大學計算機學科創新人才培養

1 前言

2006年，教育部周濟部長在“第三屆中外大學校長論壇上”所作的題為：“創新與高水平大學建設”的講演中指出：“中國高等教育目前面臨的歷史任務，就是要以強烈的創新精神推動大學建設的各個方面和主要環節，以培養創新型人才和推進高水平科技創新為高水平大學的主要任務，把增強創新精神、提高創新能力作為高水平大學建設的工作主線，努力成為創新型 國家建設中的基礎和引領力量，積極為創新型國家建設服務[1]。這就旗幟鮮明地把創新問題提到了中國高等教育目前面臨的歷史任務的高度。

計算機學科是一個由多種技術交織形成和發展起來的學科，是一門技術性和實踐性都很強的學科。計算機學科中盡管也涉及各種理論，但它又有別于自然科學領域中那些以奠基理論為基礎發展起來的理論學科。另一方面，計算機學科又是半個多世紀以來發展最快，對人類經濟、科學和政治已經產生并將繼續產生重大影響的學科。因此，如何培養計算機學科創新性人才直接關系到社會發展，在培養方法上既與其他學科創新性人才培養具有共性，又有其特殊性。

近年來，西南交通大學信息與科學技術學院在有關計算機學科技術創新人才的培養問題上進行了部分探索，在如何從教學思想、課群設置、教材編寫、教學方法、教師隊伍建設、實驗環境建設全方位地瞄準創新人才培養問題，進行了初步嘗試，筆者愿借此機會將我們的部分體會與同行進行交流，希望達到拋磚引玉的目的。

2 培養創新性人才首先需要一支具有創新思想的教師隊伍

我國古代的思想家韓愈曾經說過：“師者，傳道、授業、解惑也”。“傳道”就是要講思想方法、分析和解決問題的方法；既要善于積極理解現有的書本知識和技術，也要善于逆向思維，反過來問問“難道非如此不可？” 養成“挑毛病的習慣，找到現有書本和技術中的不足或改進辦法，這就是創新思維。如果教師僅僅停留在“授業”上，照本宣科或僅會按照書本“積極理解”和解釋，而不去分析技術產生的歷史條件和基礎，全盤接受現有的技術，則既不能全面深刻地理解相關技術的內涵，也制約了創新思維。在“解惑”的問題上，任何一個教師都很難做到能回答學生提出的所有問題，因此，必須做到實事求是和教學相長。

耶魯大學校長理查德·萊文教授在“第三屆中外大學校長論壇上”講話[2]中認為：制約學生創新能力發展的主要因素應該是教學方法的問題，不同的教學方法取得的效果大不一樣。教學中不給學生特定內容，而是培養他們獨立思考、批判思維的能力，嚴密分析的能力，從不同視角看問題的能力，這種教育對社會的貢獻是最大的。而先進的教學方法，只有靠具有創新性的教師隊伍來實踐。

近年來，我院開始在部分課程授課中探討“課堂教學以講述基本概念和技術思路為主，指導學生課外如何閱讀教材和相關閱讀資料，強化學生自學能力”的教學方法。教師根據自身對該領域的理解，有針對性地提出思考題引導學生從正反兩個方面去思考問題。例如，在計算機網絡課程的教學中，在講述OSI/RM所描述的網絡體系結構時，我們沒有按照規劃教材直接介紹該體系結構模型的方法，而是以計算機信息交換的實例，通過改變通信條件逐步地引導學生去思考問題，分析在不同條件下對網絡功能的需要，從而導出了OSI/RM的7層結構。教學效果表明，這樣的教學方法學生容易理解抽象的OSI/RM，而且很難忘記。

在討論OSI/RM中的中間、中繼系統時，我們一方面按照規劃教材正面介紹了OSI/RM和Internet所描述的三層的結構，另一方面又以路由器為實例，告訴同學路由器中實際上有應用層的協議(如RIP、BGP和SNMP)，它們需要利用傳送層協議(TCP或UDP)，啟發同學去思考如何解決這一矛盾。這實際上是現有所有教科書都回避了的問題，也是許多學生在接觸到路由器產品實際時，都感到困惑的問題，反過來也說明現有的模型存在未能資源其所的問題。盡管同學們反饋的思考不盡人意，但在后續的課程中，我們通過從新定義“帶外信令控制”的概念，將用戶數據傳輸平臺與控制管理信息傳輸平臺相分離，從而將路由器描述為由三層用戶數據傳輸與交換平臺和包括應用層在內的控制管理平臺共同組成的設備。這一教學思路和方法實際上挑戰了經典的網絡模型OSI/RM，指出了它的不足和需要提出更完整的描述模型[3]。

創新型教師隊伍的建設必須科研與教學并重，對教師隊伍的考核要科研與教學并重[4]。近年來，我院在考核教師隊伍的問題上一直采用聘任合同制，合同中明確雙方的責、權、利，每年針對合同界定的教師責任(科研、論文、教學、學生指導等)進行考核，不合格的可以警告或解聘。實踐表明：凡是科研工作較好的教師，往往能夠結合前沿研究，給學生提供較好的創新思路和創新環境，有利于促進教學工作。

為了加強教師隊伍的建設，培養教師自身的創新精神，學院鼓勵教師在職攻博，希望通過博士研究生階段的創新學習和研究過程來提高教師的創新能力。正因為如此，我院十多名教師已經或即將獲得博士學位。實踐表明：經歷過博士研究生學習階段的中青年教師，已經初步養成了創新思維習慣，能夠在教學工作中主動啟發和培養學生創新能力，加強了我院培養創新人才的隊伍。我們采取的另一個舉措是“以老帶新(老教師示范和聽課)和舉行青年教師講課大賽”，不斷提高青年教師的講課能力。幾年的教學實踐表明：我們在加強教師自身創新能力和教學方法的創新方面收到了一定的效果，也使我們更加深刻地認識到建立一支具有創新意識和能力的教師隊伍，對于培養創新人才的重要性。

3 以創建特色專業和精品課程為龍頭帶動教學改革與創新

在本科生培養中，我們堅持了“寬專業、厚基礎、重能力、高素質”的原則，專業辦學上強調較強的基礎理論教學，注重實施素質教育、加強實踐環節、突出創新能力和計算機系統的開發與應用能力的培養；針對學院的學科專業領域覆蓋面廣的特點(涵蓋計算機科學技術、通信技術、交通控制與信息技術、電子技術等)，加強各學科專業的融合；注重教學、科研和學科建設互相滲透，本科教育與研究生培養互相銜接，形成了厚基礎、寬專業的創新人才培養特色，使培養的學生既具備電子信息大類的寬專業基礎知識，又具有計算機相關專業的專門知識和實踐技能。

在具體的舉措上，我們以省級特色專業和省級精品課程建設為龍頭，在課程設置和課群建設方面進行了有益的探索，先后打造了四川省計算機科學技術特色專業、計算機組成原理和計算機網絡省級精品課程以及“操作系統”、“數據結構”和“微機與接口技術”校級精品課程。

在課程設置上，根據我院計算機專業的劃分和歷年教學的經驗和對市場人才需求的調查，我們制定了“基礎課群”和“專業套餐”相結合的課程框架。在第一、二年的基礎課群中，為了使學生盡快了解所學專業的內涵，提高學生的專業興趣，為后期的專業學習奠定良好的基礎，我們還為不同的專業增加“專業概論”課程。我們的專業套餐由專業課程和模塊化的實驗序列組成，包括個性化實驗和創新性實驗。

專業套餐是為我院設置的相關專業而設計的。例如，我校2002年增設了“網絡工程專業”，當時也曾把專業培養目標確定為培養網絡工程分析、設計和實施的工程技術人員。進一步的市場人才需求調查使我們意識到：作為重點本科的專業以建網技術為培養目標專業內容過窄，混同于職業技術教育，不利于培養學生扎實的專業技術基礎，也不利于學生就業與發展。事實上，2005年國內已經開始出現“網絡工程”建設人才過剩、就業率低于其他專業的情況。我校及時地調整了培養目標，在無法更改專業名稱的情況下，將網絡工程專業的內涵實際上拓寬為“計算機網絡專業”，即通過計算機網絡技術基礎和技能的培養，使畢業生能夠適應與計算機網絡技術相關的開發工作、網絡工程分析與設計、網絡應用系統開發與系統集成工作的需要，部分學生通過自學或深造能夠成為從事本專業及相關專業的科學研究工作的人才。為此，我們為網絡工程專業設計的套餐包括：計算機網絡(專業基礎課)、網絡安全(專業課)、網絡編程(理論與實踐相結合的專業課)、網絡工程和網絡實驗系列課(為套餐服務的綜合實驗)。在網絡工程課的教學中，針對現有網絡工程缺少理論的規范的現狀，以我們提出的“網絡工程大、小生命周期”概念為主線索，講授網絡工程各生命周期的技術內涵、技術與管理規范，培養學生的網絡工程分析、設計與實施能力。根據2005年美國勞工部統計局關于未來10年信息學科人才需求中，網絡系統分析與測試人員的增長量排名第二的預測，我們及時增設了“網絡系統分析、測試與評價”課，其目的在于培養學生對網絡系統性能分析、測試技術和評價的能力，使學生能夠適應未來網絡技術開發、評價與維護的能力。為了啟發學生的創新能力，在專業套餐中還增設了“前沿技術講座”，作為必修課，以我校在本世紀之初開始的對下一代Internet體系結構研究為背景，向學生分析了當時十分熱門的IPv6不能解決Internet所面臨的挑戰道理，指出必須重新審視網絡體系結構，研究新的網絡體系結構。當2006年，美國的全球網絡創新環境(GENI)公開提出：“有30年歷史的Internet體系結構已經制約了‘應對Internet所面臨的挑戰’和‘抓住可能的機遇’……，應當從概念上重新構建層次清晰(Clean slate)的Internet體系結構”[5]時，大大激發了學生參與創新研究的熱情。近年來，先后有近20名本科畢業設計選擇了相關的研究，部分學生的碩士與博士研究工作繼續從事相關研究。

為了配合教學，學院先后組織有經驗的教師編寫教材13本，在編教材5本(包括2本“十一五”規劃教材)，在教材編寫思路上強調了創新的特色。例如與清華大學出版社簽訂的《現代網絡通信技術教程》就是根據我校多年的教學經驗，針對現有教材中存在的問題，以“基(本概念)、通(新技術)、體(系結構)、帶(外信令)和協(議)”5字為代表的新型計算機網絡教材的嘗試。

4 加強能力培養，大力度地營造創新實踐環境

計算機學科的實踐性要求強化對學生的素質培養和能力培養，這就需要建設良好的實驗環境和在實驗中加大創新實驗的力度。我們在建設計算機科學與技術特色專業與精品課程的過程中，充分利用了323實驗室經費創新實驗經費，在已有的計算機硬件設計制作工程實踐中心的基礎上，新近形成了本科“嵌入式實驗”、“游戲與人機交互系統實驗”、“網絡綜合實驗”和“數據倉庫與數據挖掘實驗”四個實驗平臺和環境。為了培養學生實驗創新能力，從2004年開始，四川省網絡通信技術重點實驗室和交通信息工程與控制重點實驗室向本科生開放，結合本科實驗室建設，先后為本科生開設了近百個創新性實驗和接納了近百名本科生的畢業設計，使本科生能夠接觸前沿的研究工作。其中有三分之一參與創新實驗的本科生在不同級別的雜志上發表了學術論文。在學院建設的四大實驗平臺的基礎上，我們還專門構建了創新實驗實驗室，結合研究型實驗室的條件，每年開設創新實驗，2007年開設的20多項創新實驗中，在圖像處理、數據挖掘和下一代網絡體系結構的研究中，同學們都取得了不同程度上創新性成果。

專業學科競賽不僅能夠培養學生敢于創新的意識、激發創新的思維，而且有利于培養學生理解與應變等創新能力，還能夠引導學生在自學進取中培養自信，在戰勝挫折中培養意志和在對待名利中樹立正確人生觀，塑造創新人格[6]。近年來，我院加大了組織和參加國際國內各種專業學科競賽的力度。近五年來培養的學生在電子設計大賽中獲得80余項各類獎項，其中多項國家級一、二等獎。由楊斌老師指導的我院參賽隊2006年暑期獲英特爾杯大學生電子設計競賽嵌入式系統專題邀請賽最高榮譽獎——“英特爾杯”獎。

5 結束語

近年來，西南交通大學信息科學與技術學院在培養創新人才方面進行一些有益的探索，我們的體會是要培養創新人才，首先必須有創新的教師隊伍，采用創新的教學方法。我們的實踐表明：以創建特色專業和精品課程帶動創新人才培養和強化創新實踐環境的兩大舉措對于培養創新人才是一種成功的嘗試。應當指出：我們的探索還僅僅是初步的，培養創新人才是我校長期的戰略目標，路漫漫其修遠兮，我們將繼續上下求索。

參考文獻

[1] 教育部部長周濟.創新與高水平大學建設.第三屆中外大學校長論壇上的演講，2006，7.

http://www.moe.edu.cn/edoas/website18/info23524.htm

[2] 耶魯大學校長理查德.萊文在第三屆中外大學校長論壇上的演講.教學方法影響創新能力培養[N].《中國教育報》，2006，7.

[3] 曾華燊，竇軍，張新有.計算機網絡課程教學與教材問題初探[N].《中國教育學報》，2007，(11).

[4] 加拿大加拿大阿爾伯塔大學名譽校長羅德里克·弗雷澤.大學教師考核要教學科研并重[N].《中國教育報》，2006，7.

[5] Frequently Asked Questions， http://www.geni.org， 2006.

[6] 周興社，樊曉椏.創新型計算機人才培養的探索與實踐[J].計算機教育，2007，(3)：10-11.