產(chǎn)學(xué)研合作培養(yǎng)模式下信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)課程體系重構(gòu)研究

潘俊杉

（湖北大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)學(xué)院 湖北 武漢 430062；應(yīng)用數(shù)學(xué)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 湖北 武漢 430062）

信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)是由數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)等學(xué)科相結(jié)合形成的交叉學(xué)科。傳統(tǒng)的信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)以培養(yǎng)科學(xué)計(jì)算、信息處理和軟件開發(fā)人才為主，但是科學(xué)計(jì)算對(duì)人才專業(yè)技能要求很高，本科畢業(yè)生難以滿足用人單位的需求；而信息處理和軟件開發(fā)雖然就業(yè)渠道廣，但畢業(yè)生往往缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，難以獲得應(yīng)用市場(chǎng)的青睞。為了解決這一困境，眾多高校[1-2]開展了與產(chǎn)業(yè)聯(lián)合的人才培養(yǎng)模式的探索。

隨著《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》的深入實(shí)施，創(chuàng)立高校與行業(yè)、企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)等單位聯(lián)合培養(yǎng)人才的新機(jī)制和新模式也逐漸涌現(xiàn)。安徽工業(yè)大學(xué)的張濤等人[3]開展了信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)結(jié)合校企合作基地的實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)教學(xué)改革；合肥學(xué)院[4]依托校企合作平臺(tái)結(jié)合新工科建設(shè)的要求，探索了信息與計(jì)算科學(xué)應(yīng)用型工程技術(shù)人才培養(yǎng)模式；長(zhǎng)春大學(xué)祖力等人[5]開展了信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)課程體系的改革。盡管這些改革取得了很好的效果，但它們主要局限于校企合作的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)改革，未能深入探索如何將產(chǎn)學(xué)研模式深度結(jié)合到專業(yè)課程體系建構(gòu)中。因此，以培養(yǎng)行業(yè)真正需要的實(shí)用型人才為出發(fā)點(diǎn)，依托產(chǎn)學(xué)研合作培養(yǎng)模式，開展產(chǎn)學(xué)研合作培養(yǎng)模式下的專業(yè)課程體系重構(gòu)研究，具有重要的意義。

1 存在的問題

湖北大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“我?！保┬畔⑴c計(jì)算科學(xué)專業(yè)創(chuàng)辦于2000年，以培養(yǎng)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)扎實(shí)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用素養(yǎng)良好的，能在信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)、工程領(lǐng)域、科研院校等相關(guān)部門從事教學(xué)研究、軟件開發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與維護(hù)、數(shù)據(jù)分析及管理咨詢等工作的交叉復(fù)合型人才為目標(biāo)。為了達(dá)到這一培養(yǎng)目標(biāo)，本專業(yè)課程結(jié)構(gòu)設(shè)置為數(shù)學(xué)類課程占百分之六十，信息類課程占百分之四十。兩個(gè)體系的課程都要兼顧，勢(shì)必造成課程結(jié)構(gòu)設(shè)置泛而淺，也無法凸顯專業(yè)特色。此外，由于信息技術(shù)的不斷更新，信息類課程難以跟上信息技術(shù)的更迭速度，從而造成課程內(nèi)容的滯后，這也是亟待解決的問題之一。實(shí)踐環(huán)節(jié)是人才培養(yǎng)中最重要的一環(huán)，傳統(tǒng)的課程實(shí)踐環(huán)節(jié)以驗(yàn)證課程知識(shí)點(diǎn)為主，旨在強(qiáng)化學(xué)生對(duì)理論知識(shí)體系的理解。這必然導(dǎo)致學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握尚可，但無法把握整個(gè)知識(shí)體系，也無法與實(shí)際工作的需求相結(jié)合。為了解決上述問題，必須深入產(chǎn)業(yè)一線，了解產(chǎn)業(yè)的新需求，關(guān)注產(chǎn)業(yè)的新技術(shù)和發(fā)展方向。結(jié)合產(chǎn)業(yè)需求構(gòu)建學(xué)科的專業(yè)課程體系，更新課程內(nèi)容，改革實(shí)踐環(huán)節(jié)，從而培養(yǎng)更符合業(yè)界需求的交叉復(fù)合型人才。

2 改革目標(biāo)

產(chǎn)學(xué)研合作培養(yǎng)模式下，信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)課程體系重構(gòu)的主要目的是解決因?qū)I(yè)定位不清晰造成的專業(yè)課程體系泛而淺的問題。其主要目標(biāo)是凸顯專業(yè)特色，結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)開發(fā)的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，建立一個(gè)以培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)真正需要的實(shí)用型交叉復(fù)合人才為出發(fā)點(diǎn)，理論和實(shí)踐緊密結(jié)合的專業(yè)課程體系和多元化教學(xué)模式，以及結(jié)合實(shí)際產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目的軟硬件教學(xué)資源庫(kù)。具體目標(biāo)是：

①緊密結(jié)合前沿技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，構(gòu)建凸顯學(xué)科特色、方向清晰的課程體系；②結(jié)合產(chǎn)業(yè)的技術(shù)新進(jìn)展，更新課程教學(xué)內(nèi)容，以解決原課程內(nèi)容滯后、與市場(chǎng)脫節(jié)等問題；③探索一套以項(xiàng)目為導(dǎo)向的多元化教學(xué)模式，構(gòu)建與理論教學(xué)體系相契合的分層實(shí)踐教學(xué)體系；④利用企業(yè)項(xiàng)目平臺(tái)，組建校企共建的面向產(chǎn)業(yè)和技術(shù)新進(jìn)展的軟硬件教學(xué)資源庫(kù)。

3 改革措施

3.1 凸顯特色、方向清晰的課程體系與教學(xué)內(nèi)容改革

大數(shù)據(jù)人才不僅需要掌握大數(shù)據(jù)技術(shù)（如Hadoop、HBase、TensorFlow），更重要的是必須具備大數(shù)據(jù)分析相關(guān)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)融合了大數(shù)據(jù)領(lǐng)域必備的數(shù)學(xué)、計(jì)算科學(xué)、信息計(jì)算等學(xué)科基礎(chǔ)，這使得大數(shù)據(jù)方向成為我校信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)的特色之一。課程體系設(shè)置方面，在數(shù)學(xué)分析、高等代數(shù)、概率統(tǒng)計(jì)、離散數(shù)學(xué)、數(shù)值分析等核心數(shù)學(xué)課程的基礎(chǔ)上，把與大數(shù)據(jù)相關(guān)的大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)等課程設(shè)置為專業(yè)方向課，凸顯了大數(shù)據(jù)方向特色。

課程內(nèi)容的重構(gòu)方面，結(jié)合企業(yè)的產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)、人才技能要求，重新選擇和調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。以產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的最新發(fā)展為指引，教師與生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)豐富的企業(yè)技術(shù)專家一起精簡(jiǎn)原有教學(xué)內(nèi)容中落后的技術(shù)部分，結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)前沿，重新整合教學(xué)內(nèi)容，形成新的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)，最終制定新的教學(xué)大綱和教學(xué)計(jì)劃。

以“數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)”課程舉例說明。數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)研究的是信息處理過程中，大量數(shù)據(jù)有效組織和存儲(chǔ)的問題，它是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中最為廣泛的應(yīng)用技術(shù)。數(shù)據(jù)庫(kù)原理是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一?，F(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)課程多以關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)為主，研究結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的有效存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)共享等，主要包括關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)語言SQL、數(shù)據(jù)庫(kù)安全性、數(shù)據(jù)庫(kù)完整性、關(guān)系數(shù)據(jù)理論、并發(fā)控制、數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)技術(shù)等內(nèi)容。然而，大數(shù)據(jù)背景下，越來越多的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)涌現(xiàn)出來?，F(xiàn)有的基于結(jié)構(gòu)化的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)無法有效處理這些非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，因此NoSQL、NewSQL等新型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。現(xiàn)有的新型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)如：鍵值類數(shù)據(jù)庫(kù)（如Redis、Cassandra）、文檔類數(shù)據(jù)庫(kù)（如MongoDB）、列式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)（如Vertica、HBase）、圖數(shù)據(jù)庫(kù)（如Neo4J）等，適用于不同結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)以及不同的業(yè)務(wù)場(chǎng)景。這些新型數(shù)據(jù)庫(kù)可作為數(shù)據(jù)庫(kù)的前沿技術(shù)納入“數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)”課程的知識(shí)體系中。但是，哪些數(shù)據(jù)庫(kù)是產(chǎn)業(yè)界廣泛應(yīng)用的，如何將它們與現(xiàn)有關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合，則需要與大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)一線的企業(yè)共同探討。

3.2 以項(xiàng)目為導(dǎo)向的多元化教學(xué)方式的改革

教學(xué)方式的改革要以培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能解決實(shí)際問題的能力為目標(biāo)，圍繞虛擬或?qū)嶋H項(xiàng)目，結(jié)合多種突出創(chuàng)新思維的教學(xué)模式（如微課、翻轉(zhuǎn)課堂等），構(gòu)建講、練、設(shè)計(jì)多元化的新型教學(xué)方式。

以“操作系統(tǒng)原理”課程舉例說明。操作系統(tǒng)原理是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的核心課程。現(xiàn)有的操作系統(tǒng)原理課程一般以Linux或Windows操作系統(tǒng)為主線，研究計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源管理方式和資源管理實(shí)現(xiàn)，其內(nèi)容主要包括：進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、處理機(jī)調(diào)度、I/O管理和文件系統(tǒng)等。操作系統(tǒng)原理的理論性強(qiáng)，知識(shí)點(diǎn)多，以教師為中心的教學(xué)方式，會(huì)使學(xué)生感覺枯燥缺乏興趣，無法獲得好的教學(xué)效果。如果以實(shí)際項(xiàng)目為中心，即以搭建一個(gè)簡(jiǎn)單的操作系統(tǒng)內(nèi)核為目標(biāo)，就能以問題驅(qū)動(dòng)的方式促使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，不僅鍛煉了學(xué)生的實(shí)踐和解決問題的能力，也強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。此外，企業(yè)的技術(shù)專家通過微課點(diǎn)評(píng)或翻轉(zhuǎn)課堂的形式，為學(xué)生講解實(shí)際項(xiàng)目中的工程問題及解決方案、講授大數(shù)據(jù)處理的分布式架構(gòu)如Hadoop的部署和運(yùn)行，以及Hadoop分布式資源調(diào)度Yarn等內(nèi)容，將大數(shù)據(jù)基本技能與課程知識(shí)相結(jié)合，使學(xué)生從聽得懂、能動(dòng)手，到最終做出來，切實(shí)提高解決問題的綜合能力。

3.3 與理論教學(xué)體系相契合的分層式實(shí)踐教學(xué)體系的改革

實(shí)踐環(huán)節(jié)的改革要以強(qiáng)化學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為目標(biāo)，依托校企合作的實(shí)踐實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，從三個(gè)方面進(jìn)行：一是基礎(chǔ)實(shí)踐能力的培養(yǎng)，將產(chǎn)業(yè)的技術(shù)需求融入基礎(chǔ)實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)中，讓實(shí)踐環(huán)節(jié)既能滲透到基礎(chǔ)課程體系中，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，又能結(jié)合實(shí)際提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)手能力；二是專業(yè)實(shí)踐能力的培養(yǎng)，以企業(yè)生產(chǎn)中的工程問題來改革專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，加強(qiáng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力培養(yǎng)；三是綜合實(shí)踐能力的培養(yǎng)，以企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目為導(dǎo)向，聯(lián)合企業(yè)技術(shù)專家，深入課堂聯(lián)合授課和開展實(shí)踐教學(xué)，提升學(xué)生的專業(yè)技能和創(chuàng)新能力。

在基礎(chǔ)實(shí)踐能力的培養(yǎng)環(huán)節(jié)，我們將實(shí)驗(yàn)課與理論課拆開，形成一門單獨(dú)課程的同時(shí)增加實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，用虛擬仿真環(huán)境或在線教學(xué)平臺(tái)實(shí)操、采用小組討論的方式讓學(xué)生自己講解實(shí)操過程及實(shí)現(xiàn)思路。在專業(yè)實(shí)踐能力的培養(yǎng)環(huán)節(jié)，本專業(yè)在第五和第六學(xué)期末都會(huì)開展為期一周的、由知名企業(yè)技術(shù)專家講授的專業(yè)實(shí)踐課程，讓學(xué)生接觸產(chǎn)業(yè)一線的實(shí)際項(xiàng)目，并自己著手實(shí)現(xiàn)，既能讓學(xué)生了解產(chǎn)業(yè)的技術(shù)前沿，又提高了他們解決實(shí)際工程問題的能力。在綜合實(shí)踐能力的培養(yǎng)環(huán)節(jié)，組織學(xué)生參加“互聯(lián)網(wǎng)+”“挑戰(zhàn)杯”等創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，以及中美數(shù)學(xué)建模、“藍(lán)橋杯”等技能競(jìng)賽。學(xué)生從選題、實(shí)現(xiàn)到報(bào)告的撰寫都必須小組通力合作完成，很好地鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合實(shí)踐能力。此外，本專業(yè)還會(huì)集中在合作企業(yè)開展為期8周的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)，熟悉企業(yè)的生產(chǎn)流程和事務(wù)處理，為后期就業(yè)做好“預(yù)熱”。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生以實(shí)習(xí)過程中的實(shí)際項(xiàng)目作為畢業(yè)設(shè)計(jì)選題，請(qǐng)企業(yè)技術(shù)專家做指導(dǎo)教師。這種面向產(chǎn)業(yè)需求的課題不僅能激發(fā)學(xué)生的研究興趣，還能切實(shí)解決企業(yè)的實(shí)際問題，更進(jìn)一步地鍛煉了學(xué)生的綜合實(shí)踐和創(chuàng)新能力。這種分層次的實(shí)踐教學(xué)全面鍛煉了學(xué)生的實(shí)操能力，切實(shí)提升了學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合實(shí)踐能力。

3.4 產(chǎn)學(xué)研模式下軟硬件教學(xué)資源平臺(tái)的建造

傳統(tǒng)的教學(xué)資源類別單一，設(shè)備和平臺(tái)落后，且無法滿足學(xué)生日益增長(zhǎng)的學(xué)習(xí)和實(shí)操需求。為了豐富產(chǎn)學(xué)研模式下軟硬件教學(xué)資源，本專業(yè)依托合作企業(yè)的實(shí)踐實(shí)習(xí)基地，組建校企共建的面向新產(chǎn)業(yè)和新技術(shù)的教學(xué)資源庫(kù)，保障教學(xué)課程的實(shí)施。平臺(tái)建立后，利用平臺(tái)資源可以實(shí)現(xiàn)實(shí)踐課程教學(xué)內(nèi)容的組織，虛擬仿真實(shí)操、在線考試、綜合能力測(cè)試等。

4 結(jié)語

信息與計(jì)算科學(xué)是一個(gè)多學(xué)科交叉融合的專業(yè)。在本專業(yè)的人才培養(yǎng)中，通常存在專業(yè)特色不鮮明，培養(yǎng)出的畢業(yè)生與市場(chǎng)脫節(jié)等問題，其根源在于人才培養(yǎng)未能與產(chǎn)業(yè)需求緊密結(jié)合。本文分析了信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)在專業(yè)課程設(shè)置和教學(xué)中存在的問題，探討了產(chǎn)學(xué)研合作模式下進(jìn)行專業(yè)課程體系重構(gòu)的教學(xué)改革，提出了緊密結(jié)合科學(xué)技術(shù)前沿與產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，構(gòu)建凸顯特色、方向清晰的課程體系，探索項(xiàng)目導(dǎo)向的多元化教學(xué)方式，探索理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的多層實(shí)踐教學(xué)體系，以及組建校企共建面向新產(chǎn)業(yè)和技術(shù)新進(jìn)展的軟硬件教學(xué)資源庫(kù)等教學(xué)改革措施。