摘要:如何构建多层次的计算机人才培养体系,既满足国内大学、研究机构对研究型人才的需求,又满足社会对复合型、高素质、创新型实践性人才的需求,是高校教育必须解决的重要问题。结合上海交通大学在计算机人才培养方面的实践与成功经验,研究专业教学与实践教学相结合的方法与途径,提出多层次计算机人才培养模式,为我国计算机人才的培养提供有益的借鉴。
关键词:专业教学;实践教学;多层次;计算机人才培养;上海交通大学
今天,网络和计算机的使用已经渗入到我们工作、学习和生活的方方面面。不同的用人单位对计算机掌握程度的要求有着很大的区别,计算机技术人才在各领域中的需求程度发生了深刻的变化。在工业化和信息化融合的大背景下,如何构建多层次的计算机人才培养体系,既要满足国内大学,研究机构对研究型人才的需求,又要满足社会对复合型、高素质创新型实践性人才的需求,是摆在当前大学教育面前的一个严峻问题[1-3]。
上海交通大学计算机系在多年教学实践中,不断地适应新形势的需要,改革和完善自身的人才培养体系,通过课程改革和教学多极化体系的构建,调整课程设置体系和实践步骤,逐步建立了一套培养多层次、复合型计算机人才的教学与培养模式,并且在实践中取得了较满意的成果。
1计算机行业现状与学科发展
1.1计算科学与技术的发展历程
计算机科学与技术发展到今天已进入了网络时
代,即知识处理时代,也就是所谓的信息时代。现时期计算机技术主要是用来进行信息传输。美国NSF(美国国家科学基金会National Science Foundation)在《提升人类能力的会聚技术》一文中指出[4]:纳米、生物、信息、认知四大技术(NBIC)成为提升人类能力的会聚技术。纳米技术提供了一种新颖、神奇、有效的发现和创造的尺度;生物体及其基因是人类揭示自然秘密的载体;信息技术负责存储、记载、计算、处理、分析、传播的关键手段;认知科学的研究将集成纳米尺度下获得的生命科学“秘密”,使人类实现自我了解和自我控制,人的知识、智能以及技能有了一次更高的飞跃。而其他三项技术,不得不依赖于计算机技术的发展。
1.2计算机行业发展现状
随着经济全球化和信息化时代的到来,网络的普及成为必然,随之而来的便是计算机人才的需求量急剧上升,并且一跃成为行业需求量最大的几个专业之一,各大高校不得不承担起培养计算机专业人才的重任,然而全球化也加剧了计算机行业的竞争,整个社会不再是单纯地需要某种计算机人才,这种需求也开
作者简介:过敏意(1962-),男,上海交通大学特聘教授,计算机科学与工程系主任,博士,研究方向为并行与分布计算、普适计算、计算机网络、软件工程、嵌入式计算、生物信息学、编译与程序优化等。
始走向多样化[5-6]。
计算机行业不断地深入发展,需要掌握高端技术的计算机科研人才,国内外计算机科研机构以及各大高校也正是需要这类专业人才;区域经济及行业的发展又要求培养出大量的计算机专业技术应用人才;在一些更为传统的行业中,掌握计算机一般操作及使用的非计算机专业人才也成为必然的需求,如银行业,零售业、制造业等传统行业,多种行业中的某些部门需要能够使用计算机办公的其他专业人才。
因此,如何培养出新型的、高素质的、适应社会各种需求的计算机人才成为各高校不得不面临的重大课题。
2专业实践教学的发展与趋势
2.1专业教学计划
上海交通大学计算机人才培养结构的多层次化主要有以下几个方面:
1) 院系教学体系的调整和发展。
为了满足计算机科学技术在新时期的发展要求,即日益的专业化和多层次化要求,上海交通大学在全校范围内开设计算机公共课程的同时,对计算机相关专业进行了院系的设置、调整和重新整合,这应该说是交大计算机培养体系的横向发展,主要表现在院系和专业的逐渐增多。交大院系教学方向调整大致和国内外主要计算机学科同步,经过了3个阶段:(1)在2001年以前,教学大纲主要分为计算机科学和计算机工程两个培养方向;(2)2001年,IEEE/ACM指定了CC2001,主要培养方向分为计算机科学、计算机工程、软件工程和信息系统;(3)2004年,IEEE/ACM指定了CC2004,又细分为计算机科学、计算机工程、软件工程、信息技术和信息系统,如图1所示。其特点主要表现在以下4个方面:课程设置,变化不大(主要体现在主干课程方面);课程内容,不断增加(科学与技术的进步与发展);课程结构:变化较大(主要反映在实践教学方面);教学要求:不断提高(来自于学科和社会的需求)。
在全校范围内开设计算机公共课的目的就是为了培养能够熟练掌握计算机操作与初步编程的非计算机专业人才,在踏上就业岗位之后能够熟练地使用计算机办公;院系的设置与调整则是为了适应整个社会对计算机专业人才的需求急剧上升,并且日趋多元化这一情况而作出的。
图1教学体系调整的三大阶段
2) 计算机教育纵深化发展的趋势:全校性的计算机公共课程→电信学院大平台(电子信息与电气工程学院和软件学院)→计算机科学与工程系→ACM强化班。如图2所示。
图2计算机教育纵化发展趋势
全校开展普及性的公共计算机教育课程,主要包括计算机基础和计算机文化基础,目标是为了使每名交大学子都能够熟练掌握计算机的应用,适应网络化办公、自动化办公的需要。它又以电信学院大平台(这个大平台主要包括通信与信息系统、电子、自动化、计算机、仪器、电力等大的专业方向)为依托,不断地向纵深发展。在本科一二年级阶段开设的课程主要包括:程序设计、离散数学、数字逻辑、操作系统等。在本科三四年级,计算机专业又进一步开设了算法分析与设计、编译原理、数据库、软件工程等课程,不断地向培养专业化计算机人才的目标发展。这种纵深发展的高级阶段就是ACM强化班的开设,它正是为了培养计算机专业高端人才而开设的。
3) 专业教育计划课程设置的多层次化:专业基础课程→专业课程→专业选修课程。
专业基础课程主要包括程序设计、数据结构、离散数学、数字逻辑等。这些专业基础课的设置主要是为了培养学生的逻辑思维能力,以及数学能力(主要是为了以后学习算法作准备),为进一步开设专业课程打下基础。专业课程主要包括算法分析与设计、编译原理、操作系统、计算机组成与系统结构、软件工程、计算机网络、数据库原理、计算机图形学、人工智能等,到了专业课程的学习阶段,计算机专业学习进入了系统化阶段。专业选修课主要是前沿学科方向、最新技术,这应该是计算机专业的兴趣选择阶段、拔高阶段。
2.2实践教学体系及其发展
作为计算机专业而言,专业教学与专业实践密不可分,上海交大在结合专业教学的过程中,开辟了大量实践教学模块,并且不断地尝试新的实践教学方式。
1) 多模块式的专业实践教学。
交大专业实践教学根据不同阶段的需要大致分为4个模块,课程练习模块→课程实践模块→课程设计模块→综合实践模块,如图3所示。这实际上是课程实践不断向纵深化发展的表现,课堂教学与课程实践模块采取的是学校教学与企业实践相结合的方式,学校企业“轮唱主角”,或者学校“唱主角”,企业“压轴”,又或者学校企业“共同开发”,企业“唱主角”。综合实践模块主要是指专业实习阶段和毕业设计阶段,在这一模块中,专业实践采取的主要方式是赴企业实习,或者进入导师实验室,又或者企业提出课题,企业与学校共同指导,实施在学校。这3种方式,将专业教学、课程实践与企业实习三者结合起来,更好地适应了应用型人才培养的要求。
2) 实行本科生导师制。
上海交大计算机系在实行专业教学与实践教学结合的同时,注重对学生的引导,在本科生期间就实行导师制度,从一年级开始,每位教师指导2～3名学生的选课指导,配合思想政治等工作,对本科生进行兴趣培养以及专业指导,导师与学生互相反馈,使专业教学得到更好的效果。
3) 本科生进实验室。
交大注重学生专业实践经验的培养,ACM班学生,在大学三年级就开始进入导师实验室,普通本科班的学生,在大学四年级进入导师实验室,导师可以更全面地掌握学生实践能力,最重要的是为了培养学生的实践能力,导师一般让学生在大三、大四就进入课题组,参与科研项目。
交大专业实践教学的特点是几乎没有从书本到书本。课程练习:仅限于一些主干课程,其特点以小题目形式,题目之间互相独立。课程实践:仅限于一些主干课程,以课程为核心,建立较完整系统的实践课程设计,即设计一系列相关课程,以某一课程为主,结合相关课程的设计与实践。综合实践:如专业实习、毕业设计、科技创新等,集知识与技能、科学方法与人文能力于一体。交大的实践教学在已有基础上,不断向更深层次发展,立足校内资源,保障实践教学质量(基本建设),分析现有资源(设备、师资),整合已有资源,开发社会资源,提升实践教学水平。根据需要,寻觅合适企业,联合企业共建合作项目。这又是一个多层次的发展过程,校内加校外资源,积极开发与整合,让实践教学向更深层次发展。
3交大专业教学与实践教学的典型代表:ACM班
我校ACM班开设于2002年,它隶属于计算机科学与工程系,旨在培养计算机科学家。在教学上,力求突破传统的教学模式,大胆创新,提出一系列改革措施:第一,实行“学校—社会—国际”立体式教育教学体系;第二,培养学生“主动学习、独立研究”的能力;第三,在注重专业素质教育的同时,加强学生人文素质的培养;第四,联合国际知名企业(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次获得ACM国际大学生编程大赛全球总冠军,是亚洲历史上至今唯一的世界冠军,同时获得亚洲冠军多次。
ACM班的经验在于:1)每一门课都配备最好的老师教学,给出有关这门课的研究领域中几个值得研究的问题;2)鼓励学生实践课程知识,在顶级会议上(如WWW, SIGIR, NIPS, AAAI, ICCV等会议)发表论文;3)ACM Programming Contest的训练,传承高年级带低年级;4)邀请国际著名学者任教,创立大师培养计划→“由大师培养,培养大师”;每学期有1～2门课由国际大师任课,体验最前沿的计算机科学成果;本、硕、博连读培养方式。图4～图6分别是2002年、2005年、2010年同学获得全球总冠军时的留影。
图42002年世界冠军
图52005年世界冠军
图62010年世界冠军
4关于计算机人才培养的几点思考
上海交通大学计算机科学与工程系从开创至今,不断地探索计算机人才培养与社会需求相契合的道路,融合了几代教师的追求和努力。事实上只有专业教学与实践教学相结合,才能适应社会发展对计算机人才的要求。学校与企业的联合是实践教学大胆而新
颖的尝试,这种尝试的结果是在适应了社会发展的同时,促进了计算机教育的发展。在实践教学过程中,应不断鼓励学生“主动学习、独立研究”,这将有助于培养学生的创新能力。
我校在专业教学的过程中,不断调整课程设置,在一些关键领域、热门领域开设相应的专业课程,适应社会需求,为学生就业提供导向性。
适应社会需求,培养多层次的计算机人才是必然的选择,实践教学的多层次化,是计算机人才培养多层次化的关键所在。专业教学是针对普遍意义而言的,但实践教学则根据不同的层次实践内容会有所不同,更具有针对性,对解决培养多层次人才这个重大课题具有关键性作用。
在注重专业素质教育的同时,应加强学生人文素质的培养,只有德与智相互促进、共同发展,才能增强学生的社会责任感,增强学生对社会的适应能力。德智相得益彰才是完备的计算机人才,计算机教育不能忽视二者中任意一者的作用。
我们相信,经过教师们的不懈努力,我国计算机教育一定能在满足国家对计算机人才需求的同时,培养出影响整个世界计算机科学与技术的大师级计算机科学家。当然,这段时间也许需要很长,让我们共同努力来缩短这个进程。
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