適應新形勢,構建多層次的計算機技術人才培養模式

摘要:如何構建多層次的計算機人才培養體系,既滿足國內大學、研究機構對研究型人才的需求,又滿足社會對復合型、高素質、創新型實踐性人才的需求,是高校教育必須解決的重要問題。結合上海交通大學在計算機人才培養方面的實踐與成功經驗,研究專業教學與實踐教學相結合的方法與途徑,提出多層次計算機人才培養模式,為我國計算機人才的培養提供有益的借鑒。

關鍵詞:專業教學;實踐教學;多層次;計算機人才培養;上海交通大學

今天,網絡和計算機的使用已經滲入到我們工作、學習和生活的方方面面。不同的用人單位對計算機掌握程度的要求有著很大的區別,計算機技術人才在各領域中的需求程度發生了深刻的變化。在工業化和信息化融合的大背景下,如何構建多層次的計算機人才培養體系,既要滿足國內大學,研究機構對研究型人才的需求,又要滿足社會對復合型、高素質創新型實踐性人才的需求,是擺在當前大學教育面前的一個嚴峻問題[1-3]。

上海交通大學計算機系在多年教學實踐中,不斷地適應新形勢的需要,改革和完善自身的人才培養體系,通過課程改革和教學多極化體系的構建,調整課程設置體系和實踐步驟,逐步建立了一套培養多層次、復合型計算機人才的教學與培養模式,并且在實踐中取得了較滿意的成果。

1計算機行業現狀與學科發展

1.1計算科學與技術的發展歷程

計算機科學與技術發展到今天已進入了網絡時

代,即知識處理時代,也就是所謂的信息時代?，F時期計算機技術主要是用來進行信息傳輸。美國NSF(美國國家科學基金會National Science Foundation)在《提升人類能力的會聚技術》一文中指出[4]:納米、生物、信息、認知四大技術(NBIC)成為提升人類能力的會聚技術。納米技術提供了一種新穎、神奇、有效的發現和創造的尺度;生物體及其基因是人類揭示自然秘密的載體;信息技術負責存儲、記載、計算、處理、分析、傳播的關鍵手段;認知科學的研究將集成納米尺度下獲得的生命科學“秘密”,使人類實現自我了解和自我控制,人的知識、智能以及技能有了一次更高的飛躍。而其他三項技術,不得不依賴于計算機技術的發展。

1.2計算機行業發展現狀

隨著經濟全球化和信息化時代的到來,網絡的普及成為必然,隨之而來的便是計算機人才的需求量急劇上升,并且一躍成為行業需求量最大的幾個專業之一,各大高校不得不承擔起培養計算機專業人才的重任,然而全球化也加劇了計算機行業的競爭,整個社會不再是單純地需要某種計算機人才,這種需求也開

作者簡介:過敏意(1962-),男,上海交通大學特聘教授,計算機科學與工程系主任,博士,研究方向為并行與分布計算、普適計算、計算機網絡、軟件工程、嵌入式計算、生物信息學、編譯與程序優化等。

始走向多樣化[5-6]。

計算機行業不斷地深入發展,需要掌握高端技術的計算機科研人才,國內外計算機科研機構以及各大高校也正是需要這類專業人才;區域經濟及行業的發展又要求培養出大量的計算機專業技術應用人才;在一些更為傳統的行業中,掌握計算機一般操作及使用的非計算機專業人才也成為必然的需求,如銀行業,零售業、制造業等傳統行業,多種行業中的某些部門需要能夠使用計算機辦公的其他專業人才。

因此,如何培養出新型的、高素質的、適應社會各種需求的計算機人才成為各高校不得不面臨的重大課題。

2專業實踐教學的發展與趨勢

2.1專業教學計劃

上海交通大學計算機人才培養結構的多層次化主要有以下幾個方面:

1) 院系教學體系的調整和發展。

為了滿足計算機科學技術在新時期的發展要求,即日益的專業化和多層次化要求,上海交通大學在全校范圍內開設計算機公共課程的同時,對計算機相關專業進行了院系的設置、調整和重新整合,這應該說是交大計算機培養體系的橫向發展,主要表現在院系和專業的逐漸增多。交大院系教學方向調整大致和國內外主要計算機學科同步,經過了3個階段:(1)在2001年以前,教學大綱主要分為計算機科學和計算機工程兩個培養方向;(2)2001年,IEEE/ACM指定了CC2001,主要培養方向分為計算機科學、計算機工程、軟件工程和信息系統;(3)2004年,IEEE/ACM指定了CC2004,又細分為計算機科學、計算機工程、軟件工程、信息技術和信息系統,如圖1所示。其特點主要表現在以下4個方面:課程設置,變化不大(主要體現在主干課程方面);課程內容,不斷增加(科學與技術的進步與發展);課程結構:變化較大(主要反映在實踐教學方面);教學要求:不斷提高(來自于學科和社會的需求)。

在全校范圍內開設計算機公共課的目的就是為了培養能夠熟練掌握計算機操作與初步編程的非計算機專業人才,在踏上就業崗位之后能夠熟練地使用計算機辦公;院系的設置與調整則是為了適應整個社會對計算機專業人才的需求急劇上升,并且日趨多元化這一情況而作出的。

圖1教學體系調整的三大階段

2) 計算機教育縱深化發展的趨勢:全校性的計算機公共課程→電信學院大平臺(電子信息與電氣工程學院和軟件學院)→計算機科學與工程系→ACM強化班。如圖2所示。

圖2計算機教育縱化發展趨勢

全校開展普及性的公共計算機教育課程,主要包括計算機基礎和計算機文化基礎,目標是為了使每名交大學子都能夠熟練掌握計算機的應用,適應網絡化辦公、自動化辦公的需要。它又以電信學院大平臺(這個大平臺主要包括通信與信息系統、電子、自動化、計算機、儀器、電力等大的專業方向)為依托,不斷地向縱深發展。在本科一二年級階段開設的課程主要包括:程序設計、離散數學、數字邏輯、操作系統等。在本科三四年級,計算機專業又進一步開設了算法分析與設計、編譯原理、數據庫、軟件工程等課程,不斷地向培養專業化計算機人才的目標發展。這種縱深發展的高級階段就是ACM強化班的開設,它正是為了培養計算機專業高端人才而開設的。

3) 專業教育計劃課程設置的多層次化:專業基礎課程→專業課程→專業選修課程。

專業基礎課程主要包括程序設計、數據結構、離散數學、數字邏輯等。這些專業基礎課的設置主要是為了培養學生的邏輯思維能力,以及數學能力(主要是為了以后學習算法作準備),為進一步開設專業課程打下基礎。專業課程主要包括算法分析與設計、編譯原理、操作系統、計算機組成與系統結構、軟件工程、計算機網絡、數據庫原理、計算機圖形學、人工智能等,到了專業課程的學習階段,計算機專業學習進入了系統化階段。專業選修課主要是前沿學科方向、最新技術,這應該是計算機專業的興趣選擇階段、拔高階段。

2.2實踐教學體系及其發展

作為計算機專業而言,專業教學與專業實踐密不可分,上海交大在結合專業教學的過程中,開辟了大量實踐教學模塊,并且不斷地嘗試新的實踐教學方式。

1) 多模塊式的專業實踐教學。

交大專業實踐教學根據不同階段的需要大致分為4個模塊,課程練習模塊→課程實踐模塊→課程設計模塊→綜合實踐模塊,如圖3所示。這實際上是課程實踐不斷向縱深化發展的表現,課堂教學與課程實踐模塊采取的是學校教學與企業實踐相結合的方式,學校企業“輪唱主角”,或者學?！俺鹘恰?企業“壓軸”,又或者學校企業“共同開發”,企業“唱主角”。綜合實踐模塊主要是指專業實習階段和畢業設計階段,在這一模塊中,專業實踐采取的主要方式是赴企業實習,或者進入導師實驗室,又或者企業提出課題,企業與學校共同指導,實施在學校。這3種方式,將專業教學、課程實踐與企業實習三者結合起來,更好地適應了應用型人才培養的要求。

2) 實行本科生導師制。

上海交大計算機系在實行專業教學與實踐教學結合的同時,注重對學生的引導,在本科生期間就實行導師制度,從一年級開始,每位教師指導2～3名學生的選課指導,配合思想政治等工作,對本科生進行興趣培養以及專業指導,導師與學生互相反饋,使專業教學得到更好的效果。

3) 本科生進實驗室。

交大注重學生專業實踐經驗的培養,ACM班學生,在大學三年級就開始進入導師實驗室,普通本科班的學生,在大學四年級進入導師實驗室,導師可以更全面地掌握學生實踐能力,最重要的是為了培養學生的實踐能力,導師一般讓學生在大三、大四就進入課題組,參與科研項目。

交大專業實踐教學的特點是幾乎沒有從書本到書本。課程練習:僅限于一些主干課程,其特點以小題目形式,題目之間互相獨立。課程實踐:僅限于一些主干課程,以課程為核心,建立較完整系統的實踐課程設計,即設計一系列相關課程,以某一課程為主,結合相關課程的設計與實踐。綜合實踐:如專業實習、畢業設計、科技創新等,集知識與技能、科學方法與人文能力于一體。交大的實踐教學在已有基礎上,不斷向更深層次發展,立足校內資源,保障實踐教學質量(基本建設),分析現有資源(設備、師資),整合已有資源,開發社會資源,提升實踐教學水平。根據需要,尋覓合適企業,聯合企業共建合作項目。這又是一個多層次的發展過程,校內加校外資源,積極開發與整合,讓實踐教學向更深層次發展。

3交大專業教學與實踐教學的典型代表:ACM班

我校ACM班開設于2002年,它隸屬于計算機科學與工程系,旨在培養計算機科學家。在教學上,力求突破傳統的教學模式,大膽創新,提出一系列改革措施:第一,實行“學?！鐣獓H”立體式教育教學體系;第二,培養學生“主動學習、獨立研究”的能力;第三,在注重專業素質教育的同時,加強學生人文素質的培養;第四,聯合國際知名企業(Microsoft、IBM、Intel、Google等)全面推行校企合作新模式。交大ACM班于2002、2005、2010年3次獲得ACM國際大學生編程大賽全球總冠軍,是亞洲歷史上至今唯一的世界冠軍,同時獲得亞洲冠軍多次。

ACM班的經驗在于:1)每一門課都配備最好的老師教學,給出有關這門課的研究領域中幾個值得研究的問題;2)鼓勵學生實踐課程知識,在頂級會議上(如WWW, SIGIR, NIPS, AAAI, ICCV等會議)發表論文;3)ACM Programming Contest的訓練,傳承高年級帶低年級;4)邀請國際著名學者任教,創立大師培養計劃→“由大師培養,培養大師”;每學期有1～2門課由國際大師任課,體驗最前沿的計算機科學成果;本、碩、博連讀培養方式。圖4～圖6分別是2002年、2005年、2010年同學獲得全球總冠軍時的留影。

圖42002年世界冠軍

圖52005年世界冠軍

圖62010年世界冠軍

4關于計算機人才培養的幾點思考

上海交通大學計算機科學與工程系從開創至今,不斷地探索計算機人才培養與社會需求相契合的道路,融合了幾代教師的追求和努力。事實上只有專業教學與實踐教學相結合,才能適應社會發展對計算機人才的要求。學校與企業的聯合是實踐教學大膽而新

穎的嘗試,這種嘗試的結果是在適應了社會發展的同時,促進了計算機教育的發展。在實踐教學過程中,應不斷鼓勵學生“主動學習、獨立研究”,這將有助于培養學生的創新能力。

我校在專業教學的過程中,不斷調整課程設置,在一些關鍵領域、熱門領域開設相應的專業課程,適應社會需求,為學生就業提供導向性。

適應社會需求,培養多層次的計算機人才是必然的選擇,實踐教學的多層次化,是計算機人才培養多層次化的關鍵所在。專業教學是針對普遍意義而言的,但實踐教學則根據不同的層次實踐內容會有所不同,更具有針對性,對解決培養多層次人才這個重大課題具有關鍵性作用。

在注重專業素質教育的同時,應加強學生人文素質的培養,只有德與智相互促進、共同發展,才能增強學生的社會責任感,增強學生對社會的適應能力。德智相得益彰才是完備的計算機人才,計算機教育不能忽視二者中任意一者的作用。

我們相信,經過教師們的不懈努力,我國計算機教育一定能在滿足國家對計算機人才需求的同時,培養出影響整個世界計算機科學與技術的大師級計算機科學家。當然,這段時間也許需要很長,讓我們共同努力來縮短這個進程。

參考文獻:

[1] 張序余,陳如松,金國鈞. 人才培養基地建設與研究型人才培養[J]. 江蘇高教,2005(6):101-103.

[2] 童文勝,危懷安. 國家科技獎勵政策導向與創新型人才培養研究[J]. 科技進步與對策,2009,26(20):182-186.

[3] 顏丹平,張維宸,王根厚,等. 本科階段人才培養中的分層次地學實踐教學體系建設[J]. 中國地質教育,2009(1):65-68.

[4] 曉宇. 提升人類能力的會聚技術研討會[EB/OL]. [2009-1-1]. .cn/qkpdf/jijy/jijy201015/jijy20101513-1.pdf" style="color:red" target="_blank">原版全文