創(chuàng)新驅(qū)動下計算機卓越人才培養(yǎng)新模式探索

趙建洋,胡榮林,丁衛(wèi)紅,黃明亮,于振洋,高尚兵

(淮陰工學院 計算機與軟件工程學院, 江蘇 淮安 223003)

2017年1月,國務(wù)院印發(fā)《國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》,指出創(chuàng)新驅(qū)動就是創(chuàng)新成為引領(lǐng)發(fā)展的第一動力。同年7月,國務(wù)院又印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》,更是強調(diào)人工智能成為國際競爭的新焦點、經(jīng)濟發(fā)展的新引擎、社會建設(shè)的新機遇。國務(wù)院文件的精神落實到高校計算機類專業(yè),應(yīng)在當前互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等技術(shù)快速發(fā)展并深刻改變?nèi)祟惿鐣谋尘跋?培養(yǎng)高素質(zhì)計算機專門人才。但事實情況是高校培養(yǎng)的計算機專業(yè)人才與社會需求還有一定的差距,學生的工程實踐能力還不能完全達到直接參與企業(yè)實際工程項目的要求、創(chuàng)新能力還不能完全與創(chuàng)新型社會相適應(yīng)等。各高校正在深化教學改革,以改變這種現(xiàn)狀,我校也在不斷努力。

2012年,我校計算機科學與技術(shù)專業(yè)獲批教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”。該計劃以社會需求為導(dǎo)向,以實際工程為背景,以工程技術(shù)為主線,培養(yǎng)創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才。2015年該專業(yè)又獲得了江蘇省A類品牌專業(yè)資助。品牌專業(yè)建設(shè)和卓越計劃的實施都是把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育納入專業(yè)教育和文化素質(zhì)教育教學計劃和學分體系,創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類課程的設(shè)置要與專業(yè)課程體系有機融合,要加強創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)師資隊伍建設(shè),鼓勵教師參與行業(yè)、企業(yè)、科研院所的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目研究與實踐,提高自身的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力[1-3]。

1 創(chuàng)新計算機類專業(yè)實踐教學新模式

諾貝爾文學獎得主法國文學家法朗士說過:“教學的全部藝術(shù),就是喚起年輕心靈天然好奇心的藝術(shù),它的目的是為了讓這種好奇心得到滿足。”信息技術(shù)的最新發(fā)展蘊含著豐富的未知與探究,互聯(lián)網(wǎng)+、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等豐富而又嶄新的內(nèi)容理應(yīng)逐步引進教學內(nèi)容,這是社會急需,應(yīng)找到適合的載體來引起學生的興趣,這也是制訂創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)方案重點考慮的因素。

計算機類專業(yè)培養(yǎng)新模式基本原則是:既體現(xiàn)“專業(yè)體系”,又要強化創(chuàng)新需求。幾年來,我們探索并實踐“拓展內(nèi)涵,融合創(chuàng)新”的計算機創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)新模式,如圖1所示。

圖1 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)新模式

傳統(tǒng)計算機教育主要以基礎(chǔ)知識、專業(yè)基礎(chǔ)為主,輔以部分專業(yè)能力培養(yǎng),呈現(xiàn)橢圓形,其特征是4年中進口和出口都很窄。我校的改革是將教育模式由原來的橢圓形結(jié)構(gòu)改造成扇形結(jié)構(gòu)。主要思想是擴大創(chuàng)新教育的范圍與內(nèi)容,圍繞行業(yè)需求增加企業(yè)項目開發(fā)。同時大量增加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育內(nèi)容,利用多種創(chuàng)客項目吸引學生參與。在提高學生的學習主動性、積極性的同時,也為教師的教學科研增加了新途徑。扇形結(jié)構(gòu)與橢圓形結(jié)構(gòu)相比,最明顯優(yōu)勢在于出口寬泛。學校的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育增加了學生對專業(yè)的認同感,對未來長期開展專業(yè)性、創(chuàng)造性工作具有穩(wěn)定作用[4-7]。專業(yè)也就實現(xiàn)了留住學生、吸引優(yōu)質(zhì)生源的目標。扇形結(jié)構(gòu)另一個優(yōu)勢在于隨著大量創(chuàng)客項目的深入開展,項目的主體正逐步由教師向?qū)W生轉(zhuǎn)移,創(chuàng)新式教學工作變得有趣而又有獲得感。

2 構(gòu)建計算機類專業(yè)人才培養(yǎng)課程新體系

本科人才培養(yǎng)的底線就是本科專業(yè)體系,它不僅是高等教育的基本職責,也是進行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的基礎(chǔ)[8-9]。應(yīng)用型計算機類專業(yè)人才培養(yǎng)的核心目標是:讓學生在掌握計算系統(tǒng)基本原理的基礎(chǔ)上,熟悉項目開發(fā)方法、構(gòu)建以計算機技術(shù)為核心的應(yīng)用系統(tǒng)。這需要學生更多地掌握計算機系統(tǒng)內(nèi)部各軟件/硬件關(guān)聯(lián)關(guān)系與邏輯層次,能夠站在計算機類專業(yè)系統(tǒng)的角度分析和解決問題,即具備系統(tǒng)能力。為此,在立足計算機系統(tǒng)本身基礎(chǔ)上,把計算機卓越人才的能力培養(yǎng)細化到不同的課程中。以突出系統(tǒng)能力培養(yǎng)的課程體系構(gòu)成了計算機類專業(yè)卓越人才培養(yǎng)的基本框架。

如圖2所示,把課程按照在計算機系統(tǒng)中所處的層次進行劃分,確立知識基礎(chǔ)、專業(yè)基礎(chǔ)、專業(yè)能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)逐步提升的4個層次的創(chuàng)新驅(qū)動模式下的課程體系,該體系遵循“基礎(chǔ)扎實、多元協(xié)同、實踐強化、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”的理念。以建設(shè)江蘇省A類品牌專業(yè)、實施卓越工程師計劃為契機,結(jié)合地方經(jīng)濟建設(shè)和信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展對計算機人才的需求,通過重構(gòu)教學體系提升學生專業(yè)核心能力；通過構(gòu)建由企業(yè)工程師主導(dǎo),學生、教師和企業(yè)工程師組成的實訓(xùn)項目能夠提升學生的專業(yè)開發(fā)能力；通過建立由學生主導(dǎo)、教師指導(dǎo)的協(xié)同創(chuàng)客空間,圍繞機器人、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等社會急需的項目,開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)服務(wù),著力提升學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力[10-12]。經(jīng)過幾年的教育，我校學生大都擁有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的基本素質(zhì)，甚至創(chuàng)業(yè)項目。

“知識基礎(chǔ)”是數(shù)學、物理、英語等大類基礎(chǔ),而作為專業(yè)體系能力培養(yǎng)主要是“專業(yè)基礎(chǔ)”。在“專業(yè)基礎(chǔ)”層次確定3個核心課程群:硬件課程群由計算機組成原理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多核并行處理構(gòu)成；網(wǎng)絡(luò)課程群由計算機網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)構(gòu)成；程序設(shè)計課程群由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 編譯原理、程序設(shè)計、軟件工程構(gòu)成。核心課程群覆蓋了計算機系統(tǒng)中硬件層、操作系統(tǒng)層、程序設(shè)計層等主要知識領(lǐng)域。以課程團隊融合、串聯(lián)教學為有機模塊帶動其他課程,達到強化學生系統(tǒng)能力培養(yǎng)的目的。

圖2 創(chuàng)新驅(qū)動計算機人才培養(yǎng)課程新體系

項目驅(qū)動式“專業(yè)能力”與“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”教育是這個課程體系的主要特色。針對計算機科學與技術(shù)、軟件工程、物聯(lián)網(wǎng)工程、網(wǎng)絡(luò)工程4個專業(yè)開展大類招生,實行團隊化項目式教育。首先是深化校企合作,與中新、中印、微軟公司、中興通訊、東軟公司、時代達內(nèi)等公司進行深度融合,聯(lián)合制定9套個性化培養(yǎng)方案,開展為期8～15周的企業(yè)項目開發(fā)；其次,通過新建10個創(chuàng)客空間,面積600多m2,設(shè)立創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基金,征集企業(yè)項目,開展團隊化組織,大多數(shù)本科生均能在課余時間進入實驗室,充分調(diào)動了學生學習的積極性,激發(fā)學生的探究熱情,通過不斷地參加競賽、組織講評、參觀演示,提升了學生的專業(yè)綜合素質(zhì)。

3 開展融合企業(yè)項目驅(qū)動式的專業(yè)能力培養(yǎng)

專業(yè)教育和培養(yǎng)是計算機類專業(yè)卓越人才培養(yǎng)的根本,是其他教育實踐的前提和基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上融合創(chuàng)新能力和創(chuàng)業(yè)意識教育,才能為學生的持續(xù)發(fā)展提供有力的內(nèi)涵式發(fā)展保障。校企融合項目驅(qū)動的專業(yè)培養(yǎng)體系,將學生培養(yǎng)成為一個始于大學和專業(yè)的、終身學習和成長的過程讓學生在深厚的專業(yè)理論基礎(chǔ)之上,具有較強的工程實踐能力。蘇霍姆林斯基說:“不要把學習局限在教室的四堵墻壁里,不要機械地把事實和規(guī)則從教師的頭腦里搬運到學生的頭腦里。用形象的話來比喻:在教室的旁邊,還應(yīng)當有一塊園地,讓學生在那里從事智慧的、被某種思考所鼓舞的勞動。這塊田地可以是很小的,哪怕是裝著泥土的一個小箱子也行。最主要的是:要讓學生能夠同時看見、觀察和動手。哪里能做到這3點,哪里就有生動的思考,使智慧得到鍛煉。”

專業(yè)能力是在專業(yè)基礎(chǔ)以上強化專業(yè)解決實際問題的應(yīng)用能力。在“專業(yè)能力”層次上突破傳統(tǒng)課程教學模式,采用項目驅(qū)動強化專業(yè)團隊指導(dǎo)的教學模式,將本校教師、校外導(dǎo)師與企業(yè)工程師28人混合組織7個指導(dǎo)團隊,與6家企業(yè)開展實質(zhì)性合作,對15個班級的學生開展為期8～12周的專業(yè)綜合能力實訓(xùn)。內(nèi)容包括當前軟件服務(wù)外包領(lǐng)域?qū)ava、Android、iOS、Web需求,工業(yè)領(lǐng)域?qū)?net、SOA、機器人編程等軟硬開發(fā)與測試領(lǐng)域的人才需求。根據(jù)團隊特長獨立編制項目開發(fā)計劃書,自成一體,各負其責。成立由外教和國內(nèi)企業(yè)教師6人組成的實訓(xùn)組,包括英國Amir博士、印度Akash和企業(yè)經(jīng)驗豐富的工程師(博士)結(jié)合最新機器人編程、SOA開發(fā)技術(shù)進行云平臺環(huán)境的實訓(xùn)。引入了30門“扣丁課堂”、ITBegain、TMOOC等IT領(lǐng)域?qū)I(yè)在線課程資源,作為學生自學的必要補充。在學生項目開發(fā)期間,教師全程輔導(dǎo),做成了一批軟件、硬件成果,通過學院大樓走道的120塊展板進行展示,各樓層的大屏循環(huán)播出。目前,已有5個系統(tǒng)得到推廣應(yīng)用。這些具有持續(xù)獲得感的成就既是對學生本人的鼓勵,又影響著下一屆學生,成形了良性循環(huán)。

專業(yè)能力的培養(yǎng)伴隨著個性化學分管理。考慮學生的特長和興趣因材施教，在人才培養(yǎng)方案中設(shè)置了30～40個個性化學分供學生選擇,從大類分流、企業(yè)工程項目、創(chuàng)客空間項目都可能根據(jù)不同時期、是否考研、個人興趣、就業(yè)去向等個人因素權(quán)衡選擇。

此外,項目驅(qū)動教學還提高了學生的項目管理水平、溝通交流能力、技術(shù)攻關(guān)經(jīng)驗、團隊協(xié)作精神。專業(yè)能力的培養(yǎng)也為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供具體實踐指導(dǎo),為學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供實施平臺、管理輔導(dǎo)、企業(yè)人才培養(yǎng)等多角度的輔助,使創(chuàng)業(yè)項目轉(zhuǎn)化為新的企業(yè)項目,又從新的企業(yè)中派生出新的創(chuàng)新項目。

4 廣開協(xié)同創(chuàng)客空間

現(xiàn)實大學教育影響學生學習動力的3種辦法,即志向教育、競爭性考試制度和興趣至上都不理想,致使密集投入教育資源事倍功半。具有專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)能力的學生需要有自己的、能夠?qū)崿F(xiàn)個人想法的創(chuàng)客空間。教育家蘇霍姆林斯基說過:“人們的心靈深處都有一種根深蒂固的需要,這就是希望感到自己是一個發(fā)現(xiàn)者,研究者,探索者”。我們建立工程師、教師、學生混合式協(xié)同創(chuàng)客平臺的目的就是提供探究式學習空間。這種創(chuàng)客空間是一種喚起學生深層需要的教學方式,是一種很適合計算機專業(yè)學生的課外探究式學習的形式,是在學習中創(chuàng)設(shè)一種類似于學術(shù)研究的情境。通過學生自主、獨立地發(fā)現(xiàn)問題及實驗、操作、調(diào)查、信息收集與處理,表達與交流等探索活動,獲得知識和技能,發(fā)展情感與態(tài)度,特別是發(fā)展了探索精神和創(chuàng)新能力。

設(shè)立創(chuàng)客項目。建立600 m3、340個工位,設(shè)立創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基金,征集企業(yè)項目、教師科研子項目、前沿應(yīng)用項目、自由選題項目共計252項。如表1所示,吸引有志創(chuàng)新的學生參與,幾年來學生參與率逐年增加,今年已達到70%。創(chuàng)客空間有54位教師參與,項目內(nèi)容圍繞互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、云計算機、人工智能開展工作,創(chuàng)客項目來源于聯(lián)合企業(yè)90項、品牌專業(yè)立項73項、企業(yè)委托項目26項、自由立項36項。

表1 協(xié)同創(chuàng)客空間

通過創(chuàng)客空間的探索式教學,培養(yǎng)出了一批優(yōu)秀學生。其中部分高年級學生再通過案例指導(dǎo)其他學生,形成了“工程師—教師—學生”互動式學習氛圍,形成“學生帶學生,學生協(xié)助教師”的協(xié)同創(chuàng)新機制。為學生學習提供及時服務(wù),為教學提供及時反饋,學生主動學習氣氛不斷提高。從企業(yè)項目中發(fā)掘教學案例培養(yǎng)學生,培養(yǎng)的學生再到企業(yè)中去工作,學生的創(chuàng)業(yè)積極性也不斷增長。創(chuàng)客空間引導(dǎo)支持學生為企業(yè)孵化項目并創(chuàng)業(yè),從孵化項目中發(fā)掘教學案例反哺教學,良性互動,協(xié)同創(chuàng)新,已有3個團隊在校期間開始創(chuàng)業(yè)。

5 構(gòu)建情景交融式平臺資源

創(chuàng)客空間平臺資源與環(huán)境既要滿足創(chuàng)客項目的實際用途,又體現(xiàn)新穎性、具有時代特征。我們的“創(chuàng)客空間”由10個具有網(wǎng)絡(luò)資源、云計算、測試儀器等配置優(yōu)良、適應(yīng)不同創(chuàng)客需求的實體平臺組成,每個空間約60 m2,總共600 m2、340個工位。

在結(jié)構(gòu)布局設(shè)計上,一改傳統(tǒng)的教室模型,取而代之的是體現(xiàn)IT技術(shù)特點的多模型結(jié)構(gòu),如圖3所示,包括神經(jīng)元空間、蟻穴空間、章魚空間、機器人空間、智聯(lián)空間、DM工作室、計算云空間等“人事情景”交融的空間,舉例說明如下:

神經(jīng)元創(chuàng)客空間又稱牛賽空間，取意人工智能中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),是將網(wǎng)絡(luò)工程實驗室建成8個形如神經(jīng)元的實驗開發(fā)單元,每個單元建成八角網(wǎng)絡(luò)島,配備8臺計算機、3臺交換機、3臺路由器、1套視頻會議二次開發(fā)終端、1臺防火墻。網(wǎng)絡(luò)島之間經(jīng)過空中橋架(似神經(jīng)突起)互聯(lián)。主要用于開發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)通信的物聯(lián)網(wǎng)實驗與項目開發(fā),通過空間學生更容易理解實際項目需求。

再如計算云空間,它是基于云計算中心資源的并行計算創(chuàng)客空間,主要圍繞基因測序、智慧城市三維建模、智能電網(wǎng)進行的并行計算,中心擁有420個計算核,承接鹽礦生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)適時采集與生產(chǎn)參數(shù)動態(tài)優(yōu)化大數(shù)據(jù)、高速公路動態(tài)感知系統(tǒng)450點動態(tài)分析。云中心根據(jù)計算任務(wù)要求動態(tài)地分配給計算云空間用戶,這種動態(tài)、可伸縮的云管理模式既能提高總體計算與存儲資源利用率,還能開展復(fù)雜計算,解決分散管理難以解決的問題。

圖3 情景交融式創(chuàng)客空間

有趣的是還有類似機器人、蟻穴、章魚、智聯(lián)、DM等空間都有著模擬生物智能的創(chuàng)客空間,限于篇幅只給出圖3中所示創(chuàng)客空間實景,不再贅述。

6 實施人才培養(yǎng)新模式取得的效果

經(jīng)過8年創(chuàng)新驅(qū)動計算機專業(yè)卓越人才培養(yǎng)新模式探索與實踐,取得了豐碩的教學效果。本科從2014到2017各屆學生的實踐項目、學科競賽省級以上獎項、學生參與率、項目開發(fā)、考研錄取、就業(yè)率等逐年上升,如表2所示。目前畢業(yè)生企業(yè)實訓(xùn)覆蓋率為100%,競賽參與率94%,考研錄取率達27.06%,就業(yè)率98.4%。學生的綜合實踐能力大幅提升,計算機類專業(yè)平均入職月薪4 213元,高出我校排名第二專業(yè)450元,另外約有5%的學生入職年薪超過10萬元。跟蹤調(diào)查表明人才規(guī)格也十分符合用人單位的實際需求,受到了用人單位的普遍歡迎。

表2 學生創(chuàng)業(yè)覆蓋

7 結(jié)語

本文以社會需求為導(dǎo)向,轉(zhuǎn)變教育理念、加強專業(yè)建設(shè)、深化校企合作、強化工程實踐, 把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入專業(yè)教育中,建立“拓展內(nèi)涵、多元協(xié)同、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”的計算機卓越人才培養(yǎng)新機制,有效地促進了人才培養(yǎng)由單一型專業(yè)教育向結(jié)合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的綜合型轉(zhuǎn)變,對于適應(yīng)創(chuàng)新驅(qū)動國家戰(zhàn)略、培養(yǎng)滿足 IT 產(chǎn)業(yè)高技術(shù)人才具有重要的現(xiàn)實意義。

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