郝興偉?張強

摘 要：培養(yǎng)復合型創(chuàng)新人才是新時代社會對高等學校人才培養(yǎng)的基本需求。在智能時代的各學科人才培養(yǎng)中，培養(yǎng)學生具備深厚的計算思維和計算機問題求解能力十分重要。對我國高校計算機基礎(chǔ)教學的發(fā)展進行了總結(jié)，提出了面向?qū)W科交叉融合的計算機通識教育“1+N”課程體系設(shè)計方案，以及開放實驗室建設(shè)與產(chǎn)教融合的改革思路。

關(guān)鍵詞：智能時代;學科交叉融合;計算機通識教育;計算思維;開放實驗室;產(chǎn)教融合

進入21世紀，特別是近年來，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)飛速發(fā)展，社會數(shù)字化進程加快，人類正在向智能時代邁進。在智能時代，計算技術(shù)已成為推動科技發(fā)展最具創(chuàng)新活力的手段，各學科與計算的結(jié)合越來越廣泛、越來越深入，計算機學科知識在人才培養(yǎng)中的地位和重要性不斷提升。

作為各學科人才培養(yǎng)中的重要組成部分，計算機通識教育（公共教學）也必須不斷改革課程內(nèi)容，以適應(yīng)新時代社會發(fā)展的需要。因此，深入研究各學科對領(lǐng)域問題數(shù)字化及計算需求，設(shè)計科學、實用和前瞻性的計算機通識教育課程體系與教學內(nèi)容，對于培養(yǎng)適應(yīng)新時代發(fā)展需要的高層次復合型創(chuàng)新人才具有重要意義。

一、新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革推動高等教育改革

自20世紀40年代開始，隨著電子計算機的發(fā)明，人類社會進入信息社會。在信息社會，微電子技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展。進入21世紀，特別是近年來，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)飛速發(fā)展，人類社會正在經(jīng)歷一場新的科技和產(chǎn)業(yè)革命。

為應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的到來，各國紛紛制定國家戰(zhàn)略，2013年4月，德國提出《德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略》;2015年5月，我國發(fā)布《中國制造2025》;美國、英國、日本等工業(yè)發(fā)達國家也陸續(xù)發(fā)布了一系列重大戰(zhàn)略，其目標就是要搶占國際競爭的制高點。科技和教育總是緊密相關(guān)的，為配合一系列國家戰(zhàn)略的實施，2017年2月18日，教育部在復旦大學召開了高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會，形成了“復旦共識”，拉開了我國高校新一輪高等教育人才培養(yǎng)改革的序幕。

新工科建設(shè)經(jīng)過一年多的探索與實踐，2018年5月24日，“2018年教育部產(chǎn)學合作協(xié)同育人項目對接會”在北京會議中心召開。教育部高等教育司司長吳巖指出，高等教育創(chuàng)新發(fā)展勢在必行，要全面推進“新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科”等建設(shè)，為2035年建成高等教育強國、實現(xiàn)中國教育現(xiàn)代化提供有力支撐，標志著為適應(yīng)新的科技革命的到來，我國高等教育新一輪全面改革已經(jīng)開始。

不管是新工科、新農(nóng)科、新醫(yī)科還是新文科，所謂“新”，就是要建立新的學科專業(yè)或?qū)鹘y(tǒng)學科專業(yè)進行改革和重構(gòu)，重構(gòu)教學內(nèi)容，做到學科交叉、技術(shù)融合、產(chǎn)教結(jié)合，為學生提供綜合性的跨學科學習，從而提高學生的創(chuàng)新能力和適應(yīng)社會的能力，為迎接新的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革提供人才保證。

二、計算機通識教育的發(fā)展及在新時代人才培養(yǎng)中的重要性

我國的計算機通識教育或稱計算機公共教學最早開始于20世紀80年代，當時隨著微型計算機（個人電腦）的出現(xiàn)，計算機在政府、企業(yè)、科研機構(gòu)的應(yīng)用日益廣泛，人們迫切需要掌握計算機的使用技能。在高校，面向計算機操作和應(yīng)用以及計算機編程的計算機公共課程開始出現(xiàn)。

1997年，教育部高教司頒發(fā)了《加強非計算機專業(yè)計算機基礎(chǔ)教學工作的幾點意見》（教高〔1997〕155號），簡稱“155號文”，提出了三個層次的計算機基礎(chǔ)教學課程體系，即計算機文化基礎(chǔ)、計算機軟件技術(shù)基礎(chǔ)、計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)，教育部正式把大學計算機基礎(chǔ)課程列為高校重要的必修課，確立了計算機公共教學在高校人才培養(yǎng)中的地位[1]。

進入2000年，計算機公共教學在高等教育人才培養(yǎng)中已經(jīng)非常普及，成為像高等數(shù)學、大學外語一樣的公共基礎(chǔ)課程，計算機公共教學進入快速發(fā)展時期。2006年，教育部高等學校計算機科學與技術(shù)教學指導委員會發(fā)布了《關(guān)于進一步加強高等學校計算機基礎(chǔ)教學的意見暨計算機基礎(chǔ)課程教學基本要求》（簡稱“白皮書”），提出了大學計算機基礎(chǔ)教學的“4個領(lǐng)域×3個層次”的教學內(nèi)容總體框架和“1+x”的課程設(shè)置方案，即“大學計算機基礎(chǔ)+若干必修∕選修課程”[2]。

雖然，在“白皮書”中提出了從計算機公共教學三個層次到“1+x”課程的過渡路徑，但是由于高校師資等種種原因，以講解計算機操作系統(tǒng)+Office辦公軟件為主的計算機基礎(chǔ)教學依然是主流，這種“計算機工具論”的計算機基礎(chǔ)教學已經(jīng)越來越不能適應(yīng)時代需要，遭到了前所未有的質(zhì)疑和挑戰(zhàn)[3]。

2010年11月5日—7日，第六屆全國大學計算機課程報告論壇在山東濟南舉行，時任教育部高等學校計算機基礎(chǔ)課程教學指導委員會主任委員陳國良院士主持了一個計算思維與大學計算機基礎(chǔ)教育改革座談會，受到與會專家的高度認可，拉開了以計算思維為導向的計算機基礎(chǔ)教學改革的序幕。面向計算思維培養(yǎng)的計算機基礎(chǔ)教學改革成為各高校開展計算機公共教學改革的主要切入點，特別是“985工程”建設(shè)高校，在教學內(nèi)容上進行了大膽的改革，徹底擯棄了傳統(tǒng)的“計算機工具論”教學理念，培養(yǎng)學生計算思維成為計算機基礎(chǔ)教學新的教學目標。

近年來，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)快速發(fā)展，人類社會正在進入智能社會。技術(shù)的競爭本質(zhì)上是人才的競爭，從2017年開始的新工科建設(shè)，無疑就是為了配合新一輪科技革命的到來。未來社會是一個信息社會、一個數(shù)字化社會，計算科學必將處于社會發(fā)展的核心地位，運用計算思維來解決科學研究和生產(chǎn)生活各領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展問題已成為時代共識。

在現(xiàn)有的計算機基礎(chǔ)教學體系中，關(guān)于大數(shù)據(jù)、人工智能等內(nèi)容的課程還很少。雖然，作為計算機類專業(yè)來講，相關(guān)的專業(yè)課程已經(jīng)有多年的發(fā)展歷史，但這些課程的教學定位、教學目標和教學內(nèi)容并不適合非計算機類專業(yè)的學生，因此，開展面向計算機通識教育（公共教學）的相關(guān)課程研究和建設(shè)，成為新一輪計算機基礎(chǔ)教學改革的重要方向。

三、面向?qū)W科交叉融合的計算機通識教育課程體系設(shè)計與開放實驗室建設(shè)

教育部“新工科”“新農(nóng)科”“新醫(yī)科”“新文科”等一系列高等教育教學改革的提出，對學科交叉和融合提出了更高要求。計算機通識教育作為高校人才培養(yǎng)的重要組成部分，現(xiàn)有的教學內(nèi)容和課程體系已相對滯后。大學計算機通識教育應(yīng)適應(yīng)時代發(fā)展需要，樹立“計算+”的教學理念，以基礎(chǔ)學科思維強化多學科的交叉融合，更好地推進各學科復合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)。

1.“1+N”計算機通識教育課程體系

以計算思維培養(yǎng)為核心，對傳統(tǒng)的“1+x”計算機公共課程體系進行改造，建立“1+N”大學計算機通識教育課程體系。

其中，“1”是指“計算思維”，為學校通識教育必修課程，教學目標是培養(yǎng)學生的信息素養(yǎng)、計算思維以及幫助學生打下扎實的計算學科基礎(chǔ)知識，強化計算思維與學科交叉思維訓練，提升學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

“N”是指根據(jù)教育教學改革需要開設(shè)的計算機系列課程，既包括面向全校學生開設(shè)的通識教育核心課程，也包括服務(wù)新工科、戰(zhàn)略新興學科、交叉學科和邊緣學科等建設(shè)而開設(shè)的前沿課程。其學時學分根據(jù)人才培養(yǎng)需要設(shè)置，教學目標是為學生建立數(shù)字化、大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能等領(lǐng)域前沿的基礎(chǔ)知識架構(gòu)，增強學生主動運用計算科學分析問題、設(shè)計系統(tǒng)和解決領(lǐng)域問題的能力，為相關(guān)課程學習打下堅實的基礎(chǔ)。主要課程包括“物聯(lián)網(wǎng)導論”“大數(shù)據(jù)云計算導論”和“人工智能導論”等。

2.面向計算機通識教育與數(shù)字化創(chuàng)新，建設(shè)計算機開放實驗室

實踐教學是計算機公共教學的重要組成部分。傳統(tǒng)的計算機公共教學以微機機房為主，設(shè)備多為微型計算機和CPU服務(wù)器，現(xiàn)在已經(jīng)不能滿足新的計算機課程實驗教學的需要。從物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算到人工智能，所需要的運行環(huán)境都是建立在服務(wù)器集群、虛擬機以及GPU計算基礎(chǔ)上的，現(xiàn)有的微機和CPU服務(wù)器已經(jīng)完全不能支撐新課程的實驗教學任務(wù)，建設(shè)新的計算機實驗教學環(huán)境成為當前計算機基礎(chǔ)教學改革的重要內(nèi)容。

和傳統(tǒng)的微機機房相比，服務(wù)器集群和GPU服務(wù)器投資較大，因此，在新的實驗環(huán)境建設(shè)中，可以充分考慮計算資源的最大限度共享，搭建一個面向計算機通識教育與數(shù)字化創(chuàng)新的開放實驗平臺，為課程實驗教學、學生科研訓練、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)營造立體化、系統(tǒng)化的創(chuàng)新實驗環(huán)境。根據(jù)“1+N”計算機通識教育課程體系設(shè)計，需要建設(shè)的開放實驗室有：計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)開放實驗室、大數(shù)據(jù)與云計算開放實驗室、人工智能開放實驗室等。

3.加強產(chǎn)教融合，開設(shè)計算機前沿技術(shù)系列講座

由于現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展迅速，高校教學內(nèi)容相對滯后，特別是在大數(shù)據(jù)、人工智能等大規(guī)模應(yīng)用中，產(chǎn)業(yè)界技術(shù)明顯領(lǐng)先于學校教學。為此，依托業(yè)界領(lǐng)軍企業(yè)，和高校一起開設(shè)計算機前沿技術(shù)系列講座，對于促進高校人才培養(yǎng)供給側(cè)與產(chǎn)業(yè)需求側(cè)結(jié)構(gòu)要素全方位融合具有積極意義。

圍繞物聯(lián)網(wǎng)、5G通信、大數(shù)據(jù)與云計算、人工智能、網(wǎng)絡(luò)空間安全等前沿技術(shù)，可以每學期開設(shè)一期前沿技術(shù)系列講座，講師來自業(yè)界各領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，每期一個主題，分為10周左右，每周一講，由一個企業(yè)負責。每一次講座內(nèi)容分為宏觀和具體兩個層面，宏觀層面由企業(yè)負責研發(fā)的技術(shù)總監(jiān)講授，立足國際視野介紹相關(guān)技術(shù)的發(fā)展動態(tài)和國際前沿;具體層面由企業(yè)高級架構(gòu)師層面的專家講授，介紹關(guān)鍵技術(shù)及實現(xiàn)等企業(yè)相關(guān)內(nèi)容。

參考文獻：

[1] 馮博琴.計算機基礎(chǔ)教育新階段的教學改革研究[J]. 中國大學教學，2004（9）：7-10.

[2] 教育部高等學校計算機科學與技術(shù)教學指導委員會. 關(guān)于進一步加強高等學校計算機基礎(chǔ)教學的意見暨計算機基礎(chǔ)課程教學基本要求（試行）[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[3] 郝興偉，徐延寶，王憲華. 我國高校計算機教學情況調(diào)研與分析[J]. 中國大學教學，2014（6）：81-86.

[責任編輯：余大品]