面向新工科的計算機科學與技術卓越工程師培養體系探索與實踐

武小平，劉樹波，周 軍，胡玉玲

（1.武漢大學 計算機學院，湖北 武漢 430072；（2.騰訊云計算（北京）有限責任公司，北京 100080）

1 卓越培養計劃2.0

“卓越工程師培養計劃”是國家貫徹落實中長期教育改革和發展綱要的重大改革實踐項目，也是促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措[1]。對于計算機專業而言，本科卓越工程師的培養以工程應用技術和系統綜合能力為核心，著力重視培養計算思維及解決問題的能力。

“卓越計劃”經過近十年的發展，培養了一大批創新能力強，能夠適應經濟和社會發展需求的各類工程科技人才。2017 年以來，由教育部倡導的新工科建設，在我國各高校引起強烈反響和積極響應。各高校也紛紛提出自己的新工科建設規劃與實施方案，在實現“卓越計劃1.0—新工科—卓越計劃2.0”的跨越上做出了很多有益的探索[2]。其中以“復旦共識”“天大行動”“北京指南”[3-4]為代表的新工科建設研討，引領了適應新一輪科技革命和產業變革及新經濟發展背景下的新一輪學科專業交叉融合及建設。作為具體實施計劃，教育部在產學合作協同育人項目中，遴選了新工科研究與實踐項目[5]，匯聚企業資源，拓展實施“卓越工程師培養計劃2.0”，切實推動和服務新工科建設，培養多樣化、創新型卓越工程科技人才，助力信息產業超越發展和傳統產業的信息化融合和轉型升級。

2 計算機科學與技術卓越工程師培養目標定位

2.1 人才目標

計算機科學與技術“卓越計劃”旨在培養具有良好素質，掌握自然科學基礎知識，系統地掌握計算機科學理論、計算機軟/硬件系統及應用知識，受過科學研究與實際應用的初步訓練，具備本領域分析問題解決問題的能力，并具備良好外語運用能力的應用型卓越工程技術人員。

2.2 培養方案目標

針對計算機科學與技術專業的卓越人才培養目標，相應的培養方案也有別于普通計科類的專業課程體系，主要體現在以下幾點。

（1）要有突出的特色課程。特色課程應在國際化接軌程度和課程內容及難度上有所體現。具體可表現為至少有1～2 門專業核心課程的內容和難度對標國際一流大學的相應專業課程，可采用原版教材引進、雙語教學等多種形式。

（2）要強化專業實踐。在培養方案中應通過具體的專業實踐安排和學分設置要求進行體現。具體的量化形式和程度可根據培養方案的總體架構進行實際調整。

（3）要加強專業方向引導。結合計算機科學與技術專業發展的方向與特點，要通過培養方案的設置，引導學生在本科高年級階段結合自身的興趣和未來規劃在不同的專業方向有側重性的系統選修相關專業課程，為進一步的研究深造打下較好的基礎。

3 面向新工科的計科卓工培養方案探索與實踐

為適應面向新工科的知識體系更新與人才培養目標的升級，需對現有培養方案進行有效調整與創新，以支撐知識、能力、素質等人才培養要素的增加和培養目標的達成[6]。以武漢大學深入推進通識教育改革與推行“三學期”制為契機[7-8]，在教育部的產學合作協同育人項目支持下，結合武漢大學計算機學院計科卓工班人才培養的研究與實踐，進行了面向新工科的培養方案修訂工作。

3.1 專業課程體系修訂

從目前國內外各高校實施的信息學科專業拔尖創新人才培養模式來看，其培養目標具有一致性，都強調培養具有引領作用的未來領導者或各自專業領域內的拔尖創新人才[9]。武漢大學新生按照專業大類進行招生，計算機科學與技術卓工班的學生從計算機類的新生中進行選拔。根據學校對本科通識教育改革的要求，計科卓工的培養方案總體上仍納入計算機科學與技術專業的培養框架，主要分為公共基礎課程、通識教育課程、專業大類平臺課程、專業必修課程、專業選修課程、專業實踐課程幾大部分。學生畢業要求修滿140 學分，其中，公共基礎課程48 學分，通識教育課程不少于12 學分，大類平臺課程21.5 學分，專業必修課程（含實踐必修）26.5 學分。因學期制改革，每學分對應學時由18 學時調整為16 學時，各相關課程的學分也有相應調整。因此，本次培養方案的修訂，主要側重于探討在專業選修課程和專業實踐課程體系設置上如何突顯新工科背景下拔尖創新人才的培養模式。

（1）特色課程設置。采用引進教材《深入理解計算機系統》（Computer System:A Programmer’s Perspective,CMU1-213）開設“計算機系統基礎”課程，加強系統能力培養。開設“科技寫作”英文課程，加強科研素質培養。專業必修課程“編譯原理”和“軟件工程”分別采用機械工業出版社引進的英文原版經典教材Compilers:Principles,Techniques,and Tools(2nd Edition)和Software Engineering(10th Edition)加強專業技能培養。在特色課程的內容上進行深入優化，探索強化專業基礎，加強系統能力培養。進一步利用“三學期”制的契機，開設“計算機前沿技術”選修，引入校外的優質資源，緊跟學科前沿，開闊專業視野，加強創新能力培養。

（2）專業實踐設置。在專業實踐必修課程中，分階段開設初、中、高級項目實踐課程，通過安排暑期企業或項目實訓，在結束后提交實習報告并通過答辯獲得相應的學分。

（3）專業方向引導。在專業方向選修課程設置上，根據學院老師的科研團隊方向，重點凝練了5 個專業方向，每個方向分別開設3～4 門主干課程，表1 所示。從第四學期開始，引導學生根據興趣和未來規劃在人工智能、媒體計算、物聯網、軟件工程、云計算和大數據等5 個專業方向選修相關專業課程，結合學院相關教師的項目課題，進行學習和研發工作。

3.2 專業課程內容提升

（1）加強系統能力培養。以“計算機系統基礎”課程為依托，培養學生掌握計算機核心系統的工作原理、構造方法、軟硬件協同、層次間邏輯關聯，了解系統呈現的外部特性與人機交互模式，強調從系統結構角度實現優化的系統功能。通過強化系統能力與解決復雜工程問題能力的培養，帶動計算機應用和創新能力的提升。

（2）加強學科前沿跟蹤。以“計算機前沿技術”選修課程為依托，充分利用學校實施三學期的時間安排特點以及在拔尖創新人才培養上的經費支持，結合教育部產學合作協同育人項目建設，培養學生跟蹤學科前沿的能力。課程主要表現形式為：聘請知名IT 企業技術工程師作為企業講師，進行工程實踐項目專題講座，提升學生工程實踐能力，突顯工程教育特征；邀請國內外知名大學的研究人員或教授，開展專題學術講座，開闊專業視野，提升學生的學術科研素養。

表1 專業方向選修課程列表

（3）引導鼓勵創新實踐。在專業實踐課程設置上，在原有的初、中、高級項目實踐及企業實訓課程基礎上，增開“綜合項目實踐”2 個必修學分，要求計科卓工的學生在畢業之前必須通過完成一項IT 認證來獲取學分，成績根據所獲證書等級或認證分數進行評定；增開“創客實踐”3個選修學分，鼓勵學生通過完成創新創業實踐項目、學校認可的學科競賽獲獎、發明專利授權或發表高水平學術論文來進行認定取得。

（4）優化個性化培養。計科卓工班的定位是培養拔尖創新人才，培養方案的課程設置需考慮優化學生的知識結構，打開學生的個性發展空間,提升學生的創新品性。到了本科高年級階段，引導學生根據自身的個性化發展需求，從某個比較具體的專業方向進行系統的學習，促進專業研究興趣與創新能力的提升。在專業方向選修課程中，將學科前沿技術、教師科研資源和產學合作協同育人項目實踐進行有效融合，構建創新型實踐教學體系，這也是新工科背景下信息學科拔尖創新人才培養的關鍵。以云計算和大數據方向選修課程為例，在“云計算技術”和“并行分布式計算”課程中，以協同育人項目為結合點，課程組老師與騰訊云的工程師組成聯合體進行專項教學研討，在教學中融合騰訊云資源并整合實踐案例項目；在“大數據分析與處理”課程中，利用騰訊的流量、廣告等資源，整合完整的項目教學案例，引導學生在課程學習中挖掘創新實踐項目。

4 結語

新工科背景下信息學科拔尖創新人才的培養是目前各院校發展規劃中的一項重要任務。針對培養綜合素質全面、學科基礎扎實、科研創新能力強、創業思維敏捷的優秀拔尖創新人才培養要求，結合武漢大學計算機學院計科卓工班的培養方案修訂，在課程體系及課程內容的設置上做了一些有益的探索，以期能夠從專業教學的角度，提升面向新工科建設的系統綜合能力培養。