產學研合作培養模式下信息與計算科學專業課程體系重構研究

潘俊杉

（湖北大學數學與統計學學院 湖北 武漢 430062；應用數學湖北省重點實驗室 湖北 武漢 430062）

信息與計算科學專業是由數學、計算機科學、信息科學等學科相結合形成的交叉學科。傳統的信息與計算科學專業以培養科學計算、信息處理和軟件開發人才為主，但是科學計算對人才專業技能要求很高，本科畢業生難以滿足用人單位的需求；而信息處理和軟件開發雖然就業渠道廣，但畢業生往往缺乏實踐經驗，難以獲得應用市場的青睞。為了解決這一困境，眾多高校[1-2]開展了與產業聯合的人才培養模式的探索。

隨著《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》的深入實施，創立高校與行業、企業和研究機構等單位聯合培養人才的新機制和新模式也逐漸涌現。安徽工業大學的張濤等人[3]開展了信息與計算科學專業結合校企合作基地的實訓實習教學改革；合肥學院[4]依托校企合作平臺結合新工科建設的要求，探索了信息與計算科學應用型工程技術人才培養模式；長春大學祖力等人[5]開展了信息與計算科學專業課程體系的改革。盡管這些改革取得了很好的效果，但它們主要局限于校企合作的實習實訓改革，未能深入探索如何將產學研模式深度結合到專業課程體系建構中。因此，以培養行業真正需要的實用型人才為出發點，依托產學研合作培養模式，開展產學研合作培養模式下的專業課程體系重構研究，具有重要的意義。

1 存在的問題

湖北大學（以下簡稱“我校”）信息與計算科學專業創辦于2000年，以培養數學基礎扎實、計算機應用素養良好的，能在信息技術產業、工程領域、科研院校等相關部門從事教學研究、軟件開發、系統設計與維護、數據分析及管理咨詢等工作的交叉復合型人才為目標。為了達到這一培養目標，本專業課程結構設置為數學類課程占百分之六十，信息類課程占百分之四十。兩個體系的課程都要兼顧，勢必造成課程結構設置泛而淺，也無法凸顯專業特色。此外，由于信息技術的不斷更新，信息類課程難以跟上信息技術的更迭速度，從而造成課程內容的滯后，這也是亟待解決的問題之一。實踐環節是人才培養中最重要的一環，傳統的課程實踐環節以驗證課程知識點為主，旨在強化學生對理論知識體系的理解。這必然導致學生對知識點的掌握尚可，但無法把握整個知識體系，也無法與實際工作的需求相結合。為了解決上述問題，必須深入產業一線，了解產業的新需求，關注產業的新技術和發展方向。結合產業需求構建學科的專業課程體系，更新課程內容，改革實踐環節，從而培養更符合業界需求的交叉復合型人才。

2 改革目標

產學研合作培養模式下，信息與計算科學專業課程體系重構的主要目的是解決因專業定位不清晰造成的專業課程體系泛而淺的問題。其主要目標是凸顯專業特色，結合企業生產開發的實戰經驗，建立一個以培養產業真正需要的實用型交叉復合人才為出發點，理論和實踐緊密結合的專業課程體系和多元化教學模式，以及結合實際產業項目的軟硬件教學資源庫。具體目標是：

①緊密結合前沿技術與產業發展趨勢，構建凸顯學科特色、方向清晰的課程體系；②結合產業的技術新進展，更新課程教學內容，以解決原課程內容滯后、與市場脫節等問題；③探索一套以項目為導向的多元化教學模式，構建與理論教學體系相契合的分層實踐教學體系；④利用企業項目平臺，組建校企共建的面向產業和技術新進展的軟硬件教學資源庫。

3 改革措施

3.1 凸顯特色、方向清晰的課程體系與教學內容改革

大數據人才不僅需要掌握大數據技術（如Hadoop、HBase、TensorFlow），更重要的是必須具備大數據分析相關的數學基礎。信息與計算科學專業融合了大數據領域必備的數學、計算科學、信息計算等學科基礎，這使得大數據方向成為我校信息與計算科學專業的特色之一。課程體系設置方面，在數學分析、高等代數、概率統計、離散數學、數值分析等核心數學課程的基礎上，把與大數據相關的大數據分析與應用、數據庫系統、操作系統、計算機網絡、數據挖掘、機器學習等課程設置為專業方向課，凸顯了大數據方向特色。

課程內容的重構方面，結合企業的產業經驗、人才技能要求，重新選擇和調整教學內容。以產業和技術的最新發展為指引，教師與生產經驗豐富的企業技術專家一起精簡原有教學內容中落后的技術部分，結合產業發展的技術前沿，重新整合教學內容，形成新的知識體系結構，最終制定新的教學大綱和教學計劃。

以“數據庫系統”課程舉例說明。數據庫技術研究的是信息處理過程中，大量數據有效組織和存儲的問題，它是計算機領域中最為廣泛的應用技術。數據庫原理是計算機相關專業最重要的專業基礎課程之一。現有的數據庫系統課程多以關系型數據庫為主，研究結構化數據的有效存儲、數據共享等，主要包括關系數據庫、關系數據庫標準語言SQL、數據庫安全性、數據庫完整性、關系數據理論、并發控制、數據庫恢復技術等內容。然而，大數據背景下，越來越多的非結構化數據涌現出來。現有的基于結構化的關系型數據庫無法有效處理這些非結構化的數據，因此NoSQL、NewSQL等新型數據庫系統應運而生。現有的新型數據庫系統如：鍵值類數據庫（如Redis、Cassandra）、文檔類數據庫（如MongoDB）、列式存儲數據庫（如Vertica、HBase）、圖數據庫（如Neo4J）等，適用于不同結構的數據以及不同的業務場景。這些新型數據庫可作為數據庫的前沿技術納入“數據庫系統”課程的知識體系中。但是，哪些數據庫是產業界廣泛應用的，如何將它們與現有關系型數據庫相結合，則需要與大數據產業生產一線的企業共同探討。

3.2 以項目為導向的多元化教學方式的改革

教學方式的改革要以培養學生綜合運用所學知識和技能解決實際問題的能力為目標，圍繞虛擬或實際項目，結合多種突出創新思維的教學模式（如微課、翻轉課堂等），構建講、練、設計多元化的新型教學方式。

以“操作系統原理”課程舉例說明。操作系統原理是計算機相關專業的核心課程。現有的操作系統原理課程一般以Linux或Windows操作系統為主線，研究計算機系統的資源管理方式和資源管理實現，其內容主要包括：進程管理、內存管理、處理機調度、I/O管理和文件系統等。操作系統原理的理論性強，知識點多，以教師為中心的教學方式，會使學生感覺枯燥缺乏興趣，無法獲得好的教學效果。如果以實際項目為中心，即以搭建一個簡單的操作系統內核為目標，就能以問題驅動的方式促使學生主動學習，不僅鍛煉了學生的實踐和解決問題的能力，也強化了學生對知識點的理解。此外，企業的技術專家通過微課點評或翻轉課堂的形式，為學生講解實際項目中的工程問題及解決方案、講授大數據處理的分布式架構如Hadoop的部署和運行，以及Hadoop分布式資源調度Yarn等內容，將大數據基本技能與課程知識相結合，使學生從聽得懂、能動手，到最終做出來，切實提高解決問題的綜合能力。

3.3 與理論教學體系相契合的分層式實踐教學體系的改革

實踐環節的改革要以強化學生創新意識、培養創新精神和實踐能力為目標，依托校企合作的實踐實訓平臺，從三個方面進行：一是基礎實踐能力的培養，將產業的技術需求融入基礎實踐環節的教學設計中，讓實踐環節既能滲透到基礎課程體系中，加深學生對理論知識的理解，又能結合實際提升學生的學習興趣和動手能力；二是專業實踐能力的培養，以企業生產中的工程問題來改革專業實踐環節，加強學生解決復雜工程問題的能力培養；三是綜合實踐能力的培養，以企業實際項目為導向，聯合企業技術專家，深入課堂聯合授課和開展實踐教學，提升學生的專業技能和創新能力。

在基礎實踐能力的培養環節，我們將實驗課與理論課拆開，形成一門單獨課程的同時增加實驗學時，用虛擬仿真環境或在線教學平臺實操、采用小組討論的方式讓學生自己講解實操過程及實現思路。在專業實踐能力的培養環節，本專業在第五和第六學期末都會開展為期一周的、由知名企業技術專家講授的專業實踐課程，讓學生接觸產業一線的實際項目，并自己著手實現，既能讓學生了解產業的技術前沿，又提高了他們解決實際工程問題的能力。在綜合實踐能力的培養環節，組織學生參加“互聯網+”“挑戰杯”等創新創業大賽，以及中美數學建模、“藍橋杯”等技能競賽。學生從選題、實現到報告的撰寫都必須小組通力合作完成，很好地鍛煉了學生的創新能力和綜合實踐能力。此外，本專業還會集中在合作企業開展為期8周的實習實訓，熟悉企業的生產流程和事務處理，為后期就業做好“預熱”。同時，鼓勵學生以實習過程中的實際項目作為畢業設計選題，請企業技術專家做指導教師。這種面向產業需求的課題不僅能激發學生的研究興趣，還能切實解決企業的實際問題，更進一步地鍛煉了學生的綜合實踐和創新能力。這種分層次的實踐教學全面鍛煉了學生的實操能力，切實提升了學生的創新能力和綜合實踐能力。

3.4 產學研模式下軟硬件教學資源平臺的建造

傳統的教學資源類別單一，設備和平臺落后，且無法滿足學生日益增長的學習和實操需求。為了豐富產學研模式下軟硬件教學資源，本專業依托合作企業的實踐實習基地，組建校企共建的面向新產業和新技術的教學資源庫，保障教學課程的實施。平臺建立后，利用平臺資源可以實現實踐課程教學內容的組織，虛擬仿真實操、在線考試、綜合能力測試等。

4 結語

信息與計算科學是一個多學科交叉融合的專業。在本專業的人才培養中，通常存在專業特色不鮮明，培養出的畢業生與市場脫節等問題，其根源在于人才培養未能與產業需求緊密結合。本文分析了信息與計算科學專業在專業課程設置和教學中存在的問題，探討了產學研合作模式下進行專業課程體系重構的教學改革，提出了緊密結合科學技術前沿與產業發展趨勢，構建凸顯特色、方向清晰的課程體系，探索項目導向的多元化教學方式，探索理論與實踐緊密結合的多層實踐教學體系，以及組建校企共建面向新產業和技術新進展的軟硬件教學資源庫等教學改革措施。