計算機科學與技術專業學生系統能力培養研究

重慶理工大學計算機科學與工程學院 張金榮 黃賢英 楊宏雨 劉恒洋

重慶理工大學計算機科學與技術專業1999年經教育部批準設立，2008年，“計算機科學與技術專業主干課程教學團隊”被評為重慶市優秀教學團隊。2010年，被評為國家級特色專業。2011年，計算機類專業分層分類人才培養模式創新實驗區建成為重慶市人才培養模式創新實驗區。2011年，實施校級“卓越工程師”教育培養計劃，按照工程認證要求修訂人才培養方案和大綱。2014年成為重慶市“三特行動計劃”特色專業。

專業定位：把本專業建設成西部一流、具有較強區域性示范輻射作用和廣泛影響的特色品牌專業，為地方經濟建設培養具有創新意識和國際視野的高素質工程應用型人才。

一、專業發展的瓶頸

隨著IT 產業成為重慶市第一支柱產業，本專業圍繞重慶地方經濟建設和社會發展的需要，與國內外IT 企業和各類具有信息技術需求的企業、政府相關部門緊密合作，不斷完善和優化人才培養模式和人才培養方案，使本專業在計算機科學與技術領域，特別是在移動互聯、大數據和智能感知等方向上具有一定特色和優勢，但發展也面臨一些瓶頸。

最近幾年，計算機專業辦學同質化問題比較突出，缺乏特色。全國90%以上的高校都設置了計算機科學與技術專業，培養方案大同小異，作為一所地方普通高校，辦出自身的特色成為困擾專業發展的一個大問題。

因此，傳統的計算機專業人才培養方案已經不能適應潮流的發展，不應再著眼于計算機技術的某個點，如軟件開發，或者是移動開發技術，而是強調整體的、系統的原理與架構。必須構造能夠使學生站在系統的高度進行軟硬件系統集成和認知的人才培養模式和方案。

計算機專業由計算機技術發展為計算機、通信和控制的融合性技術，將來必然是計算機控制下的物聯世界，是大數據和移動計算的智能互聯。計算機科學主要研究的應該是計算機系統各個不同抽象層的實現及其相互轉換的機制，故如何提高計算機專業學生的計算機系統能力是我們急需要解決的一個問題。

二、系統能力培養的基本思路

目前本專業的培養方案中，計算機科學與技術專業分為嵌入式系統和應用軟件開發兩個方向，人為地割裂了軟件系統和硬件系統能力培養，也阻斷了計算思維和計算機思維的發展，最終使得學生在創新創造能力上有局限。

基本思路為：計算機專業學生的系統能力核心是在掌握計算系統基本原理基礎上，熟悉如何進一步開發構建以計算技術為核心的應用系統，創新型應用計算機人才的培養應該在系統綜合能力上形成系統觀，因此，把系統能力的培養放在首要位置，不再區分軟件方向和硬件方向。圖1給出了系統觀培養的關系示意圖。

圖1 計算機專業系統觀的培養

培養系統地掌握計算機基礎理論與基本技能、具有較強的計算機系統理解和分析能力、能夠承擔軟硬件系統開發和管理工作的、具有高度社會責任心和國際化視野的、個性與人格健全的創新型計算機應用人才。

三、系統觀培養的主要措施

系統觀的培養是計算機專業教育過程中，解決諸如“計算機本科專業學生硬件的設計能力不如電子工程專業、行業軟件開發以及應用能力等不如其他相關專業學生、而且數學理論基礎又不如數學系”等專業重疊和邊緣化問題的重要突破點，也是解決計算機思維缺乏這個短板的關鍵。只有具有了系統觀，站在系統的高度考慮和解決問題，學生才能在創新創造能力上有所展現。

1.要培養具有系統觀能力的人才，首先我們必須進行系統的頂層設計，通盤考量，實施綜合改革。

實施過程中，必須注意要繼承經實踐證明是優良的東西，例如，“卓越工程師”和“國家特色專業”兩大主題，然后才是在此基礎上的教學內容改革、教學形式改革、教學環節改革等發展創新的東西，各個部分是一個有機整體，不能片面也不能割裂。

2.在吸收國家級特色專業建設、卓越工程師建設的成果基礎上，構建面向產業需求的“系統+應用”課程體系。

高素質應用型人才要有一定的知識廣度和深度，二者之間要平衡。我校計算機專業畢業的學生以后主要從事計算機軟件、硬件的開發以及應用研究工作。因此，在了解計算機系統的基礎理論知識，除了必修的數學、外語等公共基礎課外，要保證計算機組成原理、操作系統、數據庫原理、編譯原理等以傳授知識為目的的學科核心課程的一定學時的基礎上，還需要更多注重系統（軟硬件）的理解和認識。

3.系統能力基于計算機思維，計算機思維要求首先掌握計算思維。對計算機專業學生來說，計算思維必需，但遠遠不夠，要“知其然并知其所以然”，必須用計算機思維分析和解決問題。

計算思維是從計算機學科中提煉出來的一種“普適”思維方式，是抽象的邏輯解決問題的方法，可以面向所有人、所有領域，可以無需深入了解計算機系統。計算機思維是從計算機角度出發來分析問題和解決問題的方法，是針對計算機的具體方式，取決于對計算機系統有多了解，“知其然并知其所以然”。例如，x*x，從計算思維的維度看，應該是大于等于0 的，但從計算機的角度看，可能小于0。再如，從計算機思維看，(x+y)+z不一定等于x+(y+z)。

一是按計算思維表述體系的某些知識點串成主線來編寫教材，按此講解培訓，過程中計算機應用作配角，計算機課程教學圍繞著計算思維能力培養的目標旋轉。

二是計算思維表述體系中的某些知識點按計算機相應課程自身的教學需要進行重組，在實現計算機面向應用能力教學的過程中，潛移默化地實現計算思維培養的目標。在此過程中計算機應用能力教學為主體。

三是按計算機相應課程本身規律教學，讓學生領略計算機思維的風采，從而也達到了培養計算機思維能力的目的。

4.實現系統能力培養，強化各個知識點的原理性認知和貫通性案例式教學是關鍵，強化工程訓練是根本。

將四年的本科教育分為三個階段。第一階段進行公共基礎教育和學科基礎教育，累計約2年時間；第二階段進行專業教育和特色教育，進行工程能力和工程素質提升，累計約1年時間，通過工程案例訓練與實踐、由學校模擬企業環境完成，校內培養，企業參與；第三階段進行專業拓展教育，工程實踐，校企聯合培養，累計約1年時間，企業提供實習環境和工程項目，以項目實戰為主,在崗實習，并完成畢業設計和論文。

5.建設面向系統能力培養的學科綜合實踐平臺，全方位提升多類型、多層次的項目驅動型實踐教學體系。

該平臺推行模塊式、組合式、系列化課程方案，本著開放共享、可擴展、先原則，整合學科內各項教學資源，重點建設與課程體系相匹配的的教學案例庫。特別是在 “機器人”（特定應用領域的軟硬件工程方法）和“移動互聯”（新一代計算機技術、軟件技術和網絡通信技術）兩個面向應用的領域上著重進行打造錘煉，形成兩個分別以硬件系統和軟件系統應用為主的綜合應用型案例群。

在機器人領域，可以拓展派生出諸如機器人驅動控制、傳感器應用、視覺識別等應用方向；而在移動互聯領域，可以拓展派生出諸如網絡工程、通信原理、計算機開發語言、移動應用開發（如iPhone 和Android）等方向。圍繞這兩個領域形成兩個大型可操作性案例。這些領域或方向技術性強、實用性高，完全能夠滿足“厚基礎寬口徑”的要求。

四、結束語

通過人才培養模式和課程體系等方面地提升，有效提高計算機專業學生的計算思維與計算機思維能力，從系統觀出發，有意識地培養學生的系統層面的認知和各種能力，借助實踐教學平臺，在教師的指導下完成項目，有自主思想，能夠針對實際應用進行思維拓展，使得學生能夠站在系統的高度考慮和解決問題。這樣才能夠培養出具有系統觀的軟、硬件貫通的以及能夠舉一反三的創新型人才。