新工科時代計算機專業(yè)國際化跨學(xué)科人才培養(yǎng)模式探析

孫培雙　寧紅云

關(guān)鍵詞：新工科；跨學(xué)科；課程體系；培養(yǎng)模式

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）21-0149-03

0 引言

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)進入了智能化、自動化的時代，相應(yīng)對工程技術(shù)人才的綜合素質(zhì)和實踐能力提出了更新、更高的要求。技術(shù)的發(fā)展以及新時代人才的需求促使各類課程體系不斷創(chuàng)新和優(yōu)化，對新工科的建設(shè)也提高了要求，能否培養(yǎng)出具有較強的綜合素質(zhì)及創(chuàng)新能力的復(fù)合應(yīng)用型高級工程技術(shù)人才也是檢驗新工科建設(shè)是否完善的主要標(biāo)準(zhǔn)。因此，為了滿足新工科對人才建設(shè)的要求，相應(yīng)的高等學(xué)校的教育教學(xué)體系、機制也需要改革和發(fā)展[1]。教育部在2020 年度《關(guān)于進一步加強我國高等教育跨學(xué)科人才培養(yǎng)的提案》中指出，要大力支持高校自主設(shè)置跨學(xué)科本科專業(yè)，該提案為各高校在交叉學(xué)科建設(shè)上提供了制度性指導(dǎo)方案，具有非常重要的指引作用，復(fù)合型人才已經(jīng)成為高校人才培養(yǎng)的重要戰(zhàn)略方向[2]。伴隨著人工智能的快速發(fā)展，各行各業(yè)對計算機技術(shù)的要求逐步加強，計算機技術(shù)應(yīng)用的社會廣泛性衍生出了計算機跨學(xué)科人才培養(yǎng)的新模式。然而，當(dāng)前計算機學(xué)科現(xiàn)有教學(xué)體系較為獨立，未形成與其他學(xué)科有效的銜接，要開展計算機跨學(xué)科人才培養(yǎng)教學(xué)還面臨著諸多困難，因此計算機與其他學(xué)科聯(lián)合交叉的教學(xué)模式的探索尤為重要。

國際上許多發(fā)達國家的高等教育部門通常設(shè)有跨學(xué)科的教學(xué)和研究的專門組織，并從國家層面賦予高等教育機構(gòu)開展跨學(xué)科人才培養(yǎng)計劃和培養(yǎng)方式研究的責(zé)任。陳翠榮、張翔志介紹了斯坦福大學(xué)、普林斯頓大學(xué)等5所世界一流高校的跨學(xué)科學(xué)生培養(yǎng)案例，探究了如何培養(yǎng)跨學(xué)科綜合性人才[3]。鄭昱等人以南京大學(xué)為例研究了我國高校實施跨學(xué)科教育的主要途徑，有效地培養(yǎng)了學(xué)生的跨學(xué)科邏輯思維，具有一定的代表性[4]。胡德鑫等人闡釋了密歇根大學(xué)的跨學(xué)科組織活動在項目機制和分類實踐等方面的特色優(yōu)勢，為跨學(xué)科組織的保障機制建構(gòu)和發(fā)展優(yōu)化路徑提供了有效建議[5]。鄭石明對7所世界一流高校跨學(xué)科人才培養(yǎng)實踐進行了梳理，認為存在學(xué)院內(nèi)部式、學(xué)院協(xié)作式、研究生院主導(dǎo)式和獨立建制式等多種組織形式[6]。王銘等人關(guān)注了世界一流高校的跨學(xué)科教育與人才培養(yǎng)措施并總結(jié)了共性經(jīng)驗。提出跨學(xué)科培養(yǎng)途徑包括4種，即跨校跨學(xué)科項目、校級跨學(xué)科研究中心、研究生跨學(xué)科學(xué)位、本科跨學(xué)科專業(yè)[7]。跨學(xué)科人才培養(yǎng)的制約因素，在宏觀層面包括專業(yè)化人才培養(yǎng)觀念根深蒂固、單科性高校大量存在、專業(yè)設(shè)置集權(quán)化管理等；在微觀層面包括專業(yè)組織的實體化和教學(xué)管理制度不到位等。跨學(xué)科的課程體系及課程、實踐教學(xué)體系、實踐項目是新工科跨學(xué)科人才培養(yǎng)的重點[8]。交叉學(xué)科的培養(yǎng)計劃和跨學(xué)科研究的學(xué)術(shù)計劃不斷促進學(xué)術(shù)從不同學(xué)科專業(yè)的視角挖掘自身潛能和自我發(fā)展的愛好興趣[9]。有學(xué)者從專業(yè)、課程、課程內(nèi)部的教學(xué)安排三個方面把跨學(xué)科專業(yè)人才培養(yǎng)模式分為三種典型的模式，即跨學(xué)科專業(yè)模式、跨學(xué)科課程模式和跨學(xué)科合作教學(xué)模式[10]。我國新工科倡導(dǎo)跨學(xué)科多領(lǐng)域協(xié)同發(fā)展格局，但現(xiàn)階段高等教育普遍存在單一化專業(yè)招生和單一化專業(yè)課程設(shè)置問題。越來越多學(xué)者開始關(guān)注跨學(xué)科人才培養(yǎng)。

1 跨學(xué)科人才培養(yǎng)模式剖析

目前我國面向跨學(xué)科的計算機工程人才培養(yǎng)相關(guān)的研究還處于探索研究階段，相關(guān)專業(yè)多是以學(xué)科為單位進行分割的，課程體系結(jié)構(gòu)單一，缺少跨學(xué)科基礎(chǔ)，交叉學(xué)科培養(yǎng)人才的機制并不完善，主要存在以下問題。

1.1 不同專業(yè)的課程之間銜接問題

在計算機工程人才培養(yǎng)中，跨學(xué)科人才培養(yǎng)的課程體系，不是兩個專業(yè)的課程的簡單疊加，而是要具有一定的多元化、滲透性，要探討如何才能打通不同學(xué)科的界限，提高學(xué)科之間的融合性。在課程銜接方面，既要有計算機類的基礎(chǔ)課程，又要設(shè)置深層次的高級課程，同時結(jié)合不同學(xué)科設(shè)置交叉課程，以非計算機專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用需求為導(dǎo)向，結(jié)合計算機學(xué)科的理論和方法，提高學(xué)生對跨學(xué)科專業(yè)領(lǐng)域問題分析能力、求解能力及創(chuàng)新意識，從而為社會發(fā)展輸送綜合性科技人才。

1.2 形成靈活的寬專業(yè)跨學(xué)科人才培養(yǎng)課程體系問題

在計算機工程人才培養(yǎng)中，跨學(xué)科人才培養(yǎng)的課程體系，在課程特性上，跨學(xué)科專業(yè)理論課程需要與跨學(xué)科實踐訓(xùn)練并重，保證學(xué)生可以深入學(xué)習(xí)跨學(xué)科專業(yè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論知識和實驗實踐知識。我國大學(xué)尤其是研究型大學(xué)在跨學(xué)科專業(yè)發(fā)展上應(yīng)該適應(yīng)多方面現(xiàn)實需求，重視跨學(xué)科專業(yè)的設(shè)置與發(fā)展；結(jié)合科技、社會形勢與大學(xué)類型，制定多維度的培養(yǎng)目標(biāo)；立足高等教育與跨學(xué)科專業(yè)特性，合理設(shè)計課程體系。

1.3 快速培養(yǎng)能適應(yīng)跨學(xué)科教育的高質(zhì)量教學(xué)團隊問題

高質(zhì)量的能勝任跨學(xué)科教育教學(xué)的教學(xué)團隊是建設(shè)高質(zhì)量教育體系、實施高質(zhì)量跨學(xué)科專業(yè)人才教育的根本力量。跨學(xué)科教學(xué)團隊需要不同學(xué)科背景的教師協(xié)同合作，互相包容。如何從科研、教學(xué)、服務(wù)等多維度出發(fā)來促進、培養(yǎng)、形成緊密合作的跨學(xué)科團隊，是促進跨學(xué)科人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵。

2 跨學(xué)科人才培養(yǎng)模式框架探索

本文提出的跨學(xué)科人才培養(yǎng)模式主要分為以下四個部分。

2.1 采用結(jié)構(gòu)化的培養(yǎng)框架以改革現(xiàn)有的課程體系

在培養(yǎng)目標(biāo)上，跨學(xué)科專業(yè)強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生多學(xué)科知識結(jié)構(gòu)、跨學(xué)科分析問題的方法以及解決跨學(xué)科領(lǐng)域的實際能力。課程特性上包括四個層次：第一層，通識教育層，按照教育部要求而設(shè)置；第二層，多學(xué)科基礎(chǔ)教育層，為基礎(chǔ)理論課與實驗實踐課；第三層，跨學(xué)科綜合教育層，包括綜合理論課和綜合實踐課，培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科的綜合應(yīng)用能力；第四層，自主創(chuàng)新思考教育層，引導(dǎo)學(xué)生主動了解交叉學(xué)科前沿技術(shù)，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)與專業(yè)探索能力。

2.2 以課程群為單位設(shè)置計算機及跨學(xué)科專業(yè)的相關(guān)課程

在跨學(xué)科專業(yè)的課程設(shè)置上，可以把跨學(xué)科專業(yè)的所有課程模塊化，建立服務(wù)于跨學(xué)科專業(yè)的多類課程群。以計算機專業(yè)為例，可以把所有計算機類課程分為學(xué)科基礎(chǔ)類、硬件類、軟件類、網(wǎng)絡(luò)類、數(shù)據(jù)處理類、人工智能類等課程群。同樣，對跨學(xué)科專業(yè)也以課程群為單位進行設(shè)置，以管理學(xué)科為例，可以將該學(xué)科設(shè)置成學(xué)科基礎(chǔ)類、生產(chǎn)與運作管理類、物流管理類、商務(wù)營銷類、財務(wù)管理類等課程群。在面向跨學(xué)科的綜合培養(yǎng)目標(biāo)時，可以選擇不同課程群，如圖1 所示。

2.3 建設(shè)跨學(xué)科實驗平臺確保綜合理論課與實踐課設(shè)計與實施

跨學(xué)科綜合實驗平臺是一種多學(xué)科融合的實驗性研究平臺，它包括以下構(gòu)建要素：首先，它以多學(xué)科的研究內(nèi)容和方法作為基礎(chǔ)；其次，它擁有豐富的實驗器材；第三，它涵蓋了更廣闊的視角；最后，它具有以跨學(xué)科的途徑來解決實際問題的解決能力。跨學(xué)科綜合性實驗平臺能有效地提升學(xué)科間知識的整合水平，并增加多學(xué)科研究的能力。

2.4 采用“教、研、學(xué)”模式構(gòu)建跨學(xué)科創(chuàng)新型教師隊伍

跨學(xué)科創(chuàng)新型教師隊伍是項目實施成功的關(guān)鍵，1） 教（教學(xué)）：教學(xué)團隊的成員應(yīng)從事不同學(xué)科和研究方向，要充分兼顧不同學(xué)科的基礎(chǔ)知識和技能要求，才能合理建設(shè)課程內(nèi)容、教學(xué)安排、實驗設(shè)計等；2） 研（科研）：通過跨學(xué)科的科研合作，建設(shè)實踐性強的特色課程。3） 學(xué)（學(xué)生）：以學(xué)生為本，組織學(xué)生把跨學(xué)科知識學(xué)習(xí)活動與科研立項相結(jié)合，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)動力。

3 跨學(xué)科人才培養(yǎng)模式設(shè)計案例

天津理工大學(xué)自2005年引進加拿大魁北克大學(xué)席庫提米分校信息管理專業(yè)，將這個專業(yè)與我校計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)相融合，致力于培養(yǎng)兼具計算機學(xué)科基本理論的具有現(xiàn)代化IT管理理念的計算機信息管理系統(tǒng)研發(fā)的高級專門人才。該專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是：培養(yǎng)具備計算機學(xué)科和管理學(xué)科的基本理論和基本知識為基礎(chǔ)的具有現(xiàn)代化IT管理理念的計算機信息管理系統(tǒng)的分析、研發(fā)以及項目管理等方面的知識與能力，能在國內(nèi)外企事業(yè)單位的計算機應(yīng)用、信息管理、行政、教育等領(lǐng)域從事計算機和管理交叉學(xué)科的項目研發(fā)、項目管理和項目分析等工作的復(fù)合應(yīng)用型高級專門人才。天津理工大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院為中加合作辦學(xué)專業(yè)構(gòu)建了的基于課程群的結(jié)構(gòu)化課程體系。

天津理工大學(xué)的中加合作辦學(xué)專業(yè)基于校際互聯(lián)，建立了跨學(xué)科實驗平臺。這個平臺主要包括大數(shù)據(jù)可視分析實驗室、嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新實驗室、金融軟件工程云平臺實驗室等。這個實驗平臺除了可以完成計算機學(xué)科的基礎(chǔ)實驗之外，還可以進行跨學(xué)科實驗。用跨學(xué)科實驗平臺建設(shè)促進跨學(xué)科的綜合理論課及實驗實踐環(huán)節(jié)的設(shè)計與實施，并為它們提供教學(xué)保障。在打通相關(guān)聯(lián)專業(yè)的基礎(chǔ)課的同時，通過建設(shè)跨學(xué)科實驗平臺，促進跨學(xué)科的綜合理論課、實驗實踐環(huán)節(jié)、教學(xué)方式與手段等的建設(shè)，使學(xué)生兼具計算機學(xué)科和跨學(xué)科專業(yè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)對跨學(xué)科專業(yè)領(lǐng)域問題的信息化分析能力、求解能力及信息化創(chuàng)新能力。

天津理工大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院建立了一支跨學(xué)科教學(xué)團隊，采用“教、研、學(xué)”模式，快速培養(yǎng)能適應(yīng)跨學(xué)科教育的高質(zhì)量教學(xué)團隊。首先，教學(xué)團隊成員應(yīng)從事不同學(xué)科和研究方向；然后，通過跨學(xué)科的科研合作來建設(shè)相關(guān)課程；第三，必須以學(xué)生為本，通過組織學(xué)生從事各種跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動及課外科研活動，來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動力。

天津理工大學(xué)和魁北克大學(xué)合作培養(yǎng)跨學(xué)科雙學(xué)位復(fù)合型人才取得成效。2005年以來中加合作培養(yǎng)兼具計算機和管理學(xué)科的復(fù)合型雙學(xué)位高級計算機工程人才，該專業(yè)的跨學(xué)科的課程體系使學(xué)生擁有了更多的發(fā)展機會。該合作辦學(xué)專業(yè)有近50%的畢業(yè)生從事項目管理、工業(yè)工程、經(jīng)濟學(xué)等交叉學(xué)科工作，這充分體現(xiàn)了復(fù)合型人才培養(yǎng)的寬專業(yè)特點。為我國跨學(xué)科人才培養(yǎng)積累了經(jīng)驗，部分方面具有一定的示范作用。

4 結(jié)論

文中分析了國內(nèi)外計算機工程人才培養(yǎng)課程體系設(shè)置的原則、方向、思路與對策。對比國內(nèi)計算機工程人才培養(yǎng)課程體系，分析和總結(jié)我國高校在計算機工程人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)中的主要問題。本文探索和實踐了跨學(xué)科教育，對新工科時代國際化創(chuàng)新型計算機工程人才培養(yǎng)課程體系進行實踐與研究，嘗試構(gòu)建適用于我國高校的跨學(xué)科人才培養(yǎng)課程體系及培養(yǎng)模式，以期為創(chuàng)新型計算機工程人才培養(yǎng)提供有益探索和借鑒。