數(shù)據(jù)課程教學(xué)、校企合作培養(yǎng)課程教學(xué)中的教學(xué)法，為推動信息與計算科學(xué)專業(yè)的發(fā)展和完善提供參考，以便提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

[關(guān)鍵詞] 信息與計算科學(xué);課程;數(shù)學(xué);教學(xué)

一、專業(yè)認識

為適應(yīng)培養(yǎng)新世紀(jì)高端科技型人才的需要，教育部決定撤銷原先的“計算數(shù)學(xué)”專業(yè)（1987年更名為“計算數(shù)學(xué)及其應(yīng)用軟件”），于1998年成立新的交叉學(xué)科專業(yè)“信息與計算科學(xué)”（Information and Computing Science）。2003年教育部數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會數(shù)學(xué)類教學(xué)指導(dǎo)分委員會在其調(diào)查報告《關(guān)于“信息與計算科學(xué)”專業(yè)辦學(xué)現(xiàn)狀與專業(yè)建設(shè)相關(guān)問題》中確定，信息與計算科學(xué)專業(yè)就其范疇與研究內(nèi)容而言是數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)、信息工程等廣泛學(xué)科的交叉。信息與計算科學(xué)專業(yè)應(yīng)該主要研究“信息技術(shù)的核心基礎(chǔ)與運用現(xiàn)代計算工具高效求解科學(xué)與工程問題的數(shù)學(xué)理論與方法”（或者說，研究定向于信息技術(shù)、計算技術(shù)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)）[1]。

廣東海洋大學(xué)于2002年開始招收信息與計算科學(xué)專業(yè)的本科生，結(jié)合本校實際情況設(shè)置了本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)為，即培養(yǎng)具備一定的人文素質(zhì)，具有扎實的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和良好的數(shù)學(xué)思維能力，掌握信息科學(xué)、計算科學(xué)的基本理論、方法與技能，受到計算科學(xué)、信息處理技術(shù)和軟件應(yīng)用技術(shù)的訓(xùn)練，具有初步科學(xué)研究和應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題的能力，能從事科學(xué)與工程計算、信息處理、軟件開發(fā)、管理決策、數(shù)據(jù)分析的高素質(zhì)應(yīng)用型高級專門人才。為培養(yǎng)信息與計算科學(xué)專業(yè)的應(yīng)用人才，畢業(yè)前使得大學(xué)生具有扎實的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、良好的數(shù)學(xué)思維，并具備計算機科學(xué)、信息處理、軟件與網(wǎng)站開發(fā)及應(yīng)用能力等。在課程教學(xué)上，我校本專業(yè)的主干課程分為：（1）專業(yè)核心課教學(xué)，包括數(shù)學(xué)分析、高等代數(shù)與解析幾何、常微分方程、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、Python基礎(chǔ)、數(shù)值分析、運籌學(xué)、數(shù)學(xué)模型、數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)等。（2）實踐性教學(xué)，包括生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計、程序設(shè)計綜合實踐、算法設(shè)計與分析綜合實踐、數(shù)據(jù)分析綜合實踐、數(shù)學(xué)建模方法及應(yīng)用綜合實踐等。（3）實驗性教學(xué)，包括C++程序設(shè)計、Java程序設(shè)計、數(shù)值分析、運籌學(xué)、模式識別、數(shù)學(xué)模型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、數(shù)字圖像處理、利息理論、金融工程學(xué)、程序設(shè)計綜合實踐、金融建模綜合實踐等。

本文結(jié)合我校在信息與計算科學(xué)專業(yè)多年的辦學(xué)經(jīng)驗，在現(xiàn)今“新工科”以及數(shù)據(jù)與信息時代的背景下，建議將本專業(yè)課程設(shè)置分為專業(yè)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)、計算機科學(xué)課程教學(xué)、信息與大數(shù)據(jù)課程教學(xué)、校企合作培養(yǎng)課程等，擬提出信息與計算科學(xué)專業(yè)的課程體系改革，以順應(yīng)時代的發(fā)展和社會的需要，更好地在高等學(xué)校培養(yǎng)科技型、應(yīng)用型、創(chuàng)新型、實踐型的復(fù)合人才，推動本專業(yè)的發(fā)展和優(yōu)化調(diào)整。

二、專業(yè)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)的探索

信息與計算科學(xué)專業(yè)以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，融合了數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)、信息科學(xué)等學(xué)科。本專業(yè)要求大學(xué)生掌握數(shù)學(xué)科學(xué)的基本理論、方法與技能，能夠運用數(shù)學(xué)工具和數(shù)學(xué)技術(shù)方法解決實際問題[3]。建議設(shè)置專業(yè)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)，包括數(shù)學(xué)分析、高等代數(shù)與解析幾何、常微分方程、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)值分析、運籌學(xué)、數(shù)學(xué)模型、復(fù)變函數(shù)、MATLAB數(shù)學(xué)軟件等，培養(yǎng)大學(xué)生具有良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、數(shù)學(xué)思維能力、數(shù)學(xué)素養(yǎng)和數(shù)學(xué)模型意識;能夠參加各類大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽或大學(xué)生數(shù)學(xué)競賽，將理論應(yīng)用于實際，達到學(xué)以致用的效果，切實運用“數(shù)學(xué)”解決與生活貼近的問題。例如，2018年高教社杯全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽的題目“高溫作業(yè)專用服裝設(shè)計”：在高溫環(huán)境下工作時，人們需要穿著專用服裝以避免灼傷。為設(shè)計專用服裝，將體內(nèi)溫度控制在37oC的假人放置在實驗室的高溫環(huán)境中，然后測量假人皮膚外側(cè)的溫度。為了降低研發(fā)成本、縮短研發(fā)周期，在模擬場景下，請用數(shù)學(xué)模型來確定假人皮膚外側(cè)的溫度變化情況[2]。

通過專業(yè)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)，培養(yǎng)大學(xué)生的邏輯思維能力、抽象思維能力、數(shù)學(xué)基本計算能力和數(shù)學(xué)理解能力。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，數(shù)學(xué)及其應(yīng)用已融入到軍事、航空、經(jīng)濟、金融、管理等領(lǐng)域，在解決各類實際問題時，數(shù)學(xué)工具成為主要手段、重要途徑和有力保障，在許多領(lǐng)域發(fā)揮著極其重要的作用。

三、計算機科學(xué)課程教學(xué)的探索

計算機科學(xué)課程是信息與計算科學(xué)專業(yè)的重要組成課程，通過計算機課程的學(xué)習(xí)，可使大學(xué)生具有扎實的計算機科學(xué)技術(shù)操作能力、實踐能力和開發(fā)能力，提升大學(xué)生的計算機綜合素養(yǎng)。建議設(shè)置的計算機類課程包括C++程序設(shè)計、Java程序設(shè)計、Python基礎(chǔ)、模式識別、數(shù)字圖像處理、軟件工程、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用等。為加強大學(xué)生的動手能力，在教學(xué)的同時注重創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)與引導(dǎo)，在這里，鼓勵大學(xué)生參加學(xué)科競賽以驗證創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)質(zhì)量，如由美國計算機協(xié)會組織的國際大學(xué)生程序設(shè)計競賽（ACM）、中國大學(xué)生計算機設(shè)計大賽、中國軟件杯計算機軟件設(shè)計競賽等。引導(dǎo)大學(xué)生進入實際的開發(fā)訓(xùn)練，挖掘大學(xué)生運用計算機技術(shù)解決實際問題的綜合實踐能力和團隊合作意識。例如，2019年中國軟件杯計算機軟件設(shè)計競賽（第八屆）題目“旅客行程智能推薦系統(tǒng)”：按照旅行時間最短、總體花費最少、舒適度最高等多種影響行程方案選擇的方式，并考慮不同旅客類型（如商務(wù)旅客、個人出行、家庭出游等）的旅客偏好，試開發(fā)一套智能化查詢系統(tǒng)，支持民航航班、鐵路運輸、城市公共交通等多種交通方式組合，為旅客提供最優(yōu)的行程推薦服務(wù)[3]。

通過計算機科學(xué)課程的學(xué)習(xí)，高等學(xué)校信息與計算科學(xué)專業(yè)的人才培養(yǎng)應(yīng)達到如下目標(biāo)：掌握計算機科學(xué)的基本知識、理論和方法，具有較強的專業(yè)能力、實踐能力、創(chuàng)新能力、開發(fā)能力，能夠在相關(guān)單位或部門從事軟件開發(fā)與維護、網(wǎng)站設(shè)計與維護、數(shù)據(jù)挖掘與分析、項目管理等應(yīng)用型人才[4]。因此，培養(yǎng)大學(xué)生學(xué)會以數(shù)學(xué)為工具，利用計算機科學(xué)技術(shù)開發(fā)與維護計算機的新系統(tǒng)、新軟件、新網(wǎng)站和新功能。

四、信息與大數(shù)據(jù)課程教學(xué)的探索

信息與大數(shù)據(jù)時代的到來，信息與計算科學(xué)專業(yè)的教學(xué)課程設(shè)置也應(yīng)順應(yīng)大趨勢而作出適當(dāng)?shù)母母铮栽鰪娦畔⑴c計算科學(xué)專業(yè)的生機、活力及前瞻性。當(dāng)前，由于社交網(wǎng)絡(luò)、電子商務(wù)、移動互聯(lián)、智慧社區(qū)、共享服務(wù)等領(lǐng)域出現(xiàn)了許多與以往時代不同的特征，如交互數(shù)量大、種類繁多、信息速度快、數(shù)據(jù)價值高、特征隱藏深、安全受重視等[5]?；诖髷?shù)據(jù)時代數(shù)字信息的廣泛傳播，為深度挖掘數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律和特征，建議信息與計算科學(xué)專業(yè)在信息與大數(shù)據(jù)課程中，增設(shè)信息論、人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)原理與應(yīng)用、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)與應(yīng)用、數(shù)據(jù)可視化技術(shù)、機器學(xué)習(xí)等。課程教學(xué)過程結(jié)合實踐訓(xùn)練，培養(yǎng)大學(xué)生的數(shù)據(jù)挖掘能力、大數(shù)據(jù)分析與處理能力，旨在激勵大學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)挖掘的積極性，提高大學(xué)生通過大數(shù)據(jù)分析建立數(shù)據(jù)挖掘模型，并應(yīng)用數(shù)學(xué)工具解決實際問題的綜合能力。例如，2019年“泰迪杯”數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽題目“運輸車輛安全駕駛行為的分析”：請根據(jù)所提供的運輸企業(yè)所采集的數(shù)據(jù)，分析車輛行駛過程中的駕駛行為對行車安全、運輸效率、節(jié)能情況等的影響，運用數(shù)據(jù)挖掘的方法，建立有效的數(shù)學(xué)模型并進行適當(dāng)?shù)脑u價[6]。

信息與大數(shù)據(jù)課程融入到信息與計算科學(xué)專業(yè)，通過相關(guān)的信息處理、數(shù)據(jù)挖掘、大數(shù)據(jù)分析，提高信息與計算科學(xué)專業(yè)的辦學(xué)質(zhì)量，以使本專業(yè)建設(shè)更具科學(xué)性和時效性;同時滿足當(dāng)前社會對數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)提取和數(shù)據(jù)挖掘的人才需求，推動信息與計算科學(xué)在正常軌道上“行駛”。這樣，結(jié)合時代特征的信息與計算科學(xué)專業(yè)才能辦得更好，更能與時俱進。

五、校企合作培養(yǎng)課程教學(xué)的探索

以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)工具、以計算機科學(xué)為技術(shù)，著力培養(yǎng)大學(xué)生的開發(fā)能力和數(shù)據(jù)處理能力是信息與計算科學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)。在課程教學(xué)方面，首先是通過在校期間的專業(yè)課程教學(xué)（包括基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程、實驗課程）培養(yǎng)大學(xué)生的理論知識;其次是通過實訓(xùn)實踐類課程教學(xué)豐富大學(xué)生的實際操作能力。因此，在信息與計算科學(xué)專業(yè)教學(xué)中設(shè)置了校企合作培養(yǎng)課程，由企業(yè)單位引導(dǎo)大學(xué)生了解企業(yè)需求，特別是主流開發(fā)工具和應(yīng)用系統(tǒng)平臺[7]，以便更好地培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力并收到崗前培訓(xùn)的效果，這是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的高價值途徑之一。

校企合作培養(yǎng)課程以企業(yè)的技術(shù)人員（包括工程師）為主講教師，結(jié)合企業(yè)背景和自身經(jīng)歷以實際的研發(fā)項目入手，彌補校內(nèi)實踐課程的不足，引導(dǎo)大學(xué)生明確企業(yè)方向與需求。通過校企業(yè)合作培養(yǎng)課程培養(yǎng)大學(xué)生的自動操作能力，加強企業(yè)與大學(xué)生的深入結(jié)合，讓大學(xué)生真實體會企業(yè)的工作流程、管理模式、應(yīng)用平臺。從而使大學(xué)生在畢業(yè)之前能夠模擬融入企業(yè)，模擬為“準(zhǔn)職工”，畢業(yè)之后能夠更快速地適當(dāng)企業(yè)環(huán)境。

六、結(jié)語

新的時代對信息與計算科學(xué)專業(yè)的教學(xué)設(shè)置提出了新的要求，數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)、信息科學(xué)、大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能的交叉結(jié)合是大勢所趨，也是時代的要求。因此，各類課程的合理設(shè)置更顯其重要性。為了培養(yǎng)大學(xué)生的數(shù)學(xué)思維能力、實驗實踐能力、創(chuàng)新驅(qū)動能力、智能計算能力、數(shù)據(jù)挖掘能力，信息與計算機科學(xué)專業(yè)的老師們要加強對本專業(yè)的認識，加強對課程教學(xué)的改革，加強理論與實踐相結(jié)合，加強與時代發(fā)展步伐相接軌。

參考文獻

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