基于四维融合的计科专业人才培养改革探索

摘要： 为了满足当前和未来的战略新兴产业竞争需要，新工科人才培养问题已经迫在眉睫。文中以计算机科学与技术专业的人才培养为例，首先分析了新工科背景下计科专业人才培养存在的问题，然后提出了一种基于思维融合的计科专业人才培养改革方案。从四个方面详细阐述了新工科人才培养的具体实施过程，有效地弥补了高校新工科人才培养的漏洞，提高了人才培养的质量，取得了良好的效果。

关键词： 新工科;人才培养体系;计算机类;思政;创新能力

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）26-0127-03

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随着新工业革命来临，中国正在向工业强国的行列阔步迈进，教育部也适时推出了“新工科”计划。“新工科”计划是适应国际竞争新形势、我国战略发展新需求而提出的工程教育改革方向[1-2]。开展新工科建设是我国高等工程教育改革的创新方向和重大举措。在高校的教学研究中，应该重视对于工科类课程教学思维和教学方法的研究，积极推动工科类课程的改革，以顺应新工科环境下对于信息类人才的需求，着力培养出思维敏捷、逻辑清晰、极具创造性和先进性的高素质人才[3-4]。

2016年12月，习近平总书记在出席全国高校思想政治工作会议上发表重要讲话时指出：高校思想政治工作至关重要，它关系到高校为谁培养人、培养什么样的人、如何培养人这个根本问题。习近平总书记强调：高校应该坚持把立德树人作为中心环节，将思想政治工作贯彻到高校教与学工作的方方面面，实现人才的全方位培养，努力开创出高等教育人才培养新局面。

就计算机专业来说，围绕着人才培养问题，全国各大高校采用了“以人为本”、成果导向（OBE）、全面发展、素质教育、生态和谐等多种教育理念，在党的领导下，紧跟时代发展的步伐，从课堂教学的内容和方式、社会实践、平台建设等方面进行了深入改革，不断拓展教书育人的新思路和新方法，形成了不同的人才培养模式，也取得了不少的成果。例如，江西理工大学打造了基于“三对接”的一体多元协同育人体系[5]、南京航空航天大学提出了以人工智能为核心的计算机专业创新人才培育模式[6]、深圳大学提出通过校企合作、三维协同，以能力培养为中心来解决计算机人才培养问题[7]等。然而，尽管各大高校在人才培养方面有所成绩，但仍然不足以解决人才培养方面所遇到的诸多问题，如何提升人才培养的效率和质量，保证人才输出满足社会和企业的需求和期待，仍然任重道远。为此，文中详细探讨了计算机专业人才培养改革的方法，可为新工科人才培养提供有价值的参考。

1 计算机人才培养面临的挑战

对于全国绝大多数高校而言，计算机专业人才培养的要求是：学生需具备良好的人文社会科学素养、职业道德和心理素质等基本素质，需要学习数学与自然科学基础知识以及计算机硬件、软件与网络相关的基本 理论、基本知识、基本技能和基本方法，具备获取知识能力、应用知识能力及创新能力等基本能力，达到知识、能力、素质的协调发展。然而，在当前我国的国情条件下，要满足这一要求并不容易，计算机专业人才培养还存在着如下的几个重要问题[8-11]：

（1） 随着大数据时代的到来和计算机在各个行业领域的应用不断加深，全国各大高校的计算机专业已从原来的计算机科学与技术专业发展成了包括计算机应用技术、软件工程、信息管理与信息系统、医学信息工程、大数据与人工智能、自动控制、电子信息工程等诸多新设专业，形成了一个庞大的专业群。计算机学科的这种快速发展变化，使得传统的单一、顺序、平面化的教学方式已经无法满足企业的用人需求，对计算机类专业人才培养提出了新的要求，增加了人才培养的难度。

（2） 此外，根据近三年以来的统计数据可知，全国高校每年毕业的大学生人数超过900多万，而计算机专业学生占到了其中的10%以上，但是在国内高校的计算机专业人才培养方面仍然存在着一些亟待解决的问题，例如，计算机专业的思政教育得不到重视，导致计算机专业人才在从业过程中利用技术手段造成的违法犯罪事件（有意的和无意的）层出不穷、持续见长。如何在计算机专业的教育教学过程中有效地融合课程思政的思想，解决好人才培养的根据问题仍然值得进一步研究。

（3） 为了应对新一轮科技革命的挑战，教育部自2017年以来积极推进“新工科”建设，旨在培养具备较强创新实践能力的高素质人才。然而就全国高校的本科生培养而言，对于学生创新能力的培养普遍不够重视。以计算机专业为例，主要表现在：（a）过于强调提升学生的动手能力，而忽视了学生解决问题的方法。（b）在对于学生的评价上，重视任务的完成度和工作量，而忽视学生创新思维的展现。事实上，随着信息技术的日新月异，计算机专业极其需要创新，只有不断创新才能推动计算机技术发展，只有激发出学生的创新活力，才能真正提升学生的专业能力。因此，如何提升计算机专业学生的创新能力已经成为人才培养中必须解决的问题之一。

（4） 目前，各大学在教师评价上，教学和科研并不相称，评价体系不完善。如何采取有效的措施对教学型教师和科研型教师进行合理评价和激励，使得教师能够保证自身发展，又能够兼顾为学校的人才建设服务，仍需从制度上进行完善。

2 计算机人才培养改革

以湖南中医药大学信息科学与工程学院为例，计算机专业人才培养目标是：培养德、智、体、美全面发展，掌握数学与自然科学基础知识以及计 算机硬件、软件与网络相关的基本理论、基本知识、基本技能和基本方法，具备一定的医药知识背景，具有较强的专业能力和良好的综合素质，能胜任医疗机构、 医药企业单位、科研部门、教育单位、计算机相关企业、事业、技术和行政管理 部门等单位计算机系统设计、开发与应用等工作的专门人才。为了实现这一目标，对本院的计算机专业人才培养改革方案进行了深入探索，提出了一种基于四维融合的人才培养改革方案。本文从四个方面详细阐述了新工科人才培养的具体实施过程，具体如下：

2.1 采用精准施教的多元课程体系和教学模式

就计算机专业而言，现有的课程体系和教学方式具有清晰的专业边界，采用共性度高的流程式培养体系，忽视了学生个体之间的差异，为了更好地满足计算机专业人才培养的需要，可以从以下的两个方面来优化：（a）从学生需求出发，关注学生的发展潜能，为学生提供宽厚的课程教育，淡化专业课程之间的边界，遵循兼顾学生共性要求和个性化发展的原则，打造出具有学科同源、专业融合和差异成才的课程体系。具体而言，课程体系主要包含通识教育课程、专业基础课程和专业必修课程和实践课程等。（b） 打破课堂教学的边界，开展基于线上和线下的混合式教学模式改革。在课前，采用在线学习资源推荐、教师线上辅导和答疑的方式，引导学生开展自主按需学习;在课中，采用理论与实践相结合的一体式教学，以问题为导向来讲授知识点，培养学生认识问题、分析问题和解决问题的能力;在课后，要求学生对学习内容进行总结和反思，培养学生质疑创新能力。

2.2 开展以立德树人为核心的课程思政教育

课程思政教育有助于提升专业教育的成效，实现全方位育人，提高学生的素质。因此，探索出一条适合计算机专业课程思政教育的道路显得至关重要。下面以计算机专业的核心专业课《数据结构》为例来阐明如何实施课程思政。数据结构作为计算机专业课中的重中之重，对于培养优秀的专业人才起到举足轻重的作用，围绕着数据结构课程的教学目标，可以从如下的两个方面来进行思政教育：（a）在理论教学方面，深入梳理和分析课程内容的内涵，挖掘出课程内容所蕴含的社会背景与价值，在知识点讲授的过程中，采用任务驱动、问题导向等教学方法，找到数据结构课程中思政元素的切入点，探寻思政元素嵌入的途径，实现专业知识传授与思政教育的深度融合。例如，以数据结构课程中最短路径的教学为例，可以引入如下的思政元素：在课堂上首先探讨最短路径问题的背景，将其与国家大力建设的城市规划、交通、航空网的调度等问题结合起来，介绍国家在解决这些问题上所取得的建设成果，增强学生的自豪感和爱国之心，激发学生的学习兴趣和学以报国的责任心;（b）在实践教学方面，以解决实际问题为中心，开展基于项目实践的工程式教学，并辅以企业级的实训，打破课本中理论知识与实践应用之间的隔阂，让学生真正体会到学以致用。此外，通过工程式的教学，还可以培养学生的团队协作意识，引导学生建立起积极正确的价值观和良好的工程素养，实现潜移默化、润物无声的育人效果。

2.3 面向多角度的创新能力提升

计算机专业的发展具有与时俱进的特点，计算机技术的革新也是日新月异。因此加强学生创新能力的培养对于计算机专业来说至关重要[12]。在当前的新工科背景下，培养出具有较强创新能力和学习能力、能够系统地掌握计算机专业的基础知识和专业技能、具备解决各种计算问题的能力的人才，是创新性人才培养的主要目标。为此，可以从以下三个方面来实施：（a）以加强学生专业素养为核心的知识体系重构。随着大数据时代和人工智能时代的到来，计算机专业的知识体系广度和深度已经难以满足当前要求。例如，深度学习技术与高等数学、线性代数和概率统计等数学课程密切相关，然而现有的数学课程教学内容无法为深度学习的学习提供有效支撑，严重地影响了学生创新能力的培养。因此，对现有的计算机专业课程进行知识体系进行重构势在必行。具体而言，需要进一步重视数理基础课程，以数据结构、人工智能、数据挖掘、机器学习等课程为知识内核，构建出教与学的知识体系。同时，在构建知识体系的过程中，紧紧围绕着培养学生的创新能力这一目标来选择、整合和组建课程群，激发学生学习专业知识的主观能动性，养成有效的创新思维。（b）开展科研训练。从大一开始，根据学生的自我意愿和兴趣，引导学生参与到本专业教师的科研工作中来，进而分阶段地开展科研实践。大一时期，要求学生打好专业基础，养成独立思考和自主学习的习惯;大二时期，要求学生广泛地阅读专业文献，找到自己感兴趣的研究问题，完成选题;大三时期，要求学生在学好专业课程、修获所需学分的基础之上，对研究问题进行深入思考、与老师反复讨论，然后提出自己的解决方案，并通过实验进行验证，最后完成科研论文的撰写。 （c）以专业前沿为导向的创新视野拓展。首先，通过参与学术讲座、科技论坛、高新技术产业参观等形式，让学生了解计算机技术发展的前沿动态;其次，可以通过与国内的双一流高校之间开展交流合作，以“夏令营”或研修班的形式，让学生有机会参与到高水平的科研项目或课程学习中去，熟悉不同高校文化背景下的学习、科研新模式，拓宽学生的视野，增强学生的思辨能力。

2.4 采取措施对教师进行合理评价和激励

目前，各大学在教师评价上，教学和科研并不相称，教学在教师评价和激励上处于弱势地位。项目将从如下方面进行改革：

（1） 将教学成果对接到学院/学校考评体系。经过反复研究，我们发现，在学院的整体建设评价过程中，教学平台、教学成果、精品课堂、教学名师、精品教材/论文、精品学生是重要指标。为此，学院应该在“十四五”期间在全院在岗教师中重点培育一批教学成果。具体思路为：在“十四五”期间，重点培育打造教学成果的“六个精品”：精品平台、精品教学成果、精品课堂、精品教师、 精品教材/论文、精品学生。“六个精品”打造，突出重点，考虑先后，政策扶持，激励为主。

（2） 将“六个精品”评价体系与科研打通。如图1 所示：①精品平台主要包括教育部认定的专业工程认证，国家级、省级特色专业，国家级、省级专业综合改革项目结题，国家级、省级实验教学示范中心，国家人才培养模式创新实验区，国家级大学生校外实践教育基地，省级校企联合人才培养示范基地等称号;②精品教学成果主要包括国家级教学成果奖、省级教学成果奖等;③精品课堂主要包括国家级、省级、校级开放式精品示范课堂，国家级、省级、校级精品资源共享课程，国家级、省级、校级精品视频公开课程，国家级、省级、校级双语示范课堂等;④精品教师主要包括国家、省级教学团队，国家级、省级教学名师等;⑤精品教材/论文主要包括国家级、省级规划教材，国家级、省级优秀教材，在SCI、SSCI、CSCD、CSSCI 期刊发表高水平教改论文等;⑥精品学生主要包括指导本科生为第一作者发表高水平论文;取得国际、国家顶级竞赛奖励等。