智能時(shí)代計(jì)算機(jī)通識(shí)教育的改革探索

郝興偉?張強(qiáng)

摘 要：培養(yǎng)復(fù)合型創(chuàng)新人才是新時(shí)代社會(huì)對(duì)高等學(xué)校人才培養(yǎng)的基本需求。在智能時(shí)代的各學(xué)科人才培養(yǎng)中，培養(yǎng)學(xué)生具備深厚的計(jì)算思維和計(jì)算機(jī)問(wèn)題求解能力十分重要。對(duì)我國(guó)高校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的發(fā)展進(jìn)行了總結(jié)，提出了面向?qū)W科交叉融合的計(jì)算機(jī)通識(shí)教育“1+N”課程體系設(shè)計(jì)方案，以及開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與產(chǎn)教融合的改革思路。

關(guān)鍵詞：智能時(shí)代;學(xué)科交叉融合;計(jì)算機(jī)通識(shí)教育;計(jì)算思維;開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室;產(chǎn)教融合

進(jìn)入21世紀(jì)，特別是近年來(lái)，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和人工智能為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)飛速發(fā)展，社會(huì)數(shù)字化進(jìn)程加快，人類正在向智能時(shí)代邁進(jìn)。在智能時(shí)代，計(jì)算技術(shù)已成為推動(dòng)科技發(fā)展最具創(chuàng)新活力的手段，各學(xué)科與計(jì)算的結(jié)合越來(lái)越廣泛、越來(lái)越深入，計(jì)算機(jī)學(xué)科知識(shí)在人才培養(yǎng)中的地位和重要性不斷提升。

作為各學(xué)科人才培養(yǎng)中的重要組成部分，計(jì)算機(jī)通識(shí)教育（公共教學(xué)）也必須不斷改革課程內(nèi)容，以適應(yīng)新時(shí)代社會(huì)發(fā)展的需要。因此，深入研究各學(xué)科對(duì)領(lǐng)域問(wèn)題數(shù)字化及計(jì)算需求，設(shè)計(jì)科學(xué)、實(shí)用和前瞻性的計(jì)算機(jī)通識(shí)教育課程體系與教學(xué)內(nèi)容，對(duì)于培養(yǎng)適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展需要的高層次復(fù)合型創(chuàng)新人才具有重要意義。

一、新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革推動(dòng)高等教育改革

自20世紀(jì)40年代開(kāi)始，隨著電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明，人類社會(huì)進(jìn)入信息社會(huì)。在信息社會(huì)，微電子技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展。進(jìn)入21世紀(jì)，特別是近年來(lái)，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和人工智能為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)飛速發(fā)展，人類社會(huì)正在經(jīng)歷一場(chǎng)新的科技和產(chǎn)業(yè)革命。

為應(yīng)對(duì)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的到來(lái)，各國(guó)紛紛制定國(guó)家戰(zhàn)略，2013年4月，德國(guó)提出《德國(guó)工業(yè)4.0戰(zhàn)略》;2015年5月，我國(guó)發(fā)布《中國(guó)制造2025》;美國(guó)、英國(guó)、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家也陸續(xù)發(fā)布了一系列重大戰(zhàn)略，其目標(biāo)就是要搶占國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)。科技和教育總是緊密相關(guān)的，為配合一系列國(guó)家戰(zhàn)略的實(shí)施，2017年2月18日，教育部在復(fù)旦大學(xué)召開(kāi)了高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)，形成了“復(fù)旦共識(shí)”，拉開(kāi)了我國(guó)高校新一輪高等教育人才培養(yǎng)改革的序幕。

新工科建設(shè)經(jīng)過(guò)一年多的探索與實(shí)踐，2018年5月24日，“2018年教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目對(duì)接會(huì)”在北京會(huì)議中心召開(kāi)。教育部高等教育司司長(zhǎng)吳巖指出，高等教育創(chuàng)新發(fā)展勢(shì)在必行，要全面推進(jìn)“新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科”等建設(shè)，為2035年建成高等教育強(qiáng)國(guó)、實(shí)現(xiàn)中國(guó)教育現(xiàn)代化提供有力支撐，標(biāo)志著為適應(yīng)新的科技革命的到來(lái)，我國(guó)高等教育新一輪全面改革已經(jīng)開(kāi)始。

不管是新工科、新農(nóng)科、新醫(yī)科還是新文科，所謂“新”，就是要建立新的學(xué)科專業(yè)或?qū)鹘y(tǒng)學(xué)科專業(yè)進(jìn)行改革和重構(gòu)，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，做到學(xué)科交叉、技術(shù)融合、產(chǎn)教結(jié)合，為學(xué)生提供綜合性的跨學(xué)科學(xué)習(xí)，從而提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和適應(yīng)社會(huì)的能力，為迎接新的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革提供人才保證。

二、計(jì)算機(jī)通識(shí)教育的發(fā)展及在新時(shí)代人才培養(yǎng)中的重要性

我國(guó)的計(jì)算機(jī)通識(shí)教育或稱計(jì)算機(jī)公共教學(xué)最早開(kāi)始于20世紀(jì)80年代，當(dāng)時(shí)隨著微型計(jì)算機(jī)（個(gè)人電腦）的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)在政府、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)的應(yīng)用日益廣泛，人們迫切需要掌握計(jì)算機(jī)的使用技能。在高校，面向計(jì)算機(jī)操作和應(yīng)用以及計(jì)算機(jī)編程的計(jì)算機(jī)公共課程開(kāi)始出現(xiàn)。

1997年，教育部高教司頒發(fā)了《加強(qiáng)非計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)工作的幾點(diǎn)意見(jiàn)》（教高〔1997〕155號(hào)），簡(jiǎn)稱“155號(hào)文”，提出了三個(gè)層次的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)課程體系，即計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)，教育部正式把大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程列為高校重要的必修課，確立了計(jì)算機(jī)公共教學(xué)在高校人才培養(yǎng)中的地位[1]。

進(jìn)入2000年，計(jì)算機(jī)公共教學(xué)在高等教育人才培養(yǎng)中已經(jīng)非常普及，成為像高等數(shù)學(xué)、大學(xué)外語(yǔ)一樣的公共基礎(chǔ)課程，計(jì)算機(jī)公共教學(xué)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。2006年，教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)發(fā)布了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的意見(jiàn)暨計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》（簡(jiǎn)稱“白皮書”），提出了大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的“4個(gè)領(lǐng)域×3個(gè)層次”的教學(xué)內(nèi)容總體框架和“1+x”的課程設(shè)置方案，即“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)+若干必修∕選修課程”[2]。

雖然，在“白皮書”中提出了從計(jì)算機(jī)公共教學(xué)三個(gè)層次到“1+x”課程的過(guò)渡路徑，但是由于高校師資等種種原因，以講解計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)+Office辦公軟件為主的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)依然是主流，這種“計(jì)算機(jī)工具論”的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)已經(jīng)越來(lái)越不能適應(yīng)時(shí)代需要，遭到了前所未有的質(zhì)疑和挑戰(zhàn)[3]。

2010年11月5日—7日，第六屆全國(guó)大學(xué)計(jì)算機(jī)課程報(bào)告論壇在山東濟(jì)南舉行，時(shí)任教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)主任委員陳國(guó)良院士主持了一個(gè)計(jì)算思維與大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育改革座談會(huì)，受到與會(huì)專家的高度認(rèn)可，拉開(kāi)了以計(jì)算思維為導(dǎo)向的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革的序幕。面向計(jì)算思維培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革成為各高校開(kāi)展計(jì)算機(jī)公共教學(xué)改革的主要切入點(diǎn)，特別是“985工程”建設(shè)高校，在教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)行了大膽的改革，徹底擯棄了傳統(tǒng)的“計(jì)算機(jī)工具論”教學(xué)理念，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維成為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)新的教學(xué)目標(biāo)。

近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)快速發(fā)展，人類社會(huì)正在進(jìn)入智能社會(huì)。技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)本質(zhì)上是人才的競(jìng)爭(zhēng)，從2017年開(kāi)始的新工科建設(shè)，無(wú)疑就是為了配合新一輪科技革命的到來(lái)。未來(lái)社會(huì)是一個(gè)信息社會(huì)、一個(gè)數(shù)字化社會(huì)，計(jì)算科學(xué)必將處于社會(huì)發(fā)展的核心地位，運(yùn)用計(jì)算思維來(lái)解決科學(xué)研究和生產(chǎn)生活各領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展問(wèn)題已成為時(shí)代共識(shí)。

在現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)體系中，關(guān)于大數(shù)據(jù)、人工智能等內(nèi)容的課程還很少。雖然，作為計(jì)算機(jī)類專業(yè)來(lái)講，相關(guān)的專業(yè)課程已經(jīng)有多年的發(fā)展歷史，但這些課程的教學(xué)定位、教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容并不適合非計(jì)算機(jī)類專業(yè)的學(xué)生，因此，開(kāi)展面向計(jì)算機(jī)通識(shí)教育（公共教學(xué)）的相關(guān)課程研究和建設(shè)，成為新一輪計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革的重要方向。

三、面向?qū)W科交叉融合的計(jì)算機(jī)通識(shí)教育課程體系設(shè)計(jì)與開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

教育部“新工科”“新農(nóng)科”“新醫(yī)科”“新文科”等一系列高等教育教學(xué)改革的提出，對(duì)學(xué)科交叉和融合提出了更高要求。計(jì)算機(jī)通識(shí)教育作為高校人才培養(yǎng)的重要組成部分，現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容和課程體系已相對(duì)滯后。大學(xué)計(jì)算機(jī)通識(shí)教育應(yīng)適應(yīng)時(shí)代發(fā)展需要，樹(shù)立“計(jì)算+”的教學(xué)理念，以基礎(chǔ)學(xué)科思維強(qiáng)化多學(xué)科的交叉融合，更好地推進(jìn)各學(xué)科復(fù)合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)。

1.“1+N”計(jì)算機(jī)通識(shí)教育課程體系

以計(jì)算思維培養(yǎng)為核心，對(duì)傳統(tǒng)的“1+x”計(jì)算機(jī)公共課程體系進(jìn)行改造，建立“1+N”大學(xué)計(jì)算機(jī)通識(shí)教育課程體系。

其中，“1”是指“計(jì)算思維”，為學(xué)校通識(shí)教育必修課程，教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)、計(jì)算思維以及幫助學(xué)生打下扎實(shí)的計(jì)算學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)，強(qiáng)化計(jì)算思維與學(xué)科交叉思維訓(xùn)練，提升學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

“N”是指根據(jù)教育教學(xué)改革需要開(kāi)設(shè)的計(jì)算機(jī)系列課程，既包括面向全校學(xué)生開(kāi)設(shè)的通識(shí)教育核心課程，也包括服務(wù)新工科、戰(zhàn)略新興學(xué)科、交叉學(xué)科和邊緣學(xué)科等建設(shè)而開(kāi)設(shè)的前沿課程。其學(xué)時(shí)學(xué)分根據(jù)人才培養(yǎng)需要設(shè)置，教學(xué)目標(biāo)是為學(xué)生建立數(shù)字化、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和人工智能等領(lǐng)域前沿的基礎(chǔ)知識(shí)架構(gòu)，增強(qiáng)學(xué)生主動(dòng)運(yùn)用計(jì)算科學(xué)分析問(wèn)題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和解決領(lǐng)域問(wèn)題的能力，為相關(guān)課程學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。主要課程包括“物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論”“大數(shù)據(jù)云計(jì)算導(dǎo)論”和“人工智能導(dǎo)論”等。

2.面向計(jì)算機(jī)通識(shí)教育與數(shù)字化創(chuàng)新，建設(shè)計(jì)算機(jī)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室

實(shí)踐教學(xué)是計(jì)算機(jī)公共教學(xué)的重要組成部分。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)公共教學(xué)以微機(jī)機(jī)房為主，設(shè)備多為微型計(jì)算機(jī)和CPU服務(wù)器，現(xiàn)在已經(jīng)不能滿足新的計(jì)算機(jī)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要。從物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算到人工智能，所需要的運(yùn)行環(huán)境都是建立在服務(wù)器集群、虛擬機(jī)以及GPU計(jì)算基礎(chǔ)上的，現(xiàn)有的微機(jī)和CPU服務(wù)器已經(jīng)完全不能支撐新課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)，建設(shè)新的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境成為當(dāng)前計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革的重要內(nèi)容。

和傳統(tǒng)的微機(jī)機(jī)房相比，服務(wù)器集群和GPU服務(wù)器投資較大，因此，在新的實(shí)驗(yàn)環(huán)境建設(shè)中，可以充分考慮計(jì)算資源的最大限度共享，搭建一個(gè)面向計(jì)算機(jī)通識(shí)教育與數(shù)字化創(chuàng)新的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)、學(xué)生科研訓(xùn)練、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)營(yíng)造立體化、系統(tǒng)化的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)環(huán)境。根據(jù)“1+N”計(jì)算機(jī)通識(shí)教育課程體系設(shè)計(jì)，需要建設(shè)的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室有：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室、大數(shù)據(jù)與云計(jì)算開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室、人工智能開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室等。

3.加強(qiáng)產(chǎn)教融合，開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)前沿技術(shù)系列講座

由于現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展迅速，高校教學(xué)內(nèi)容相對(duì)滯后，特別是在大數(shù)據(jù)、人工智能等大規(guī)模應(yīng)用中，產(chǎn)業(yè)界技術(shù)明顯領(lǐng)先于學(xué)校教學(xué)。為此，依托業(yè)界領(lǐng)軍企業(yè)，和高校一起開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)前沿技術(shù)系列講座，對(duì)于促進(jìn)高校人才培養(yǎng)供給側(cè)與產(chǎn)業(yè)需求側(cè)結(jié)構(gòu)要素全方位融合具有積極意義。

圍繞物聯(lián)網(wǎng)、5G通信、大數(shù)據(jù)與云計(jì)算、人工智能、網(wǎng)絡(luò)空間安全等前沿技術(shù)，可以每學(xué)期開(kāi)設(shè)一期前沿技術(shù)系列講座，講師來(lái)自業(yè)界各領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，每期一個(gè)主題，分為10周左右，每周一講，由一個(gè)企業(yè)負(fù)責(zé)。每一次講座內(nèi)容分為宏觀和具體兩個(gè)層面，宏觀層面由企業(yè)負(fù)責(zé)研發(fā)的技術(shù)總監(jiān)講授，立足國(guó)際視野介紹相關(guān)技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)和國(guó)際前沿;具體層面由企業(yè)高級(jí)架構(gòu)師層面的專家講授，介紹關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)等企業(yè)相關(guān)內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì). 關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的意見(jiàn)暨計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求（試行）[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[3] 郝興偉，徐延寶，王憲華. 我國(guó)高校計(jì)算機(jī)教學(xué)情況調(diào)研與分析[J]. 中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2014（6）：81-86.

[責(zé)任編輯：余大品]