新工科背景下數據計算及應用專業課程設置的思考

王 鵬 史 娜 惠周利 李有文 張 峰

（中北大學<理學院數學系>，山西 太原 030051）

新工科專業以培養“實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力”的新型應用復合型人才為目標，特別注重多學科的交叉融合，為培養高素質卓越人才的提供了重要的載體，是提高大學生綜合素質和創新能力的重要途徑。 教育部在2018 年最新頒布的新專業目錄中將數據計算與應用列為一個新的專業，其設置的初衷正是為培養復合型人才而提出了，目前在新工科背景的沖擊下，對本專業人才的培養方式等提出了更基本和更高的要求。 數據計算與應用專業作為一個新型的數學類專業，綜合了傳統數學與應用數學、信息與計算科學專業的專業特色， 具有廣泛的應用前景。本文結合我校數學與應用數學和信息與計算科學專業的辦學實踐，提出了在數據計算與應用專業課程建設中的幾點建議，力爭達到“充分交流意見，努力形成共識”的目的。

1 明確專業內涵與定位

數據計算及應用專業是由信息科學、 計算科學、統計學等交叉滲透而形成的一個數學類專業，培養具有良好的數學基礎和數學思維能力，掌握信息科學和統計學的基本理論、方法和技能，受到科學研究的基本訓練，具備一定的數據建模、高性能計算、大數據處理以及程序設計能力，能運用所學知識與技能解決數據分析、信息處理、科學與工程計算等領域實際問題的復合型應用理科專業人才[1-3]。

數據計算及應用專業應該主要研究信息計算科學、統計學的核心基礎，能夠運用統計方法和計算工具， 高效求解科學與工程問題的數學理論與統計方法，或研究面向于信息技術、數據科學、計算技術的數學基礎和統計基礎[4]。

從這個意義上講，數據獲取、智能算法、統計計算、信息處理、人工智能等都構成該專業的核心方向[5]。

因此，數據計算及應用的專業內涵與定位可總結為：加強基礎，注重能力；拓寬口徑，重視應用；突出特色，分流培養。 加強基礎，就是加強數學基礎，加強數學、信息、統計學方面的數學基礎，保證足夠的基本訓練；注重能力，就是注重學生從事科學研究的能力和動手能力；拓寬口徑，就是不僅要學習數學，而且要學習數據計算及科學的相關基礎知識和技能，保證學生將來能夠向多個方向發展；重視應用，就是要求學生在學習理論的同時，能夠具有一技之長，以便適應當前的就業環境；突出特色，就是突出數據特色、信息特色和計算特色；分流培養，指的是根據學生的基礎、興趣和愛好，為學生提供多個出路[6]。

2 專業課程設置的原則

（1）加強數學及計算數學的基礎理論課程。 作為數學專業的一個新型的分支，數學類的基礎理論課程是核心，這也是這個專業學生最終具有競爭力的根本所在。 “少學數學，多學計算機”的主張是缺少遠見的。強調計算數學的基礎課，如數值逼近、數值代數、微分方程數值解等，同時應適當增加部分新的智能優化類算法課程，如神經網絡、小波分析、深度學習、機器學習等課程[7]。

（2）加強信息科學相關的理論基礎課程。 由于信息科學的覆蓋面廣，涉及內容多樣，因而強調廣而全是幾乎不可能的。 應強調信息科學的幾個基礎典型課程，使得學生對信息科學有一個較為全面的了解。 強調概論，突出典型，突出基礎，強調局部完整性忽略過于工程化、技術化的內容。 強調信息科學課程的數學化，而不是數學在信息科學中的應用。 因而信息科學相關的課程，可設置以數據算法與分析，數據建模、數據挖掘、統計推斷等作為基礎理論課程。

（3）加強計算機科學相關的課程。 數據計算均以計算機為主要工具，這就要求數據計算及應用專業的學生，能夠熟練使用計算機軟件進行數據計算和軟件開發的能力。 我們的培養目標是具有較強數據計算和應用能力的人才，而不是專業的計算機軟件人才。 這種根據就業市場選擇方向的做法只會導致專業人才培養目標的偏離，使我們失去自身的專業優勢。 因而我們強調計算機軟件的基礎課程，建議以高級語言程序設計、數據庫原理、數據結構等為核心課程。

（4）加強數學實驗課程的設置。 數學實驗作為一門獨立的課程，課程的內容分為兩類，一類配合常規課程，另一類擴展學生知識面。 配合常規課程的又可分為兩種，一種是重要定理的導引，在常規課程的一些重點，難點出現之前，先安排實驗，讓學生先對該問題有一個感性認識， 理解為什么要研究該問題 （背景），該問題有什么規律，可能的結論是什么等，這樣就為常規課程的講授打下了基礎，如果能引起學生的興趣就更理想了；另一種是對在常規課程學到的知識進行實踐。 至于擴展學生知識面的一類實驗則可以不拘一格， 涉及數學的各個學科乃至一些邊緣學科，讓學生在形形色色的數學現象中去探索、發現，最重要的是將學生的興趣調動起來[8]。

（5）注重在實踐性教學環節中學生能力的培養。傳統的數學基礎課程重點在于概念、定理、結論和計算的掌握，注重于傳授知識和培養計算能力。而由于數據科學與應用專業培養的是新型復合型應用人才，因此，應該在注重基礎理論的基礎上， 更加強調應用能力的培養，使學生能夠“學好用好數學”，這些能力包括數值計算能力、數學統計軟件的應用能力和數學建模能力等。

（1）數值計算和數學統計軟件的應用能力。 學生應該能夠熟練掌握傳統的數值計算方法，熟練使用流行的數學統計軟件如MATLAB, SAS，R 語言等， 學生可以在計算機上對數值分析、微分方程數值解等課程中的一些方法進行數值實驗和模擬，讓學生更深地理解各種算法的優缺點，這既提高了學生學習計算數學的積極性， 又提高了學生的實際編程和計算能力，使學生所學的知識得到加強和鞏固。

（2）數學建模能力。 數學建模要求學生能夠綜合應用所學的數學知識解決工程實際問題，這種能力對于學生尤為重要。 通過參加競賽，能夠有效培養大學生在數據處理、數學應用、計算機、科學論文寫作、團隊協作等方面的能力，而這些能力也正是當今社會所急需的復合型人才應具備的基本能力。

3 結語

總之，我們應本著“強基礎，寬口徑，重實踐，有側重，創特色，注應用”的專業指導思想，多注重對學生綜合能力的培養，使得我們培養的人才更能適應新工科背景下信息時代的需要，而如何更高質量、更高水平、更有特色地辦好這個專業是有待于進行更深入研究的一項重要課題。