葛方振　劉懷愚　洪留榮　沈龍鳳

摘要：在“新工科”背景下，如何進行計算機系統(tǒng)能力培養(yǎng)是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教育的重要問題。針對新工科的特點，分析了計算機系統(tǒng)能力的新內(nèi)涵，提出了計算機系統(tǒng)能力的培養(yǎng)方式和計算機系統(tǒng)能力培養(yǎng)的新型師資隊伍要求，并進行了試點改革，說明了試點改革的有效性。

關(guān)鍵詞：新工科；工程教育；計算機系統(tǒng)能力；能力培養(yǎng)

中圖分類號：TP314 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）36-0133-02

為實現(xiàn)制造強國戰(zhàn)略目標，推動我國從制造業(yè)大國向制造業(yè)強國邁進，我國提出了“中國制造2025”規(guī)劃。因此，目前我國急需大量具有創(chuàng)新實踐能力的工程技術(shù)人才。于是，2017年6月9日新工科研究與實踐專家組成立，提出了新工科的概念。在這次會議上，教育部副部長林蕙青強調(diào)，新工科[1]（Emerging Engineering Education，3E）是探索具有國際水平的中國特色工程教育體系，推動我國工程教育，培養(yǎng)我國工程技術(shù)人才。與會代表也表示，高校應(yīng)該積極探索，先行先試，開展新工科研究和實踐，成為新工科建設(shè)的推動者和引領(lǐng)者，積累工程教育改革經(jīng)驗[2]。

隨著工程活動中大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，工程生產(chǎn)組織、設(shè)計、工藝流程等將呈現(xiàn)全新模式。也就是，新工科要充分體現(xiàn)“新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)、新模式”的特點。

計算機科學(xué)與技術(shù)是新工科體系中的重要學(xué)科。計算機科學(xué)與技術(shù)的基礎(chǔ)性和重要性主要體現(xiàn)在以下兩個方面，一是“計算機類”學(xué)科內(nèi)部交叉，形成了新技術(shù)行業(yè)，數(shù)字媒體技術(shù)、機器人、信息空間安全、智能系統(tǒng)等；計算機與其他學(xué)科交叉，形成“計算機+”的新專業(yè)，如電子商務(wù)、生物信息技術(shù)、數(shù)字化制造、智能醫(yī)療等。因此，在新工科背景下計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生應(yīng)該具有厚重的專業(yè)基礎(chǔ)，才能為社會培養(yǎng)可持續(xù)競爭力的創(chuàng)新型人才。

于是，新工科背景計算機系統(tǒng)能力應(yīng)該是當前計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生必備的基礎(chǔ)能力，是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)建設(shè)的重要任務(wù)。那么，新工科背景計算機系統(tǒng)能力的新內(nèi)涵是什么？需要怎樣的培養(yǎng)體系或培養(yǎng)方法？需要具備怎樣的師資隊伍？

1 計算機系統(tǒng)能力的新內(nèi)涵

自2006年，我國提出“核高基”專項之后（“核高基”即是核心電子器件、高端通用芯片及基礎(chǔ)軟件產(chǎn)品的簡稱），很多學(xué)者就提出，計算機專業(yè)課程體系要突出計算機系統(tǒng)能力培養(yǎng)，提高計算機類專業(yè)本科教學(xué)質(zhì)量和水平，培養(yǎng)具有引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展的高素質(zhì)人才。在這一階段，計算機系統(tǒng)能力是指能運用系統(tǒng)觀理解計算機系統(tǒng)的整體性、關(guān)聯(lián)性、層次性、動態(tài)性和開放性，并用系統(tǒng)化方法，掌握計算機硬軟件協(xié)同工作及相互作用機制的能力[3]。本定義包含系統(tǒng)分析能力、系統(tǒng)設(shè)計能力和系統(tǒng)驗證能力三個方面：其中系統(tǒng)分析能力指給定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和輸入，分析系統(tǒng)輸出的能力；系統(tǒng)設(shè)計能力就是給定系統(tǒng)輸入和輸出，綜合出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的能力。

然而新工科背景下，計算機系統(tǒng)能力應(yīng)該是：1）動態(tài)性：以不變應(yīng)對變化、塑造未來為理念；2）創(chuàng)新性：繼承與創(chuàng)新相結(jié)合，以學(xué)科交叉與融合為手段；3）多元化：與時俱進，以多元化創(chuàng)新為目標。

因此，新工科下計算機系統(tǒng)能力是一種創(chuàng)新型工程教育方案，反映了將來工程教育的形態(tài)，社會需要的人才結(jié)構(gòu)、質(zhì)量標準。

2 計算機系統(tǒng)能力的培養(yǎng)方式

基于上述對“新工科”建設(shè)背景的理解，本文以淮北師范大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)（國家級特色專業(yè)）為例，結(jié)合IEET（中華工程教育學(xué)會）工程教育認證[4]，探討計算機系統(tǒng)能力培養(yǎng)的新方式。

1） 體現(xiàn)特色和優(yōu)勢，激發(fā)新工科學(xué)生的求知欲、創(chuàng)新精神

目前，許多高校積極響應(yīng)教育部要求，推進“新工科”建設(shè)，開展多學(xué)科交叉研究。針對計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)系統(tǒng)能力培養(yǎng)，需要各個高校根據(jù)自己的專業(yè)特色、辦學(xué)定位，培養(yǎng)學(xué)生掌握知識、認識世界的能力，自我控制能力，激發(fā)學(xué)生大膽改革、實踐創(chuàng)新，體現(xiàn)計算機工程人才的新素養(yǎng)、新能力。

2） 重構(gòu)核心知識，提升新工科學(xué)生的自拓展能力

計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的知識涉及哲學(xué)、社會、數(shù)學(xué)、物理、信息、通信、科技以及工程等諸多學(xué)科領(lǐng)域，必須重構(gòu)知識體系，實現(xiàn)通識教育與專業(yè)教育的有機結(jié)合，強調(diào)“大通識”教育，根除以增加課程方式的教育思想，拓寬學(xué)生知識面，改善學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)、培養(yǎng)學(xué)生的自拓展能力，即學(xué)生學(xué)習(xí)完成核心課程所蘊含的理論規(guī)律，應(yīng)該具有解決對相關(guān)領(lǐng)域問題的能力，并自行拓展和提高。為此，我們重構(gòu)了了新工科背景下的計算機系統(tǒng)能力的核心內(nèi)容。

計算機系統(tǒng)能力培養(yǎng)涉及的課程有：C語言、匯編語言、計算機組成原理、模擬電路、數(shù)字邏輯、操作系統(tǒng)和編譯技術(shù)等課程，這些課程之間在大學(xué)生學(xué)習(xí)過程中，有時同一知識在不同課程中，存在知識講解不夠完善，學(xué)生理解不全面；有些知識點，有先導(dǎo)和后續(xù)關(guān)系，但在不同課程中，存在講解順序顛倒，學(xué)生理解困難。因此，在新工科背景下，重構(gòu)計算機系統(tǒng)的核心知識，夯實學(xué)生核心知識、厘清知識點之間的聯(lián)系，設(shè)計層次化、網(wǎng)絡(luò)化的知識聯(lián)系，如表1所示。新工科背景下，講授這些核心知識，必須考慮納入現(xiàn)代技術(shù)工具課程，提高學(xué)生使用現(xiàn)代技術(shù)工具的能力，提升學(xué)生的技術(shù)理解能力。

3） 緊跟學(xué)科競賽發(fā)展

為了提高學(xué)生的計算機系統(tǒng)能力培養(yǎng)，鼓勵指導(dǎo)老師帶領(lǐng)學(xué)生參加學(xué)科競賽，緊跟學(xué)科前沿。在“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”時代，帶領(lǐng)學(xué)生參與企業(yè)工程項目，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，積極探討工程項目與學(xué)科競賽的切合點，不僅增強了學(xué)生的實踐動手能力，還培養(yǎng)學(xué)生的實戰(zhàn)運用能力，“以賽代教”提高學(xué)生計算機系統(tǒng)能力。參與學(xué)科競賽容易培養(yǎng)學(xué)生以問題為導(dǎo)向的思維模式，進而形成獨立思考和綜合判斷能力。同時，促進教學(xué)模式改變，形成交流—質(zhì)疑—辯論迭代的教學(xué)模式。

3 新型的師資隊伍

傳統(tǒng)工科建設(shè)要求教師知識淵博、教學(xué)水平高、工程經(jīng)歷豐富、工程能力強、綜合素質(zhì)高，基本上是“大學(xué)教師+準工程師=工科教師”。新工科背景下，教師隊伍的優(yōu)勢應(yīng)該突出專業(yè)的學(xué)科交融特征和產(chǎn)業(yè)性，針對計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的教師應(yīng)該具備以下素質(zhì)和能力：

首先，在知識面上，關(guān)注一些新興、交叉和前沿學(xué)科，特別是與本學(xué)科相關(guān)的云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、機器人工程等前沿科學(xué)。使教師不僅對承擔(dān)教學(xué)任務(wù)熟悉，還要本學(xué)科專業(yè)領(lǐng)域相關(guān)的新技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展比較熟悉。

其次，在先進的工程經(jīng)歷，要對先進技術(shù)使用和工程過程熟悉，有從事先進工程的經(jīng)歷，積累了一些解決前沿問題的經(jīng)驗，對先進工程設(shè)備的操作步驟比較熟悉，并且與企業(yè)有合作經(jīng)驗。

最后，在產(chǎn)業(yè)能力上，具有運用多學(xué)科知識解決大型工程的能力，特別是以“互聯(lián)網(wǎng)+”平臺的工程問題，能夠應(yīng)對和處理人工智能、機器人工程等未來工程的能力。

4 試點改革

基于上述定位思考，2016年10月起，對我?！白吭焦こ處煱唷睂W(xué)生進行了教學(xué)改革試點。對15名學(xué)生進行專業(yè)基礎(chǔ)和前沿教育，主要采用專題講座的形式?；A(chǔ)知識主要講授計算機系統(tǒng)[5]，前沿知識培訓(xùn)圖像處理技術(shù)，深度學(xué)習(xí)算法等知識。然后，在有企業(yè)工作經(jīng)歷的導(dǎo)師帶領(lǐng)下，研究與企業(yè)合作項目“智能太陽能電池片切割系統(tǒng)”。經(jīng)過一年的鍛煉，這些學(xué)生不僅掌握了計算機系統(tǒng)的基本知識，還對圖像處理、深度學(xué)習(xí)技術(shù)有深刻的理解，加強了理論與實踐相結(jié)合，提高了學(xué)生的分析問題能力、建模設(shè)計能力以及前沿工具的使用能力，解決實際工程問題的能力有顯著提高。

參考文獻：

[1] 教育部高等教育司. 關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知[z]. 教高司函[2017]6號.

[2] 陸國棟， 李拓宇. 新工科建設(shè)與發(fā)展的路徑思考. 高等工程教育研究[J]. 2017.3， P20-21.

[3] 劉衛(wèi)東， 張悠慧， 向勇， 王生原， 李山山. 面向系統(tǒng)能力培養(yǎng)的計算機專業(yè)課程體系建設(shè)實踐[J]. 中國大學(xué)教學(xué)， 2014（8）：50-52.

[4] 陳國鐵， 王健. 臺灣地區(qū)IEET工程教育專業(yè)認證的現(xiàn)狀及啟示[J]. 中國建設(shè)教育， 2014（1）.

[5] 布賴恩特（Bryant，R.E.）（美）， 龔奕利， 賀蓮. 深入理解計算機系統(tǒng)[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社， 2016.11.