新工科背景下數(shù)據(jù)計(jì)算及應(yīng)用專業(yè)課程設(shè)置的思考

王 鵬 史 娜 惠周利 李有文 張 峰

（中北大學(xué)<理學(xué)院數(shù)學(xué)系>，山西 太原 030051）

新工科專業(yè)以培養(yǎng)“實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力”的新型應(yīng)用復(fù)合型人才為目標(biāo)，特別注重多學(xué)科的交叉融合，為培養(yǎng)高素質(zhì)卓越人才的提供了重要的載體，是提高大學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的重要途徑。 教育部在2018 年最新頒布的新專業(yè)目錄中將數(shù)據(jù)計(jì)算與應(yīng)用列為一個(gè)新的專業(yè)，其設(shè)置的初衷正是為培養(yǎng)復(fù)合型人才而提出了，目前在新工科背景的沖擊下，對(duì)本專業(yè)人才的培養(yǎng)方式等提出了更基本和更高的要求。 數(shù)據(jù)計(jì)算與應(yīng)用專業(yè)作為一個(gè)新型的數(shù)學(xué)類專業(yè)，綜合了傳統(tǒng)數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)、信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)的專業(yè)特色， 具有廣泛的應(yīng)用前景。本文結(jié)合我校數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)和信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)的辦學(xué)實(shí)踐，提出了在數(shù)據(jù)計(jì)算與應(yīng)用專業(yè)課程建設(shè)中的幾點(diǎn)建議，力爭(zhēng)達(dá)到“充分交流意見，努力形成共識(shí)”的目的。

1 明確專業(yè)內(nèi)涵與定位

數(shù)據(jù)計(jì)算及應(yīng)用專業(yè)是由信息科學(xué)、 計(jì)算科學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等交叉滲透而形成的一個(gè)數(shù)學(xué)類專業(yè)，培養(yǎng)具有良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和數(shù)學(xué)思維能力，掌握信息科學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)的基本理論、方法和技能，受到科學(xué)研究的基本訓(xùn)練，具備一定的數(shù)據(jù)建模、高性能計(jì)算、大數(shù)據(jù)處理以及程序設(shè)計(jì)能力，能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)與技能解決數(shù)據(jù)分析、信息處理、科學(xué)與工程計(jì)算等領(lǐng)域?qū)嶋H問題的復(fù)合型應(yīng)用理科專業(yè)人才[1-3]。

數(shù)據(jù)計(jì)算及應(yīng)用專業(yè)應(yīng)該主要研究信息計(jì)算科學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)的核心基礎(chǔ)，能夠運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法和計(jì)算工具， 高效求解科學(xué)與工程問題的數(shù)學(xué)理論與統(tǒng)計(jì)方法，或研究面向于信息技術(shù)、數(shù)據(jù)科學(xué)、計(jì)算技術(shù)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)[4]。

從這個(gè)意義上講，數(shù)據(jù)獲取、智能算法、統(tǒng)計(jì)計(jì)算、信息處理、人工智能等都構(gòu)成該專業(yè)的核心方向[5]。

因此，數(shù)據(jù)計(jì)算及應(yīng)用的專業(yè)內(nèi)涵與定位可總結(jié)為：加強(qiáng)基礎(chǔ)，注重能力；拓寬口徑，重視應(yīng)用；突出特色，分流培養(yǎng)。 加強(qiáng)基礎(chǔ)，就是加強(qiáng)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，加強(qiáng)數(shù)學(xué)、信息、統(tǒng)計(jì)學(xué)方面的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，保證足夠的基本訓(xùn)練；注重能力，就是注重學(xué)生從事科學(xué)研究的能力和動(dòng)手能力；拓寬口徑，就是不僅要學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，而且要學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)計(jì)算及科學(xué)的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)和技能，保證學(xué)生將來(lái)能夠向多個(gè)方向發(fā)展；重視應(yīng)用，就是要求學(xué)生在學(xué)習(xí)理論的同時(shí)，能夠具有一技之長(zhǎng)，以便適應(yīng)當(dāng)前的就業(yè)環(huán)境；突出特色，就是突出數(shù)據(jù)特色、信息特色和計(jì)算特色；分流培養(yǎng)，指的是根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)、興趣和愛好，為學(xué)生提供多個(gè)出路[6]。

2 專業(yè)課程設(shè)置的原則

（1）加強(qiáng)數(shù)學(xué)及計(jì)算數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)理論課程。 作為數(shù)學(xué)專業(yè)的一個(gè)新型的分支，數(shù)學(xué)類的基礎(chǔ)理論課程是核心，這也是這個(gè)專業(yè)學(xué)生最終具有競(jìng)爭(zhēng)力的根本所在。 “少學(xué)數(shù)學(xué)，多學(xué)計(jì)算機(jī)”的主張是缺少遠(yuǎn)見的。強(qiáng)調(diào)計(jì)算數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)課，如數(shù)值逼近、數(shù)值代數(shù)、微分方程數(shù)值解等，同時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加部分新的智能優(yōu)化類算法課程，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、深度學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)等課程[7]。

（2）加強(qiáng)信息科學(xué)相關(guān)的理論基礎(chǔ)課程。 由于信息科學(xué)的覆蓋面廣，涉及內(nèi)容多樣，因而強(qiáng)調(diào)廣而全是幾乎不可能的。 應(yīng)強(qiáng)調(diào)信息科學(xué)的幾個(gè)基礎(chǔ)典型課程，使得學(xué)生對(duì)信息科學(xué)有一個(gè)較為全面的了解。 強(qiáng)調(diào)概論，突出典型，突出基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)局部完整性忽略過于工程化、技術(shù)化的內(nèi)容。 強(qiáng)調(diào)信息科學(xué)課程的數(shù)學(xué)化，而不是數(shù)學(xué)在信息科學(xué)中的應(yīng)用。 因而信息科學(xué)相關(guān)的課程，可設(shè)置以數(shù)據(jù)算法與分析，數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)挖掘、統(tǒng)計(jì)推斷等作為基礎(chǔ)理論課程。

（3）加強(qiáng)計(jì)算機(jī)科學(xué)相關(guān)的課程。 數(shù)據(jù)計(jì)算均以計(jì)算機(jī)為主要工具，這就要求數(shù)據(jù)計(jì)算及應(yīng)用專業(yè)的學(xué)生，能夠熟練使用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和軟件開發(fā)的能力。 我們的培養(yǎng)目標(biāo)是具有較強(qiáng)數(shù)據(jù)計(jì)算和應(yīng)用能力的人才，而不是專業(yè)的計(jì)算機(jī)軟件人才。 這種根據(jù)就業(yè)市場(chǎng)選擇方向的做法只會(huì)導(dǎo)致專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的偏離，使我們失去自身的專業(yè)優(yōu)勢(shì)。 因而我們強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)軟件的基礎(chǔ)課程，建議以高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等為核心課程。

（4）加強(qiáng)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置。 數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)作為一門獨(dú)立的課程，課程的內(nèi)容分為兩類，一類配合常規(guī)課程，另一類擴(kuò)展學(xué)生知識(shí)面。 配合常規(guī)課程的又可分為兩種，一種是重要定理的導(dǎo)引，在常規(guī)課程的一些重點(diǎn)，難點(diǎn)出現(xiàn)之前，先安排實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生先對(duì)該問題有一個(gè)感性認(rèn)識(shí)， 理解為什么要研究該問題 （背景），該問題有什么規(guī)律，可能的結(jié)論是什么等，這樣就為常規(guī)課程的講授打下了基礎(chǔ)，如果能引起學(xué)生的興趣就更理想了；另一種是對(duì)在常規(guī)課程學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐。 至于擴(kuò)展學(xué)生知識(shí)面的一類實(shí)驗(yàn)則可以不拘一格， 涉及數(shù)學(xué)的各個(gè)學(xué)科乃至一些邊緣學(xué)科，讓學(xué)生在形形色色的數(shù)學(xué)現(xiàn)象中去探索、發(fā)現(xiàn)，最重要的是將學(xué)生的興趣調(diào)動(dòng)起來(lái)[8]。

（5）注重在實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)中學(xué)生能力的培養(yǎng)。傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程重點(diǎn)在于概念、定理、結(jié)論和計(jì)算的掌握，注重于傳授知識(shí)和培養(yǎng)計(jì)算能力。而由于數(shù)據(jù)科學(xué)與應(yīng)用專業(yè)培養(yǎng)的是新型復(fù)合型應(yīng)用人才，因此，應(yīng)該在注重基礎(chǔ)理論的基礎(chǔ)上， 更加強(qiáng)調(diào)應(yīng)用能力的培養(yǎng)，使學(xué)生能夠“學(xué)好用好數(shù)學(xué)”，這些能力包括數(shù)值計(jì)算能力、數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)軟件的應(yīng)用能力和數(shù)學(xué)建模能力等。

（1）數(shù)值計(jì)算和數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)軟件的應(yīng)用能力。 學(xué)生應(yīng)該能夠熟練掌握傳統(tǒng)的數(shù)值計(jì)算方法，熟練使用流行的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)軟件如MATLAB, SAS，R 語(yǔ)言等， 學(xué)生可以在計(jì)算機(jī)上對(duì)數(shù)值分析、微分方程數(shù)值解等課程中的一些方法進(jìn)行數(shù)值實(shí)驗(yàn)和模擬，讓學(xué)生更深地理解各種算法的優(yōu)缺點(diǎn)，這既提高了學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算數(shù)學(xué)的積極性， 又提高了學(xué)生的實(shí)際編程和計(jì)算能力，使學(xué)生所學(xué)的知識(shí)得到加強(qiáng)和鞏固。

（2）數(shù)學(xué)建模能力。 數(shù)學(xué)建模要求學(xué)生能夠綜合應(yīng)用所學(xué)的數(shù)學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)際問題，這種能力對(duì)于學(xué)生尤為重要。 通過參加競(jìng)賽，能夠有效培養(yǎng)大學(xué)生在數(shù)據(jù)處理、數(shù)學(xué)應(yīng)用、計(jì)算機(jī)、科學(xué)論文寫作、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等方面的能力，而這些能力也正是當(dāng)今社會(huì)所急需的復(fù)合型人才應(yīng)具備的基本能力。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，我們應(yīng)本著“強(qiáng)基礎(chǔ)，寬口徑，重實(shí)踐，有側(cè)重，創(chuàng)特色，注應(yīng)用”的專業(yè)指導(dǎo)思想，多注重對(duì)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，使得我們培養(yǎng)的人才更能適應(yīng)新工科背景下信息時(shí)代的需要，而如何更高質(zhì)量、更高水平、更有特色地辦好這個(gè)專業(yè)是有待于進(jìn)行更深入研究的一項(xiàng)重要課題。